学文网作者：陈创 张德磊 田应伟 曾兴亮
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.
【2】黄根春,等。电子设计教程。北京:电子工业出版社,2007.8.
【3】高吉祥。高频电子线路设计。北京:电子工业出版社,2007.5.