学文网功率放大电路篇1
摘要:本文总结了电子设计实验中常用的几种功率放大电路的设计方案,针对不同的设计要求和设计条件从电路搭建、注意事项及测试结果进行了说明,能满足大多数实验电路设计的需要。
关键词:功率放大;推挽输出;丙类功放
一.前言
在电子电路设计中,很多系统需要对输出信号进行放大,以提高其带负载能力,驱动后级电路,因此就要对信号进行功率放大。功率放大器的主要性能指标有输出功率及效率,其按照电流导通角的不同,可分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的通角为180度,适用于小信号低频放大,效率最低;乙类放大器的通角约为90度,适于宽带大功率工作,大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式;丙类放大器的电流的通角则小于90度,电流波形失真太大,只适于以调谐回路为负载的窄带放大,但效率较甲、乙类高。【1】
二.电路设计
(一)大电流高摆幅运放
若不考虑成本限制,可直接采用大输出电流、高摆幅运算放大器作为输出级。设计重点在于运放的选择及电路连接。市面上有各种性能的buffer以及可用以驱动的运放,它们能满足大多数设计的要求。专门的驱动芯片如buf634,其输出电流达250ma,摆率为2000v/us。美国德州仪器公司也有许多相关产品,如ths3121,输出电流可达450ma,摆率达1500v/us。设计的关键在于芯片的正确使用,由于大多数为电流型运放,故反馈电阻的选取很重要,另外由于处理的是高频信号,所以电源去耦,电路布线方面也须十分注意。经实验测试,ths3121在反馈电阻取470ω、增益为2时在50ω负载时小信号-3db带宽达100mhz,-0.1db带宽达30mhz,并且在电压峰-峰值为10v的输出状态下,频率大于10mhz时仍无失真现象。
(二)互补对管推挽输出
若对功率放大要求不高,可采用分立元件搭建,以互补对管推挽电路作为输出级。设计的关键在于根据系统要求选择合适的互补对管。互补对管采用2sd667和2sb647,其特征频率为140mhz,集电极功率耗散为0.9w,适合低频功率放大。前级放大负反馈由输出引入,使得通频带更加平坦。
(三)直接功率合成
在手头没有合适的驱动芯片时,可以采用三极管直接搭建,虽在实际应用中较少,但在实验室条件下仍是不错的选择。直接功率合成的先决条件是各路参数要对称。要求vt1和vt2、vt3和vt4参数对称,r2=r3,r4=r5,r11=r12等。输入功率在a点一分为二,分两路分别进行放大,在c点合二为一。
(四)单管丙类功率放大
以上三种都是宽频带非谐振功率放大,效率较低,而在无线通信设计中,效率是发射机的主要性指标之一,丙类谐振功率放大较甲类、乙类相比具有更高的效率。三极管基极采用自给偏压电路,集电极采用rlc并联谐振回路,滤除谐波分量,采用π网络作为输出滤波匹配网络,实际参数值可根据所要求的谐振频率具体设计,在此不赘述。
结语
本文通过对不同条件下功率输出级设计提出相应的方案,并经过实际实验测试,效果良好。但在电子设计实验中,较少涉及电力系统,对信号的功率放大要求不是很高,本文仅对系统中常用的简单功率放大进行总结与实验验证,而实际应用中的功率放大电路远不止如此简单。
参考文献:
【1】董尚斌,等。电子线路(1)。北京:清华大学出版社,2006.
功率放大电路篇2
【关键词】功率放大器 温度补偿 偏置电路 multisim ADS
【中***分类号】G633.7 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）01-0102-01
一、LDMOS管温度特性
由***1可知，LDMOS管结温Tj的变化反映为热沉温度（散热器温度）的变化。本文基于Freescale MRF9060R1功放管为例，结合agilent ADS软件仿真描述LDMOS管随TSNK变化的温度特性。
***2中，IDS，VDS，VGS，TSNK分别表示漏极电流，漏极电压，栅极电压，散热器。由***3可知，LDMOS管的结温随温度会使工作点发生偏移。仿真结果表明，当Vds=28V， VGS（Q）=3.6V，散热器温度由25℃升高到75℃，Ids由0.509A增大到0.707A，增加了38.9%，严重影响功放的性能。所以必须对功放管进行温度补偿。由***4可知，要保持静态电流的恒定，温度升高时，必须降低功放管的栅压Vgs。当温度由25℃升高到75℃时，栅压降低100mV，可保持静态电流恒定，系数为2mV/℃。
二、温度补偿电路
如***5所示的电路采用浮地设计。即芯片不直接与电路板的地相连，而是连接到温补控制电路上。这样可保证R1和R2之间的电平保持恒定。
■两边同时取积分可得■。可见LDMOS管的栅压仅与R1与R2的分压系数有关系。
Multisim为用户提供了丰富的元件库和功能齐全的各类虚拟仪器。本文采用温度系数小的LM78L05稳定IC，温度补偿晶体管BJT采用Philips Semiconductors公司的双极晶体管BC847A。仿真结果如***6所示，当温度由-25℃升高到75℃时，栅压降低219mV，平均为2.19 mV/℃。可见其可较好地对LDMOS管进行栅压补偿，维持其静态电流的恒定。
结论：本文主要研究了LDMOS射频功率放大器的热记忆效应对器件性能的影响，结合仿真提出了一种有效减弱功率放大器热记忆效应影响的方法。经过仿真证明，该电路能在一定温度范围内很好的补偿功率管。
参考文献：
功率放大电路篇3
【关键词】低频功率 放大器 前置放大 单元元件 带阻滤波器
低频功率放大器在我们的日常生活扮演者重要的角色，我们使用的电子产品的音响都会装有低频巩固率放大器这样的设备，同时在控制系统以及测量系统等领域都有较广泛的使用，经过多年的技术研究与发展，低频功率放大器有了突飞猛进的进步，具有了成熟了技术线路，同时在思想认识上也有了进步，尽管这样，随着无线通讯的飞速发展，无线收发器作为无线通信里的核心部分，人们对它的要求越来越高，需要更低的功耗、更高的效率还要体积越来越小，但是功率放大器作为收发器的最后一级，但是消耗的功率是整个收发器功率的60%～90%，这样对系统的性能具有很大的影响，因此需要设计一种高效低频低功耗的功率放大器对于提高收发器的性能有着至关重要的作用。本文就是针对目前功率放大器的不足进行设计与研究。
1 系统总体设计
低频功率放大器系统的组成分别是电压放大电路、滤波器、功率放大电路、输出级电路还有人机接口显示电路等五个部分组成，在该设计中要求电压放大倍数为1，放大器的增益闭环是0，因此采取两级放大电路为低频功率放大器提供较大的输出功率，同时选用带阻滤波器对40 ～ 60Hz 的信号衰减，进而通过功率放大器进行放大功率，经过功率放大之后在对其进行显示设计，最后通过稳压电源提供稳定的直流电，设计出低耗、实用、廉价的低频功率放大器。
2 系统设计中的主要技术指标
本文中设计的低频功率放大器的主要功能是：用开关将信号源提供的正弦波弱电压信号进行转换，工作方式是先将电压进行放大，在将功率进行放大，进而为等效负载电阻提供一定的输出功率，在设计过程中有很多技术指标，主要的技术指标有：
额定输出功率POR：当输出信号失真度小于一定的规定值时，额定的负载电阻上最大的功率。
带宽BW：低频功率放大器的正常频率范围。
非线性是真系数：在额定输出功率POR下和一定的带宽BW内，输出信号的非线性失真程度。
噪声电压：当低频功率放大器的输入值为零的时候，负载上的电压值。
效率η：负载上输出的额定功率POR与消耗的电源功率PDC之比。
3 电路设计
3.1 电压放大电路设计
电压放大电路是系统设计的首要单元，电压放大电路的主要作用是将小信号进行放大，通过这种运放的高速转换性能可以改善电路的瞬态性能，这样在较宽的带宽下，信号就可以在不同程度的频段也可以不失真地输出，极大地提高了电路的稳定性。在电压放大电路的设计过程中前置放大是由两级NE5532和电路构成，NE5532 的优点是精度高、噪声低、阻抗高、频带宽，而其他的各级放大电路采用固定增益和输出衰减组成，电压的放大倍数可以通过调节电路增益达到。
3.2 功率放大电路
在允许的失真限度内，高效率的向负载提供足够大的功率这是功率放大器的主要作用，功率放大电路的理论基础、工作状态、电路的形式等都与电压放大电路的设计不同。功率放大电路的主要结构元件是NE5532、IRF530、功率末级的两个场 效 应 管IRF9530，这三个元器件对管的特性要求大致一致，这样就可以减小功率放大器的失真现象，IRF530 的主要任务是放大电路，放大倍数是R3 /R1，NE5532的脚1和脚8接到调零电阻上，脚5和脚8之间接到补偿电容上，这样就可以弥补运放过程中产生的零漂和减小失真现象。
3.3 带阻滤波器电路设计
带阻滤波器的主要作用是可以消除50Hz交流电所引起的干扰，该设计过程中采用的是反相型带通滤波器组成的带通滤波器，反相型带通滤波器以及加法运算放大器主要是有2 个 OP07 构成，主要的工作流程是反相型带通滤波器输出的是输入信号反相带通信号，进而输入信号与加法运算放大器相加，得到了带阻信号。二阶带阻滤波器的性能的好坏是由中心角频率系数和带阻滤波器的品质因素Q决定。
3.4 转换电路设计
主要采用的器件是单片机内部的10位AD转换器，但是在设计过程中通过实验发现采用单片机内部10位AD转换器处理的效果不是很理想，通过再次研究决定采用两个AD转换芯片对负载输出的信号进行转换，再通过单片机进行计算，在液晶显示屏上显示出功率和效率。
3.5 显示电路
显示电路的设计采用的器件是12864液晶显示屏，显示屏主要显示输出的功率、直流电源供给的功率以及整个功率放大器的效率，采用这种液晶显示屏的优点是屏幕的反应速度快、较高的对比度以及低功耗。人机之间的交互可以良好的进行，在设计过程中采用串口连接，在单片机的控制下按照规定要求进行显示固定格式的数据或者字符等信息。
4 结语
随着科技的进步，电子产品在人们的日常生活中扮演着重要的角色，低频功率放大器作为电子产品的重要元件，其质量的好坏、性能的高低直接影响了电子产品的使用效果，本文中详细介绍了一种简单实用、性能较高、功耗较低、价格低廉的低频功率放大器的设计方案，在设计过程中满足了输出的波形没有明显的失真，电压放大倍数为1，放大器的增益闭环是0的要求，并最大限度的挖掘单片机的资源，进而功率放大器设计的需求，通过测得发现该电路具有很好的频率响应特性，功率放大器对低频信号具有较好的放大作用，符合实际使用过程中的要求，同时设计价格低廉，只需要几十元，可以被电子产品、音频功率放大器广泛的应用。
参考文献
[1]张琰.基于《单管低频交流小信号电压放大分析》实验的改进[J].郑州铁路职业技术学院学报，2005（02）.
[2]赵闪，余华兵，王麟煜，孙长瑜.基于IGBT的低频水声功放技术[J].江南大学学报（自然科学版）， 2012（05）.
[3]蔡卓恩，郭宁，董红生.具备参数检测及显示功能的低频功率放大器的设计[J].兰州工业高等专科学校学报，2010（02） .
功率放大电路篇4
【关键词】 北斗卫星导航系统 功率放大器 InGaP/GaAs HBT 小信号增益 P1dB输出功率
一、引言
北斗卫星导航系统（简称“北斗系统”）是我国自行研究与设计开发的全球卫星定位与通信系统，是继美国的Global Positioning System（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统[1]。
射频功率放大器是北斗卫星导航系统中不可缺少的重要组成部分，功放特性的好坏将直接影响整个北斗系统的性能。随着北斗系统技术的不断发展，尤其是其独特的双向通讯技术，对应用于其射频端的功率放大器的研究已成为一个极为重要的课题，也是近年来国内外研究的一个重点和热点。
目前，应用在北斗系统中的功率放大器大多是由3-4个放大器级联组成的[2]，面积较大且电路复杂成本较高，本文设计的单片微波集成功率放大器，大大简化了传统射频功率放大器的电路结构。本文基于台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs 异质结双极型晶体管（HBT）器件Q360模型，采用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，仿真结果表明，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，小信号增益S21稳定在40dB左右，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下。工作频率为1.6GHz时对应的P1dB输出功率为35dBm，大信号功率增益达到36.5dB，效率附加效率（PAE）稳大于50%，可为北斗系统功率放大器的研究者们提供一定的参考。
二、电路设计
本文设计的射频功率放大器由三级基本放大电路构成每一级电路均是共射极放大电路。在第一级的输入端有一个T型的LC高通匹配电路，可使整个功率放大器的输入阻抗值与50欧姆匹配；级与级之间亦采用了LC高通T型匹配电路，每一级之间达到了完全匹配。
为了提高整个功放的线性度与稳定度，本电路在第一级放大器的基极与集电极之间增加了一个RC串联支路。电源偏置电路是所有射频功率放大器不可或缺的电路单元，本文设计的功率放大器采用独有的电流镜结构的基极偏置电路（如***2所示），具有良好的温度自适应特性，可以充分提高放大器的线性度与稳定性。其中，第一级和第二级放大电路采用同一个基极直流偏置，可有效节省芯片面积。
三、仿真结果
本文设计的北斗功率放大器使用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，采用台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs异质结双极型晶体管器件Q360模型，仿真设计***如***3所示。其中，第一级放大电路由8个Q360器件构成，集电极电流Ic为60mA，小信号增益S21约为12dB；第二级放大电路由16个Q360器件构成，集电极电流Ic为120mA，S21约为17dB；第三级放大电路由32个Q360器件构成，集电极电流Ic为360mA，S21约为15dB。由于级与级之间存在不可避免的增益衰减，该功率放大器总体增益约在40dB左右。
经过仿真调试，该功率放大器的小信号S参数仿真结果，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，增益S21基本保持在40dB左右，且始终大于40dB，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下，具有良好的反射隔离效果。
北斗功率放大器随输入信号功率的增加，输出端的各项参数变化范围。在工作频率为1.6GHz时，该功放的P1dB输出功率为35dBm，对应点的大信号功率增益为36.5dB，效率附加效率（PAE）达到56.8%，稳大于50%，是一款可应用于北斗卫星导航系统的性能优越的射频功率放大器。
四、结论
本文设计的射频功率放大器将基本的电路结构集成在GaAs衬底上，电路结构简单，有效简化了通信系统中射频电路的结构与布局。仿真结果表明，该射频功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围各项性能良好，P1dB输出功率达到35dBm（3.2W），可满足我国北斗卫星导航系统的常规应用。
参 考 文 献
功率放大电路篇5
【关键词】功率放大器 故障维修
一.引言
在调频广播发射机中，高频功率放大器主要用来放大由调频激励器送出的射频已调波信号，这个小功率的已调波信号经过一系列的——前级推动，末级功率放大和功率合成后，获得足够的高频功率后，才能经由馈线送到天线发射出去。由此可见，高频功率放大器是调频广播发射机的主要组成部分。
二.1.2KW高频功率放大器的组成
F1A-1KW调频广播发射机的1.2KW功率放大器的组成如***1，由30W前级功放，四个末级300W功率放大器，功率分配器，功率合成器，带有定向耦合器的谐波滤波器等组成。30W功率放大器作为1.2KW功率放大器的前级推动，激励器输出的（RF）射频功率信号经一段同轴电线送入30W前级功放器，放大后的RF输出功率经由微带线4路功率分配器，分为4路幅度相同，相位相同的信号去推动末级的4*300W功率放大器。1.2KW功率放大器中的分配器、合成器和谐波滤波器部分，经安装和调试完毕后，由于没有可调整的部分，维护的重点就放在30W前级功放模块和300W功放模块上。
三.1.2KW功率放大器（30W前级功放模块和300W功放模块）的常见故障维修
故障现象1：发射机总输出功率不足。
故障分析，产生发射机总输出功率不足的原因是1.2KW功率放大器中的个别300W功放模块故障造成输出功率不足，如***2。
故障排除方法：用三用表检查第一路300W功放模块的输出，输出匹配电路均正常，功放管的漏极电压和栅极偏压不正常，判断功放管已损坏，在更换新的功放管之后工作不多久又出现类似故障，将检查的重点放在合成器上，经查，该功放输出端的平衡隔离电阻，由于内部接触不良，使阻值变的很大，导致300W功放模块在负载不匹配的情况下工作而损坏功放管，更换新的平衡电阻后故障排除。发射机工作一周后又出现同样的现象，经仪器检查第一路、第二路和第三路300W功放都没有故障，当检查第四路时，发现300W功放模块输出功率不足，在功放管的漏极电压正常的情况下，激励输入5W时，其模块的输出功率指示不到150W，再增大激励时，输出功率也不增长，检查300W功放模块的输出匹配电路，没有发现异常现象，在断开电源的情况下，手触摸反馈电阻时，发现其一侧有温度，另一侧没有温度，经测量电阻是正常的，可以判断BLF278功放管的对管中有一只损坏，焊开BLF278管子的栅极和漏极所接的电阻和电感，测试BLF278场效应管损坏，更换后重新调整栅极偏压和输入匹配，输出功率正常。
故障现象2：发射机总输出功率有所下降
故障分析，可能是1.2KW功率放大器的某一路300W的功率模块出现故障造成输出功率下降。
故障排除方法：经查第二路300W功放输出匹配电路中的C5和C6电容器，其焊接处有明显的因过热而已脱焊的现象，造成该路的输出不匹配而过载工作，所以功放的输出减小而电流增大，重新焊接。检查第三路300W功放模块没有输出，功放管的漏极电压和栅极偏压均正常，输入匹配电路中的元器件也无异常，判断射频输入端可能有虚焊，经查是输入端的不平衡——平衡阻抗变换器的芯线有虚焊现象，重新焊接后，300W功放输出正常。
故障现象3：发射机输出功率时有时无，不能正常工作
故障分析，可能的原因1.2KW功率放大器的前级推动，30W功率放大器故障造成。
处理这类故障，首先分析故障发生的部位，根据30W功放电原理如***3，出现故障的可能，一是电源调整部分，二是功放管的输入回路，分别对这两部分进行故障点的判断。
故障与排除方法1，30W功放在没有输入激励时，其功放管的漏极电压和栅极偏压均正常，在逐渐增大激励输入时，负载端的功率并没有指示，这时测量电感L2和L3处的漏极电压很小为2V左右，检查LM317HV，原来由于质量原因，其带载调整能力较差，更换LM317HV后正常。
故障与排除方法2，30W功放的输出下降严重，经查是由于功放管的漏极电压下降所致，在检查场效应管V2的栅极电压时，由于控制板来的AGC电平较高，导致V2导通，使LM317HV的输出电压降低，引起功率下降严重，重新调整控制板N18的脚输出电平正常。
故障与排除方法3，30W功放输出时有时无，导致1.2KW功率放大器不能正常工作，检查30W功放的电源调整部分均正常，AGC控制电平也正常，最后将检点放在功放的输入回路，在检查输入端的4dB衰减器时，发现由于质量问题，在安装过程中造成4dB衰减器的脚松动，使内部处于虚焊状态，更换新的4dB衰减器后故障排除。
故障与排除方法4，30W功放没有输出，检查激励输入和功放管漏极电压正常，测量栅极偏压为负，说明功放管一直处于截止状态，检查30W功放的栅极偏置电路。±12V电源均正常，而当XS3—5端无论有还是没有-12V电压时，V3晶体管的集电极都为-12V，拆下V3后测量，发现V3已经击穿，更换V3后功放管的栅极偏压正常，功放管导通，输出正常。
故障与排除方法5，经查30W功放的功放管漏极电压很小，检查LM317正常，而其脚电平为0V，检查N1运放的脚输出为11V左右，导致V4晶体管导通所引起的过流保护，检查运放的输出端，发现R7、R8电阻的误差太大，因为R7、R8均为1KΩ电阻，R7为正误差，R8为负误差，使脚电平高于脚电平，N1的输出为正电压，更换阻值比较一致的两电阻后，故障现象排除。
四.小结
全固态调频立体声广播发射机，要实现“高质量、不间断、既经济又安全”的播出，必须以预防为主，不但要正确地调整机器，使机器处于最佳工作状态，还要合理安排预防性检修和维护。B&P
功率放大电路篇6
关键词：数字幅频均衡 FPGA 功率放大器 前置放大 带阻滤波器
中***分类号： TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00
声音在电子设备拾取时或在音响设备传送中，由于电子设备自身的原因而导致幅度对频率的响应往往不同，经放大器输出后达不到原来的听觉效果，数字均衡放大器是用来改善音频频率响应的设备。本文设计实现了一种高性能的数字幅频均衡功率放大器，具有高增益、高带宽和高效率等优点。
1 系统方案
本系统的设计核心是数字幅频均衡模块和功率放大模块。采用FPGA器件来实现参数可调数字滤波器的设计，FPGA器件具有研发周期短、运行速度快、参数精确可调等优点；为了提升系统稳定性，减少资源消耗，本设计采用多周期模式来实现FIR滤波算法算法；采用D类功率放大器实现功率放大。系统的构成框***如***1所示，包括前置放大电路、带阻网络、数模转换电路、FIR数字滤波、数模转换电路和 D 类功率放大器。
2 电路与数字处理算法设计
2.1 前置放大电路设计
一般音频输入信号的电压有效值小于10mV，此时噪声对信号的影响很大。对其噪声消除是本放大器的重点。在降低噪声影响主要采取三方面措施：第一，在该放大器前加上一级低噪声射随电路，保证输入阻抗比较大，对小信号进行一级预处理；第二，在电路中加了多个滤波网络，降低电源噪声影响；第三，运放选用低噪声运放NE5534和OPA2604。第一级以射随，第二级和第三级采用反相放大方式，第二级放大20倍，第三级放大约40倍，信号总共放大为820倍。为了保证输出阻抗600Ω，在输出端串联600Ω的电阻。电路如***2所示。
2.2 功率放大电路设计
对数字均衡后的输出信号进行功率放大采用的是D类功率放大器，由四个部分组成：三角波发生、比较电路、驱动电路和末级功率放大电路。首先使用积分器对信号进行积分，并通过比较器得到三角波，与输入信号通过比较器进行比较得到调制波形。功率放大的核心电路是驱动电路和末级功率放大电路。由于IR2110兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，故采用IR2110来驱动末级功率场效应管；由于IRF3205具有开关速率快，导通电阻低的特点，适合于高效率，高开关频率的功率放大，故采用IRF3205作为末级功率管使用，电路如***3。
2.3 数字幅频均衡器设计
采用CYCLONE系列EP1C6Q240C8芯片的FPGA作为数字幅频均衡的核心处理器件，外扩A/D选用TI公司16位高精度模数转换器ADS850，外扩D/A选用TI公司16位数模转换器DAC712。为了减少电路的复杂性提高采样和输出精度，结合采样速率（根据奈奎斯特采样定理，采样速率应为输入信号最高频率的 2 倍以上），A/D采样速率应选用40KHz以上，而为了在一个信号周期内采样更多个点，就必须采用高速A/D，高精度模数转换器ADS8505，其输入电压范围为-10V～10V，数据转换速率最高250kHz，内置参考电压源。为了使输入阻抗达到600Ω，在模数电路前置由OPA277构成的射随电路，射随的正相端并联600Ω电阻；数模转换器DAC712，其输出电压范围为-10V～10V，其输出速率最高100kHz，内置参考电压源。为了让输出波形（20Hz～20kHz）平滑，输出接三阶无源 RC 滤波器，截止频率设为25kHz。数字幅频均衡器电路框***如***4。
2.4 数字处理算法设计
因有限脉冲响应（FIR）滤波器比较容易实现线性相位特性，故数字滤波器选用FIR滤波器。实现FIR滤波器算法的基本单元包括存储单元、乘法单元、加法器和延迟单元等。存储单元用于存储滤波器的系数，可以通过仿真软件MATLAB的FDATOOL来生成系数。由于需要比较稳定的幅频特性，在此采用更加稳定的FIR滤波器。由于带阻网络的极点距离比较近，为了实现在不同的极点达到相应的均衡效果，需要设计高阶FIR滤波器，才能达到更高的频率分辨率。因为A/D采样速率在96kHz，这里设计了2045 阶FIR 滤波器，频谱分辨率为96kHz/2045=46.9Hz，能够满足实际需要。为了在不同频段达到不同的补偿滤波效果，需要采用频率采样的设计方法来设计FIR滤波器，设计重点在于计算出FIR滤波器的系数。
3 软件程序设计
均衡器设计的工作流程如***5所示：
FPGA程序设计流***6所示，FPGA提供A/D采集时钟和D/A输出时钟控制，同时使用IP核配置2045阶FIR数字滤波器模块，并在程序中配置好与A/D和D/A的接口控制，从而输出相应的均衡后的波形。
4 测试方法与测试结果
测试仪器：ENF2212函数发生器、四位半数字万用表、TDS2000C型200MHz数字存储示波器。
功率放大电路测试方法：正负电源电压V+=15V，V- =- 15V，接8Ω负载，接入前置放大、带阻网络、数字均衡。通过示波器观察功率放大器末级输出电压幅度，并在电路中串联接入两台四位半万用表（电流档），观察正负电源的电流值，同时观察波形有无明显失真。通过电压幅度和电流值得到其输出功率值，并计算此时的电源功耗，两者的比值即为功率放大器的效率值。在此计算出输出功率和电源功耗值，供参考。计算数据如表1。
波形失真观察：在低频20Hz处有轻微失真。
分析：在低频20Hz有失真，是由于前级三角波发生电路的线性度不高，造成调制后的SPWM波形不纯正，导致经过末级功率放大器后输出波形失真。
5 结语
本幅频均衡功率放大器采用FPGA作为核心处理器件，能有效降低干扰对输入信号的影响，测试表明各项参数均满足系统要求，系统整体性能良好。
参考文献
功率放大电路篇7
【关键词】功率放大器；测试；分析
1.引言
随着无线通信技术的发展，功率放大器作为发射机最重要的部分之一，它的性能好坏直接影响着整个通信系统的性能优劣，而功率放大器性能好坏的判决和芯片检测有关。本文介绍了一款E类功率放大芯片性能测试电路的设计，简介了检测中用到的实验设备、器材，并给测试电路加上各种测试信号后观察显示结果，对输出结果进行分析从而判定芯片是否合格。
2.E类功率放大器原理
射频功率放大器是将直流信号转变为射频信号的功率器件，衡量一个射频放大器性能的主要参数有：最大输出功率、效率、线性度、增益等等。功率放大器可以划分为几类，这取决于它们是宽带还是窄带、它们的目的是为了线性工作还是恒包络工作。线性功率放大器有四种类型：A、B、AB、C，它们的主要差别在于偏置情况的不同，这几类传统的功率放大器具有较高的线性度，但效率较低。开关模式功率放大器主要有D、E、F三类，这几类功率放大器中晶体管等效为受输入电压控制的开关，开关导通时有电流经过，若保证管子饱和导通，其导通电阻很小，开关两端的电压很小，甚至趋近于零；开关断开时，电流为零。因此，晶体管的耗散功率很小，从而提高了放大器的效率。
开关模式功率放大器中的E类放大器采用高阶电抗网络提供足够的自由度来改变开关电压的波形，使它在开关导通时的值和斜率均为零，从而降低了开关的损耗，其结构如***1所示。在***1中，一个串联调谐L2C2电路将漏极与负载相连，一个旁路电容C接地。该旁路电容由晶体管寄生电容和另一个电容C1组成（该电容的作用是，当漏极存在电压时，确保晶体管中无电流通过）。要达到最佳性能，当器件导通（并开始产生电流）时不仅其漏电压必须为零，漏电压斜率也必须为零。这样可保证来自旁路电容的电流为零，从而也保证晶体管导通时漏电流为零。由于转换中的漏、源电压及漏电流均为零，因此该器件的功耗可忽略不计。尽管E类放大器的效率从理论上可达到100%，但因抑制谐波需要较高的Q值，从而限制了其效率，这使漏电压值低至0V，并且与时间的斜率为零。
3.高频E类功率放大器测试电路设计
为了对高频E类功率放大器进行测试，我们设计的测试电路原理***结构***如***2所示，从***中可以看出原理***主要由主体芯片和它模块电路组成，其中电路有G***（频段位于800MHz的信号）信号输入模块、DCS（频段位于1800MHz的信号）信号输入模块、电源模块和信号输出模块。
3.1 测试电路
测试的E类手机功率放大芯片引脚布局如***3所示，芯片从左上角以逆时针方向开始依次是1到28引脚，其中1，2，3，5，6，8，22，23，24，25，26，27，28号引脚直接接地，4，9，10，11，12在接地时接一个电容，13，14引脚接电源，对于15，16，17，18，19 引脚它们分别对应着CTR2，CTR1，CTR0，TXEN，RAMP。20，21引脚分别是DCS和G***的信号输入。
整个测试电路的电源部分将为测试电路提供一个3.8V的直流电压和1A的直流电流。经过芯片功率放大后的信号将经过输出模块流入频谱分析仪，输出模块能够很好的去除放大后信号中存在的杂散信号从而保证了放大后信号的纯度。对于DCS和G***信号输入，为了防止信号在输入芯片前掺杂了其它交流杂散，在输入芯片前添加一个电容用来滤除不应有的杂乱信号从而保证输入信号的纯度。
3.2 测试实现
测试过程中使用了可编程电源、信号源、脉冲发生器、频谱分析仪等。它们将为测试电路提供工作条件以及对测试结果进行分析。其中可编程电源将为测试电路提供一个3.8V的直流电压和一个1A的直流电流从而保证测试电路的正常工作。信号源将为功率放大芯片提供一个5dBm频段分别在900MHz和1800MHz下的输入信号。（dBm即分贝毫瓦，功率与P（瓦特）换算公式：P’dBm=30+10lgP 其中P：瓦；P’：单位为dBm）。
测试DCS的时候让信号发生器产生5dBm，1.8GHz的信号，且让脉冲电压源给ramp提供0.45V低电压或2.0V高电压，其中TXEN和chr1，chr2接高电平。测试G***的时候让信号发生器产生5dBm，800MHz的信号且让脉冲电压源给ramp提供0.55V低电压或2.2V高电压，其中TXEN和chr1接高电平，chr0接低电平。给定测试板初始条件后，让输出信号接到频谱分析仪上观测结果。
4.测试结果及分析
测试芯片在DCS、G***频段内工作状况经过频谱分析仪截***可以看出在高脉冲电压下其输出信号波形如***4、***5所示，从截***中可以看出信号在1800MHz的时候得到了放大且大小约为34dBm，800MHz的时候得到了放大且大小约为33dBm，满足了信号经过芯片放大后在DCS下应该达到32dBm以上G***应达到30dBm以上，从波形中可以看出经过放大的信号没有明显的杂散现象说明芯片在高脉冲的时候能够很好的将输入信号进行放大。
当脉冲电压是一个低电压时，即G***条件下令脉冲电压值为0.55V而DCS条件下脉冲电压值为0.45V。DCS和G***频段输入信号经过功率放大后的输出波形分别如***6和***7所示，从***6中可以看出信号在1800MHz时得到了放大效果其值达到了11dBm以上，达到了功率放大器在小脉冲电压下功率放大要求。G***下低脉冲电压输出波形如***7所示，从***中可以看出信号在800MHz处得到了放大，其值在6dBm以上，达到了放大器在小脉冲电压下的功率放大要求。因此芯片在高低脉冲电压下都能很好的将DCS和G***信号进行功率放大且放大后的信号无杂散。
5.总结
本次实验模拟手机信号功率放大，对高频E类功率放大器进行了测试实验，通过观察输出信号的变化判定芯片是否能正常工作，测试效果良好。
参考文献
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功率放大电路篇8
关键词 电子电路设计；语音放大电路；Multisim仿真
中***分类号：TP391.9 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）16-0037-02
1 设计任务与技术指标
设计任务 设计并制作一个由集成运算放大器组成的语音放大电路，其作用是不失真地放大输入的音频信号。为此，语音放大电路应由输入电路、前置放大器、有源带通滤波器、功率放大器和扬声器几部分构成。
技术指标
1）前置放大器：输入信号Uid≤10 mV，输入阻抗Ri≥100 kΩ，共模抑制比KCMR≥60 dB。
2）有源带通滤波器：带通频率范围300 Hz～3 kHz。
3）功率放大器：最大不失真输出功率Pom≥5 W，负载阻抗RL=4 Ω。
2 工作原理
由于话筒的输出信号比较小，为此需用前置放大器对话音进行放大。声音是通过空气传播的一种连续的波，说话的信号频率通常在300 Hz～3 kHz之间，这种频率范围的信号称为语音信号。声音在空气中传播会产生谐波失真，为了提高输出信号的高保真性能，需要设计频率范围在300 Hz～
3 kHz之间的带通滤波器，用于滤除语音信号频带以外的噪声。功率放大器用于对语音信号进行功率放大驱动扬声器输出，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小[1]。
3 设计方案
根据技术指标要求，可由输入信号、最大不失真输出功率、负载阻抗，求出系统总电压放大倍数Au=894。由于实际电路中存在损耗，故取Au=900。根据各单元电路的功能，各级电压放大倍数分配为：前置放大器11倍，有源带通滤波器2.5倍，功率放大器33倍。
前置放大器 前置放大器为测量用小信号放大电路。由于传声器输出信号的最大幅度仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，在设计中要考虑放大器输入漂移、噪声以及放大器本身的共模抑制比对设计精度的影响，前置放大器应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。本设计采用具有很高输入阻抗、能与高阻话筒配接的同相比例运算电路作为前置放大器，电路如***1所示，其电压放大倍数Au为：
所以取R1=10 kΩ，R2=100 kΩ，R3=R4=200 kΩ。
有源带通滤波器 由有源器件和RC网络组成的滤波器称为有源滤波器。按照滤波器工作频带的不同，可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。根据语音信号的特点，语音滤波器应该是一个二阶有源带通滤波器，其频率范围应在300 Hz～3 kHz之间。
1）二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器如***2所示。
电压放大倍数为：
设品质因数Q=0.707，得通带放大倍数Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=27 kΩ。由于f0=3 kHz，若取C1=C2=6.8 nF，
则有R1=R2=8.2 kΩ。
2）二阶有源高通滤波器。高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，若把***2中的C1、C2和R1、R2位置互换，就可得到二阶有源高通滤波器。电压放大倍数为：
设品质因数Q=0.707，得Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=
27 kΩ。由于f0=300 Hz，若取C1=C2=68 nF，则有R1=R2=
8.2 kΩ。
3）宽带带通滤波器。当低通滤波器的截止频率大于高通滤波器的截止频率时，将二阶低通滤波器和二阶高通滤波器串联，就可得到通带较宽的二阶带通滤波器。该方法构成的带通滤波器多用作测量信噪比的音频带通滤波器，其带宽由两个滤波器的截止频率决定，且通带截止频率易于调整[2]。
功率放大器 功率放大器的作用是给语音放大电路的负载（扬声器）提供所需的输出功率。LM386是一种低电压音频集成功放，具有电源电压范围宽、静态功耗低、电压增益可调、外接元件少和低失真度等优点。
LM386的典型应用电路如***3所示。LM386的电源电压范围为4～15 V，静态电源电流为4 mA，输入阻抗为50 kΩ。
电路由单电源供电，输出端经输出电容C5接负载，以构成OTL电路。RP1和C6阻容网络用来设定电压增益，即调节电位器RP1，可使电压增益在20～200之间变化；C2为去耦电容，用来滤掉电源的高频交流成分；C3为旁路电容，起滤除噪声的作用；R1和C4校正网络用来进行相位补偿，防止电路高频自激；C5为耦合电容，起隔直流通交流作用。
4 电路实现
利用Multisim软件画出各单元电路的仿真电路***，先对各单元电路进行分级调试，再将各单元电路级联进行整机调试；然后进行电路焊接与装配，对实际电路进行性能指标测试；最后进行实际系统音质效果试听，即将话筒或收音机的耳机输出口接语音放大电路的输入端，用扬声器代替负载电阻，应能听到音质清晰的声音。
参考文献
功率放大电路篇9
TS-01型中波广播发射机调谐回路的电路***如下附***所示。
它位于高周线路的中间放大器与功放输入之间，属于高周的关键部位起到上挂下联的作用，其工作原理是，由中间放大器输出的高频载波信号，输入至该电路的1，2和15，16端，通过C1和L1组成的串联谐振回路，其谐振频率为载波频率，用于滤除载波以外的杂波，即起到带通滤波器的作用，Q值较高。另一个作用是将脉冲形式的载波变换为正弦波，因为功放需要输入载波为正弦波，以保证平滑的载波曲线，使功放达到均衡的放大状态。载波信号经T1耦合至检测电路，检测电路的作用是取样高周信号（高频激励信号），去控制电路，当该信号电平低于某规定值（由控制电路调整），控制电路就会封锁PDM信号，发射机输出功率为零，以保护功放电路，同时欠激励指示灯亮（具体可参考控制电路部分）这部分电路由R3—R7、VD1，C2—C3等原件组成，由18、19端口输出至控制电路。另一个检测电路为推动电流取样，由T2等原件完成，M1为推动电流表。从取样电路形式可以看出，它们取样方法是不一样的，激励信号取样为电压取样，而推动电流取样为电流取样，当负载发生微小变化时，激励电压是没有变化的，而推动电流是变化的，这正是我们后面分析故障要用到的，L2的作用是与功放各级的输入总电容形成并联谐振，L2一般在出厂时由厂家调试完成。
下面讲几列与调谐回路有关的故障及处理方法供参考：
1、故障现象：发射机正常工作时推动电流表很快变大，但其它参数正常。
故障处理：重新拔插功放板故障依旧，但更换功放板后恢复正常。
故障分析：将换下的功放板仔细检查，无损坏原件，但发现功放板插口处有较厚的积尘和污垢，做清洁处理后正常。
2、故障现象：发射机正常工作时推动电流表指示逐渐变大，并趋于稳定。
故障处理：由于推动电流变大，怀疑是功放输入有异常，取下功放板未发现异常，重新插入试机，推动电流恢复正常。
故障分析：由电路分析可知，由于推动电流表反映的是功放输入高频信号的电流大小，即功放输入阻抗的大小，重新插拔功放板后恢复正常，说明插接件接触点的分布电容发生变化，破坏了并联谐振，从而导致功放输入阻抗的变化，使推动电流变大。
3、故障现象：发射机正常工作时推动电流表指示突然变大（打到头），同时发射机输出功率减小。
故障处理：更换功放板后工作正常。
故障分析：检查换下的功放板，发现故障功放IRF250功率场效应管损坏，平衡电阻烧断。由于功放元件损坏，使谐振回路并联阻抗严重失谐，表现出推动电流突变。
4、故障现象：发射机开机时，高频故障指示灯亮，无输出功率。
故障处理：首先检查控制板高频推动检测电路U107的5脚电压为正常值4V，U107为电压比较器，5脚为基准电压，4脚为高频采样，测量值为2.6V，小于5脚基准电压从而使比较器反转而输出保护，说明是高频推动电平低，进一步检查调谐回路的高频电压取样电路，发现R5外观颜色有异常，更换后正常。
故障分析：由于R5电阻变小，高频取样电压变小，使得控制器U107A比较器反转，保护电路封锁功率输出。
综合以上调谐回路故障分析，总结这类故障预防性检修应该注意：
故障一中，在日常检修时，要多注意接口的除尘，保证接插件表面清洁，同时保持功放板信号输入线的干净，不变形。
故障二中：在电流稳定后可以不立即处理，可在停机后再处理，如若某块板经常发生或插到某个功放插口经常发生此类故障，则要仔细检查哪些接插口是否有异常。
故障三中：由于功放管损坏，使得输入电容变化较大，同时伴有功率下降，所以容易判断
故障四的概率较低，可以经常观察系统检测工控机的高频取样参数是否有变小的迹象，也可以将此次参数设置到接近报警门限值，当有减小时，系统会及时发出报警，同时又不会使发射机保护而封锁功率，起到提醒作用。
功率放大电路篇10
关键词：音频领域；印制电路板；音响效果；扬声器；功耗低
家庭影院自上世纪80年代兴起后，现代的家庭影音系统开始有着质的飞跃，可以在瞬间得到众多观众的喜爱，尤其在年轻一代中广受欢迎，并且飞速的进入消费者的家中。随着信息技术的发展，家庭影音系统正在这些技术的带动下，其技术质量、音响效果等越来越受完美，许多电子技术的爱好者也希望能够自己***完成按照自己意愿设计的家庭影音系统，这一逐渐成为社会年轻人的一大发展趋势。
一、D类功率放大器的概述
几十年在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器一直占据统治地位。音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、晶体管到集成电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程：电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL的形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。迫使人们开发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其它数字化设备相连接的特点。D类功率放大器就是PWM型功率放大器。它基本符合上面的要求。
在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，后者称为综合放大器。由于左、右声道完全相同，所以在双声道电路中只介绍其中一路：
（一）前置放大器的组成
前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。
1.音源选择
音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的，通常分为高电平与低电平两类。调谐器、录音座、CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机的输出电平仅为0.5～5mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供连接电视信号和其他高电平音源之用。
2.输入放大
输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V左右。输入放大器可设计为***的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的放大。
3.音质控制
音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。有时还可以插入***的均衡器，以进一步美化声音。音质控制包括音量控制、响度控制、音调控制、左、右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。
（二）功率放大器的组成
虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由激励级、输出级和保护电路所组成。
二、传统功放与D类功放的比较
功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout的过程中不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids和vds。功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法。
A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声器需要的最大音频电流。A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的dc偏置电流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬声器（这是我们期望的）。
B 类放大器拓扑结构没有dc偏置电流，所以功耗大大减少。其输出晶体管是以推拉方式***控制，从而允许高端晶体管为扬声器提供正电流，而低端晶体管吸收负电流。由于只有信号电流流过晶体管，因而减少了输出级功耗。但是B类放大器电路的音质较差，因为当输出电流过零点和晶体管在通断状态之间切换时会造成线性误差（交越失真）。
A/B 类放大器是A类放大器和B类放大器的组合折衷，它也使用dc偏置电流，但它远小于单纯的A类放大器。小的dc偏置电流足以防止交越失真，从而能提供良好的音质。其功耗介于A类放大器和B类放大器之间，但通常更接近于B类放大器。与B类放大器电路类似，A/B类放大器也需要一些控制电路以使其提供或吸收大的输出电流。即使是精心设计A/B类放大器也有很大的功耗，因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源。由于漏源极之间的电压降很大，所以会产生很大的瞬时功耗ids×vds。D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小于上面任何一类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲。这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids×vds 。
D类功放具有多种特点，并且是我们只得关注的。
（一）效率高
在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右）。B类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。
（二）功率大
在D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。
（三）失真低
D类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。在D类功放中，没有B类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。
（四）体积小、重量轻
D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片，使得整个D类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。
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