数字幅频均衡功率放大器设计报告

第一篇：数字幅频均衡功率放大器设计报告

2009全国大学生电子设计竞赛 题目F：

《数字幅频均衡功率放大器》

参赛学生： 指导教师： 学 校： 院 系： 2009年9月5日

摘要：

本系统采用DSP作为主控制器，通过前置放大、滤波，经AD转换，对信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过离散傅氏变换（DFT）运算，在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，最后通过低频功放将信号放大，并通过计算机辅助设计软件MATLAB将处理后的参数送入DSP,同时将信息在液晶屏上显示出来。

关键词：DSP、FFT、数字均衡、低频功放、MATLAB 引言

随着数字信号处理(DSP)技术的发展，DSP技术已广泛应用于各个领域。借助于现代数字电子及数字信号处理技术，古老的音响技术也焕发出新的活力。本次大赛中我们选择了F题，围绕这一课题我们进行方案选择与论证、系统的软硬件设计与调试，基本实现了课目的各项指标也要求。并在此基础上，撰写了本报告的。

整个系统分为前置放大、信号滤波、数字均衡及功率放大几个部分，以下分别介绍。前置放大器的设计

2.1 前置放大的硬件设计和带阻网络

2.1.1 前置放大的硬件设计

可控增益宽带放大器由芯片AD603构成。AD603为单通道、低噪声、增益变化范围线性连续可调的可控增益放大器，AD603的带宽为90MHz时，其增益高达30dB.本课题中，我们选择两片AD603，构成如图.1所示的自动增益控制放大器。C1310VAD603输入电阻100欧C1710VR10R15R1310VC19J4U5U6128C113578R0103Q157R910VR74C141210VR114R011C18AGC时间常数电容CavQ21266J29C20R8C013+C12C15C16+12R12R16R14J35J512R17R18R1910V可编程放大器电路P14312

图.1可编程放大电路

2.1.2 带阻网络设计

本题中要求，所制作的带阻网络对前置放大电路所输出的信号v1进行滤波，根据题目要求，本次制作的带阻网络电路图如图.2所示。

图.2带阻网络

根据题目中所给的阻带网络结构，我们采用Multisim进行了辅助分析与设计，其幅频特性的分析结果如图.4所示。

图.3波特图

根据图.3可知，在以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，达到了最大衰减10dB的要求。数字均衡方法比较与选择

在音响系统中，均衡器可以分别调节音频信号的各频率成分增益，从而可以补偿扬声器和声场的缺陷。均衡器可分为三类：图示均衡器，参量均衡器和房间均衡器。传统的均衡器仅将音频信号按高频、中频、低频三段频率进行调节。采用数字信号处理技术可以实现对音频信号的更精细的调节，这类均衡器称为数字均衡器。数字均衡器可以作成图示EQ、参量EQ或者两者兼有的EQ，不仅性能指标优异，操作方便，而且还可同时储存多种用途的频响均衡特性，以供不同节目要求选用。数字均衡可以做到10段参量均衡和29段图示均衡，结合其它功能，如噪声门功能等。

在本次设计中，我们给出了一个有参量EQ或者两者兼有的EQ。其设计过程如下：

3.1 数字均衡器实现方案选择

方案一：采用ARM（嵌入式系统）实现数字均衡

基于精简指令集（RISC）的32位ARM微控制器具有一定的数字信号处理能力，可以用来实现简单的数字均衡器，但当均衡器的功能及性能要求较高时，ARM就不能胜任了。

方案二：采用基于DSP的数字信号处理系统

数字信号处理器具有强大的数字信号处理功能，能够胜任较为复杂的音频信号的各种处理功能，速度快，功耗低。但是DSP弱于事务管理。往往要结合其它处理器，实现友好的人机界面。

方案三：大规模可编程器件

利用大规模可编程器件实现的算法是以逻辑运算完成的最大优越性在于“高速”，实现算法的系统延时非常小，但价格较高。

综合以上各种因素，并考虑到我们的知识与能力，我们选择DSP实现音频信号的数字均衡，并以DSP实现简单的人机界面。

3.2 数字均衡算法选择

3.2.1 软件理论实现方案有三种，如下： 方案一：带通滤波器

根据数字均衡基本原理，我们可以采用一组中心频率和带宽符合一定要求、增益可调的带通滤波器（band-pass filter）实现均衡，并采用MATLAB等计算机辅助分析与设计工具，选择设计理想的滤波器，生成滤波函数的时域冲激响应系数，最后在DSP中以时域卷积的形式实现滤波与均衡。

方案二：傅立叶变换

傅立叶变换是将信号从时域变换到频域的一种变换形式，是信号处理领域中的一种重要的分析工具。离散傅立叶变换（DFT）是连续傅立叶变换在离散系统中的表现形式。在信号的频谱分析、系统分析、设计和实现中都会用到DFT的计算。快速傅立叶变换（FFT）算法，这是一种快速计算的DFT，可以明显降低运算量，大大地提高了DFT的运算速度。

序列x(n)的DFT表达式为：

N/21X(k)x(r)W1r02rkNWkNN/21r0x(r)W22rkN

DSP芯片的出现使FFT的实现变得更为方便。由于大多数DSP芯片都具有在单指令周期内完成乘法累加操作的功能，并且提供了专门的FFT指令，这使得FFT算法在DSP芯片中的实现速度更快，从而更加证实了用DSP的好处。综上所述，由于使用了DSP芯片，而DSP芯片里提供了专门的FFT指令，所以软件理论采用了傅立叶变换的方式。低频功放的硬件设计

由于甲类功率放大器的效率小于50%，所以不符合题目中≥60%的要求。B类功率放大器虽然效率较高，但是其交越较大，所以也不符合要求。AB类功放存在着交越失真，也不符合，所以选择D类功率放大器。D类功放具有效率高、体积小、输出功率大等优点。

对于D类功放有三种方案

4.1 采用专用的D类功放器件

此类经典D 类功放主要由脉冲宽度调制器、开关放大器和低通滤波器等三部分组成，由三角波发生器、比较器和音频输入信号构成脉宽调制器(PWM)；两只输出场效应管组成开关放大器；LF 和 CF 构成低通滤波器，用以恢复音频信号。驱动级用来驱动开关放大器，使放大器输出信号为在VDD和VDD 间切换的高频方波。

图.4经典D 类功放结构示意图

4.2 基于DSP或ARM的D类功率放大器件

首先对输入的音频PCM信号进行采样, 然后进入DSP 处理系统进行数字变换和滤波, 包括差值运算器, 数字低通滤波器和Σ-△调制器。然后用已经获得的二进制序列法去控制MOS管的通断, 并通过模拟的0~24K 的低通滤波器传输到模拟输出。

此方案是利用DSP 芯片的高速计算能力, 实现了数字功率放大器的功能及数字处理本身的特性, 整个放大过程的精度、信噪比和延时都可以通过对算法的修改来实现,。比PWM技术具有更大的灵活性, 且能实现较好的还原效果。

4.3 采用可编程器件实现D类功率放大器

在全数字音频功率放大器的设计中，采用了CPLD来实现将PCM数字语音数据转换成PWM信号，并在D类放大器的实现上采用了改进的PWM方案，实现了D类放大器具有效率高、滤波器设计简化等特点。

信号经过AD转换器进入DSP器件，再经过由CPLD构成的脉冲宽度调制器，产生的信号用来驱动级由MOS管构成的开关放大器，经滤波之后将信号反馈到输入端，与输入值作比较来减少输出波形的失真度。如图.5所示。

图.5 低频功放的组成框图

本次设计中，我们采用由高速模拟比较器、波形发生成及PID环节构的控制器。硬件系统的设计

5.1 DSP的硬件设计

本开发板配有8位数码管显示、16个按键的控制电路、外接21引脚液晶显示、2个138译码器、AD与DA转换器和丰富的外部扩展接口。具体功能和应用介绍如下。

5.1.1 DSP芯片介绍

此次竞赛采用TMS320C5416芯片，这个芯片的特点有：1采用哈佛结构，能同时对程序存储器、数据存储器进行操作；2采用多种线结构，可同时进行取指令和多个数据存取操作；3采用流水线操作；4配有专用的硬件乘法—累加器，可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作；5具有的特殊DSP指令；6快速的指令周期；7硬件配置强；支持多处理结构；省电管理和低功耗。

5.1.2 按键电路

本实验板有16个小按键，按键读写控制由138译码器（U10）的11、12脚结合两块SN74HC573芯片控制，以识别按键操作。138再由DSP的A12到A15端口（高四位地址）控制按键的选通。按键电路可以用于控制数码管显示、液晶显示等等，这主要由编程控制

5.1.3 液晶电路

实验板上提供外接21脚液晶，我们采用外接型号为ATM240128的液晶显示屏。

液晶显示内容由DSP的D0到D7端口外接10千欧电阻提供数据。液晶的现实控制由138译码器控制LCD使能端口、DSP_R/W控制WR和RD端口、DSP_A0、A1分别控制LED背景光源负极和数据命令选择端。

5.1.4 ADDA转换器

实验板AD转换器由贴片芯片TLV1571组成，DA转换器由贴片芯片TLV5619组成。

TLV1571 是TI 公司专门为DSP 配套制作的一种10 位并行A/D 转换器，具有速度高、接口简单、功耗低的特点，外围电路中通过A/D 转换器把模拟信号转换为数字信号，再由DSP 实时地对大量数据进行数字技术处理。TLV5619是美国德州仪器公司推出的高速低功耗DAC器件, 它是带有12位并行数字输入的电压输出 型DAC。该器件与TMS320系列器件的并行接口兼容, 采用2.7~5.5 V单电压供电。当使用LDAC管脚时, 它可以异步更新缓冲区的数据。当设置为低功率时, 其功耗仅为50 nW。软件设计

6.1软件流程图如图.10所示。

开始初步确定中心频率用matlab仿真进行辅助设计满足技术指标？YN参数处理导入CCS，进行仿真N满足技术指标？Y下载运行结束

图.10 软件流程图 系统测试

系统测试过程中，首先通过MATLAB仿真，按照竞赛要求设计20hz-20khz的衰减小于1.5分贝，得到滤波系数h(n),然后通过ccs进行数字信号处理。首先通过A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，然后将输入的信号 与h(n)进行卷积，得到滤波的信号，本设计考虑到实行性，及稳定性采用40阶的FIR滤波器。在调试的过程中，遇到的问题很多，如实时性，首先用80阶的FIR,不能完成实时性，后来，通过调试改为40阶FIR滤波器。D类功放的测试分控制电路部分、功率主回路部分及系统总体测试。首先完成了，D类功放主回路的调试与测试，这部分调试通过后，再调试控制回路，完成了其中的高速PWM发生器，PID环节。设计总结

我们花了两个多月的时间来准备电子设计大赛，从9月2日起，比赛正式开始，到今日为止，整整四天三夜。在这些天的奋斗过程中，大家互相合作，互补不足。俗话说：“三个臭皮匠，顶个诸葛亮。”在这四天三夜里，我们集聚了个人的所长，及时的完成了我们选的题目。在这次的次赛中，我们对电子制作有了更加浓厚的兴趣，对数字信号处理、数字均衡、DSP及相关期间有了更进一步的了解，我们再完成任务的同时，也锻炼了我们吃苦耐劳的能力。但，由于初次参加此类比赛，对有些芯片还不是很了解，导致在比赛过程中，在芯片选择上，花费了大量的时间。这说明我们的准备工作做的还不是非常到位。

参考文献

[1]黄智伟.《 全国大学生电子设计竞赛系统设计》.北京航空航天大学出版社.2006年； [2]邹彦.《DSP原理及应用》.电子工业出版社

[3]曾宝国;曾妍.《D 类功率放大器的原理及应用》.四川信息职业技术学院

[4]符晓玲;姜 波.《基于DSP 的数字音频功率放大器的设计》.新疆大学电气工程学院

第二篇：2009全国大学生电子设计竞赛 ——《数字幅频均衡功率放大器》

2009全国大学生电子设计竞赛 题目F：

《数字幅频均衡功率放大器》

参赛学生：徐宋静 刘玉河 梁杰

指导教师： 赵正敏 杨定礼

学 校：淮阴工学院

院 系： 电子与电气工程学院

2009年9月5日

摘要：

本系统采用DSP作为主控制器，通过前置放大、滤波，经AD转换，对信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过离散傅氏变换（DFT）运算，在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，最后通过低频功放将信号放大，并通过计算机辅助设计软件MATLAB将处理后的参数送入DSP,同时将信息在液晶屏上显示出来。

关键词：DSP、数字均衡、低频功放、MATLAB 引言

随着数字信号处理(DSP)技术的发展，DSP技术已广泛应用于各个领域。借助于现代数字电子及数字信号处理技术，古老的音响技术也焕发出新的活力。本次大赛中我们选择了F题，围绕这一课题我们进行方案选择与论证、系统的软硬件设计与调试，基本实现了课目的各项指标也要求。并在此基础上，撰写了本报告的。

整个系统分为前置放大、信号滤波、数字均衡及功率放大几个部分，以下分别介绍。前置放大器的设计

2.1 前置放大的硬件设计和带阻网络

2.1.1 前置放大的硬件设计

可控增益宽带放大器由芯片AD603构成。AD603为单通道、低噪声、增益变化范围线性连续可调的可控增益放大器，AD603的带宽为90MHz时，其增益高达30dB.本课题中，我们选择两片AD603，构成如图.1所示的自动增益控制放大器。C1310VAD603输入电阻100欧C1710VR10R15R13110VC9J4U5U6128C113578R0103Q157R910VR74C141210VR114R011C18AGC时间常数电容CavQ21266J29C20R8C013+C12C15C16+12R12R16R14J35J512R17R18R1910V可编程放大器电路P14312

图.1可编程放大电路

2.1.2 带阻网络设计

本题中要求，所制作的带阻网络对前置放大电路所输出的信号v1进行滤波，根据题目要求，本次制作的带阻网络电路图如图.2所示。

图.2带阻网络

根据题目中所给的阻带网络结构，我们采用Multisim进行了辅助分析与设计，其幅频特性的分析结果如图.4所示。

图.3波特图

根据图.3可知，在以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，衰减大约为30db，达到了最大衰减10dB的要求。数字均衡方法比较与选择

在音响系统中，均衡器可以分别调节音频信号的各频率成分增益，从而可以补偿扬声器和声场的缺陷。均衡器可分为三类：图示均衡器，参量均衡器和房间均衡器。传统的均衡器仅将音频信号按高频、中频、低频三段频率进行调节。采用数字信号处理技术可以实现对音频信号的更精细的调节，这类均衡器称为数字均衡器。数字均衡器可以作成图示EQ、参量EQ或者两者兼有的EQ，不仅性能指标优异，操作方便，而且还可同时储存多种用途的频响均衡特性，以供不同节目要求选用。数字均衡可以做到10段参量均衡和29段图示均衡，结合其它功能，如噪声门功能等。

在本次设计中，我们给出了一个有参量EQ或者两者兼有的EQ。其设计过程 如下：

3.1 数字均衡器实现方案选择

方案一：采用ARM（嵌入式系统）实现数字均衡

基于精简指令集（RISC）的32位ARM微控制器具有一定的数字信号处理能力，可以用来实现简单的数字均衡器，但当均衡器的功能及性能要求较高时，ARM就不能胜任了。

方案二：采用基于DSP的数字信号处理系统

数字信号处理器具有强大的数字信号处理功能，能够胜任较为复杂的音频信号的各种处理功能，速度快，功耗低。但是DSP弱于事务管理。往往要结合其它处理器，实现友好的人机界面。

方案三：大规模可编程器件

利用大规模可编程器件实现的算法是以逻辑运算完成的最大优越性在于“高速”，实现算法的系统延时非常小，但价格较高。

综合以上各种因素，并考虑到我们的知识与能力，我们选择DSP实现音频信号的数字均衡，并以DSP实现简单的人机界面。

3.2 数字均衡算法选择

3.2.1 软件理论实现方案有三种，如下： 方案一：带通滤波器

根据数字均衡基本原理，我们可以采用一组中心频率和带宽符合一定要求、增益可调的带通滤波器（band-pass filter）实现均衡，并采用MATLAB等计算机辅助分析与设计工具，选择设计理想的滤波器，生成滤波函数的时域冲激响应系数，最后在DSP中以时域卷积的形式实现滤波与均衡。

方案二：傅立叶变换

傅立叶变换是将信号从时域变换到频域的一种变换形式，是信号处理领域中的一种重要的分析工具。离散傅立叶变换（DFT）是连续傅立叶变换在离散系统中的表现形式。在信号的频谱分析、系统分析、设计和实现中都会用到DFT的计算。快速傅立叶变换（FFT）算法，这是一种快速计算的DFT，可以明显降低运算量，大大地提高了DFT的运算速度。

综上所述，由于水平有限，我们在软件理论中采用了带通滤波器的方式。3.2.2用Matlab实现带通滤波器

Matlab的信号处理工具箱提供了支持实现FIR滤波器和IIR滤波器设计方法的函数，以下是通过Matlab所画出的滤波图。低频功放的硬件设计

由于甲类功率放大器的效率小于50%，所以不符合题目中≥60%的要求。B类功率放大器虽然效率较高，但是其交越较大，所以也不符合要求。AB类功放存在着交越失真，也不符合，所以选择D类功率放大器。D类功放具有效率高、体积小、输出功率大等优点。

对于D类功放有三种方案

4.1 采用专用的D类功放器件

此类D 类功放主要由脉冲宽度调制器、开关放大器和低通滤波器等三部分组成，由三角波发生器、比较器和音频输入信号构成脉宽调制器(PWM)；两只输出场效应管组成开关放大器；LF 和 CF 构成低通滤波器，用以恢复音频信号。驱动级用来驱动开关放大器，使放大器输出信号为在VDD和VDD 间切换的高频方波。

图.4经典D 类功放结构示意图

4.2 基于DSP或ARM的D类功率放大器件

首先对输入的音频PCM信号进行采样, 然后进入DSP 处理系统进行数字变换和滤波, 包括差值运算器, 数字低通滤波器和Σ-△调制器。然后用已经获得的二进制序列法去控制MOS管的通断, 并通过模拟的0~24K 的低通滤波器传输到模拟输出。

此方案是利用DSP 芯片的高速计算能力, 实现了数字功率放大器的功能及数字处理本身的特性, 整个放大过程的精度、信噪比和延时都可以通过对算法的修改来实现,。比PWM技术具有更大的灵活性, 且能实现较好的还原效果。

4.3 采用可编程器件实现D类功率放大器 在全数字音频功率放大器的设计中，采用了CPLD来实现将PCM数字语音数据转换成PWM信号，并在D类放大器的实现上采用了改进的PWM方案，实现了D类放大器具有效率高、滤波器设计简化等特点。

信号经过AD转换器进入DSP器件，再经过由CPLD构成的脉冲宽度调制器，产生的信号用来驱动级由MOS管构成的开关放大器，经滤波之后将信号反馈到输入端，与输入值作比较来减少输出波形的失真度。如图.5所示。

本次设计中，我们采用由高速模拟比较器、波形发生成及

PID环节构的控

制器。硬件系统的设计

5.1 DSP的硬件设计

本开发板配有8位数码管显示、16个按键的控制电路、外接21引脚液晶显示、2个138译码器、AD与DA转换器和丰富的外部扩展接口。具体功能和应用介绍如下。

5.1.1 DSP芯片介绍

此次竞赛采用TMS320C5416芯片，这个芯片的特点有：1采用哈佛结构，能同时对程序存储器、数据存储器进行操作；2采用多种线结构，可同时进行取指令和多个数据存取操作；3采用流水线操作；4配有专用的硬件乘法—累加器，可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作；5具有的特殊DSP指令；6快速的指令周期；7硬件配置强；支持多处理结构；省电管理和低功耗。

5.1.2 按键电路

本实验板有16个小按键，按键读写控制由138译码器（U10）的11、12脚结合两块SN74HC573芯片控制，以识别按键操作。138再由DSP的A12到A15端口（高四位地址）控制按键的选通。按键电路可以用于控制数码管显示、液晶显示等等，这主要由编程控制

5.1.3 液晶电路

实验板上提供外接21脚液晶，我们采用外接型号为ATM240128的液晶显示屏。

液晶显示内容由DSP的D0到D7端口外接10千欧电阻提供数据。液晶的现实控制由138译码器控制LCD使能端口、DSP_R/W控制WR和RD端口、DSP_A0、A1分别控制LED背景光源负极和数据命令选择端。

5.1.4 AD / DA转换器

实验板AD转换器由贴片芯片TLV1571组成，DA转换器由贴片芯片TLV5619组成。TLV1571 是TI 公司专门为DSP 配套制作的一种10 位并行A/D 转换器，具有速度高、接口简单、功耗低的特点，外围电路中通过A/D 转换器把模拟信号转换为数字信号，再由DSP 实时地对大量数据进行数字技术处理。TLV5619是美国德州仪器公司推出的高速低功耗DAC器件, 它是带有12位并行数字输入的电压输出型DAC。该器件与TMS320系列器件的并行接口兼容, 采用2.7~5.5 V单电压供电。当使用LDAC管脚时, 它可以异步更新缓冲区的数据。当设置为低功率时, 其功耗仅为50 nW。软件设计

6.1软件流程图如图.10所示。

开始初步确定中心频率用matlab仿真进行辅助设计满足技术指标？YN参数处理导入CCS，进行仿真N满足技术指标？Y下载运行结束

图.10 软件流程图 系统测试

系统测试过程中，首先通过MATLAB仿真，按照竞赛要求设计20hz-20khz的衰减小于1.5分贝，得到滤波系数h(n),然后通过ccs进行数字信号处理。首先通过A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，然后将输入的信号与h(n)进行卷积，得到滤波的信号，本设计考虑到实行性，及稳定性采用40阶的FIR滤波器。在调试的过程中，遇到的问题很多，如实时性，首先用80阶的FIR,不能完成实时性，后来，通过调试改为40阶FIR滤波器。D类功放的测试分控制电路部分、功率主回路部分及系统总体测试。首先完成了，D类功放主回路的调试与测试，这部分调试通过后，再调试控制回路，完成了其中的高速PWM发生器，PID环节。8 设计总结

我们花了两个多月的时间来准备电子设计大赛，从9月2日起，比赛正式开始，到今日为止，整整四天三夜。在这些天的奋斗过程中，大家互相合作，互补不足。俗话说：“三个臭皮匠，顶个诸葛亮。”在这四天三夜里，我们集聚了个人的所长，及时的完成了我们选的题目。在这次的次赛中，我们对电子制作有了更加浓厚的兴趣，对数字信号处理、数字均衡、DSP及相关期间有了更进一步的了解，我们再完成任务的同时，也锻炼了我们吃苦耐劳的能力。但，由于初次参加此类比赛，对有些芯片还不是很了解，导致在比赛过程中，在芯片选择上，花费了大量的时间。这说明我们的准备工作做的还不是非常到位。

参考文献

[1]黄智伟.《 全国大学生电子设计竞赛系统设计》.北京航空航天大学出版社.2006年； [2]邹彦.《DSP原理及应用》.电子工业出版社

[3]曾宝国;曾妍.《D 类功率放大器的原理及应用》.四川信息职业技术学院

[4]符晓玲;姜 波.《基于DSP 的数字音频功率放大器的设计》.新疆大学电气工程学院

第三篇：高频功率放大器_课程设计报告

河南理工大学课程设计报告书

高频电子线路课程设计报告

设计题目：高频功率放大器设计

专业班级 电信09-3 学 号 310908030305 学生姓名 董一含 指导教师 高 娜 教师评分

2012年6月13日

河南理工大学课程设计报告书

摘 要

高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件，用于发射机地末端。本课程设计的高频功率放大器电路由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，从而设计出完整高频功率放大器电路，再利用电子设计软件multisim对电路仿真。

关键词：甲类功率放大器、丙类功率放大器、multisim仿真。

河南理工大学课程设计报告书

目 录 设计要求.............................................................................................................................1 1.1 已知条件....................................................................................................................1 1.2 主要技术参数............................................................................................................1 1.3 具体要求....................................................................................................................1 2 原理分析.............................................................................................................................2 3 电路设计.............................................................................................................................3 3.1 电路概要设计............................................................................................................3 3.2 丙类功率放大器设计................................................................................................3

3.2.1 放大器的工作状态............................................................................................3 3.2.2 谐振回路及耦合回路的参数............................................................................4 3.2.3 基极偏置电路参数计算....................................................................................5 3.3 甲类功率放大器设计................................................................................................5

3.3.1 电流性能参数....................................................................................................5 3.3.2 静态工作点........................................................................................................6 高频功率放大器完整电路图.............................................................................................7 5 电路仿真.............................................................................................................................8 6 设计心得...........................................................................................................................10

参考文献..........................................................................................................................11 设计要求

1.1 已知条件

+VCC=+12V,晶体管3DG130的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCES≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCES≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。

1.2 主要技术参数

输出功率P0≥500mW，工作中心频率f0≈5MHz，效率η＞50%，负载RL=50Ω。

1.3 具体要求

分析高频功率放大器原理，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，利用电子设计工具软件multisim对电路进行仿真测试，分析电路的特性。原理分析

高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内 的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划 分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器 通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大 器或谐振功率放大器。利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ< 90º，效率η可达到80%，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。图1为丙类谐振功率放大器。

图 1 丙类谐振功率放大器 电路设计

3.1 电路概要设计

本课程设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中VT1 组成甲类功率放大器，晶体管VT2 组成丙类谐振功率放大器。从输出功率P0≥500mW来看，末级功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器，但要求总效率η＞50%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一级丙类功放。本课程设计采用的电路甲类功放选用晶体管3DG130,丙类功放选用3DA1。首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。

3.2 丙类功率放大器设计

3.2.1 放大器的工作状态

为获得较高的效率η及最大输出功率P0。放大器的工作状态选为临界状态，取，得谐振回路的最佳负载电阻Re为

为，集电极基波电流振幅，集电极电流脉冲的最大值Icm及）其直流分量Ic0，即 Icm= Ic1m / α1（=216mA，Ic0= Icm ·α0（）=54mA。

电源供给的直流功率PD为： PD=VCCIc0=0.65W。集电极的耗散功率PC'为： PC'=PD-P0=0.15W。放大器的转换效率η为：η=P0/PD=77%。

若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为Pi=P0/AP=25mW，基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流β=10）Ibm=Icm/β=21.6mA，基极基波电流的振幅Ib1m 为Ib1m=Ib1mα1(为。)=9.5mA，输入电压的振幅Vbm3.2.2 谐振回路及耦合回路的参数

在谐振功率放大器中，为满足结它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络，输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图2所示。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称滤波匹配网络。对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。

图 2丙类谐振功率放大器的匹配网络

丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算，输出变压器线圈匝数比为，取N3=2,N1=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为若采用的。的NXO-100铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，可以计算变压器一次线圈的总匝数N2，即由可得N2≈8。需要指出的是，变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。

3.2.3

基极偏置电路参数计算

基极直流偏置电压VB为

射极电阻RE2为 RE2=|VB|/ICO=20Ω。

取高频旁路电容CE2=0.01μF。

3.3 甲类功率放大器设计

3.3.1 电流性能参数

由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率PO'应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载Re'应等于丙类功放的输入阻抗|Zi|，即PO'=Pi=25mW,Re'=|Zi|=86Ω。集电极的输出功率P0为(若取变压器效率ηT=0.8)P0=PO'/ηT≈31mW。

若取放大器的静态电流ICQ=Icm=7mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻Re分别为 Vcm=2P0/Icm=8.9V，因射极直流负反馈电阻RE1为

。，取标称值360Ω，得输出变压器匝数比为 匝数N1=6。，若取二次侧匝数N2=2，则一次侧 本级功放采用3DG12晶体管，设β=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为 Pi=P0/AP=1.55mW，得放大器的输入阻抗Ri为

Ri≈rb'b+βR3=25Ω+30×R3 若取交流负反馈电阻R3=10Ω则Ri=335Ω，得本级输入电压的振幅Vim为。

3.3.2 静态工作点

由上述计算结果得到静态时(Vi=0)晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.5V，则VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/β=0.23mA，若取基极偏置电路的电流I1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=2.8kΩ，取标称值3kΩ。

在实验时可以调整时取R1=5.1kΩ+10kΩ电位器。取高频旁路电容CE1=0.022μF，输入耦合电容C1=0.02μF。

高频电路的电源去耦滤波网络通常采用π形C1=0.002μFLC低通滤波器，L10,L20可按经验取50~100μH，C10，C11，C20，C21按经验取0.01μF。L10,L20可以采用色码电感，也可以用环形磁心绕制。高频功率放大器完整电路图

将上述设计计算的元件参数按照图所示电路进行安装，然后再逐级进行调整。最好是安装一级调整一级，然后两级进行级联。所示可先安装第一级甲类功率放大器，并测量调整静态工作点使其基本满足设计要求，如测得VBQ=2.8V,VEQ=2.2V，则ICQ=6mA。再安装第二级丙类功率放大器。测得晶体管3DA1的静态时基极偏置VBE=0。

图所示3为完整的高频功率放大器电路图。第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。

图 3完整的高频功率放大器电路图 电路仿真

利用电子设计软件multisim对电路仿真，根据图3高频功率放大器电路图在软件multisim中绘制出仿真电路图，如图4所示。

图 4高频功率放大器仿真电路图

对电路进行仿真测试高频放大器的放大效果，在输入端输入1KHZ的正弦波信号，由仿真电路图在仿真示波器选择B通道观察输入的1KHZ的正弦波信号，如图5所示，输入电压Vi=326mV。

图 5 1KHZ的正弦波信号

再观察仿真示波器A通道的波形，即经高频功率放大器放大的信号波形，如图6所示，由仿真示波器可得输出电压Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真测得设计的高频功率放大器的电压放大增益Av=16.9dB。

图 6高频功率放大器放大后的信号 设计心得

高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件,经过一周的对高频功率放大器电路的设计使我对高频电路课程有了更深一步的了解，课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。此次的高频课设，不仅让我加深了对电子电路理论知识的理解，还加强和同学交流沟通的能力，在设计电路时和同组成员共同讨论解决问题，同时设计出的电路经过Multisim软件仿真达到预期的放大效果，不仅让小组所有成员共同获得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism软件的使用。种种在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次课程设计的目的所在。

参考文献

[1]张肃文.高频电子线路（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2004 [2]张肃文.高频电子线路（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2009 [3]曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析（第四版），西安：西安电子科技大学出版社,2006 [4]杨霓清.高频电子线路实验及综合设计[M］．机械工业出版社,2009 [5]铃木宪次(日).高频电路设计与制作[M］．科学出版社,2005

第四篇：低频功率放大器课程设计报告

《电路与模拟电子技术》

课程设计报告

低频功率放大器

一、摘要

低频功率放大器的主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要分为稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共4 部分。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是实现电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。波形变换电路是将正弦信号变换成规定要求的方波信号。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路。

二、关键字

前置放大级电路

功率放大

稳压电源电路

波转换电路

三、总体设计方案论证及选择

根据课设要求, 我们所设计的低频功率放大器应由以下几个部分组成：稳压电路、前置放大、功率放大以及波形变换电路。下面对每个单元电路分别进行论证：

前置放大级：

设计要求前置放大输入交流接到地时，RL=8的电阻负载上的交流噪声功率低于10mw因此要选用低噪音运放。本装置选用的优质低噪音运放NE5532AI。设计要求输入电压幅度为5~700mV时，输出都能以Po≥10W满功率不失真输出，信号需放大几千倍，有考虑到运放的放大倍数与通频带的关系，故采用两级放大，增益调节可用电位器手动调节，也可用自动增益控制，但考虑到题目中的“使用”俩字（例如输入信号不是正弦信号，而是大动态音乐信号），本装置采用手动增益调节。

功率放大级：

根据设计题目要求，在供原则的功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试的号，则性能很可能高过较好的集成功效。许多优质功放是分立功放。但其中有一个元件出现问题或是搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载，过流，过热等损坏还得加复杂的保护电路。

现在市场上也有很多性能优越的集成功放芯片，如TDA2040A,LM1875，TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作易调试等特点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求问题的。

综上所述，考虑时间紧，在满足要求的前提下，选择易调试的集成功放。

我们熟悉的集成功放有TDA2040A，LM1875，TDA1514等，其中TDA2040A功率量不大，TDA1514外围电路较复杂，且易自激。这两种功放的低频率特征都欠佳，LM1875外围电路简单，电路熟悉，低频特性好，保护功能齐全。它的不足之处是高频特性较差（BW<=70KHz），但对于本设计要求的50Hz~10KHz已足够，因此选用LM1875作功放。

波形变换电路：

直接采用施密特触发器进行变换与整形。而施密特电路可用高精度、高速运算电路搭接而成，也可采用专用施密特触发器构成，还可以选用NE5532P电路构成。

通过比较，本课程设计中施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成。

自制稳压电源：

本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用LM7815、LM7915三端集成稳压器。

四、设计方案的原理框图

图1 总体设计

放大通道正弦信号外供正弦信号源弱信号前置放大级变换电路正、负极性对称方波 自制直流稳压电源功率放大级RL=8Ω~220V50Hz

五、总体电路图、接线图及说明 XFG101C210uF2V318 V 683XDA1THDU2A1C458U3B710uF9R5850%050kΩKey=AXSC1Ext Trig+_A+_B+_10NE5532AI746R21MΩ0R415kΩR31kΩ4C347uF0R61MΩ14110R71kΩ12C547uF004NE5532AIR822kΩR9V4-18 V 1350%050kΩKey=A150

图2 前置放大电路

说明：前置放大由两级NE5532典型应用电路组成，各级均采用固定增益输出衰减组成。要求当各级输出不衰减，输入Vp=5mV时，输出Va.pp>=2.53V。

0V218 V 5XFG1514C5220uFU10C3100nFD11N400797+XSC1Ext Trig+_A_+B_8C710uF3R1100kΩ023LM1875T2R320kΩ6V1-18 V 0C2220uF0C4100nF0R21kΩ4D21N4007R48Ω10C6210uF0C147uF0

图3 功率放大电路

说明：功率放大器选择用集成功放LM1875，采用典型电路，此电路中R3，R2组成反馈网络，C1为直流反馈电容，R1为输入接地电阻，防止输入电路时引入感应噪声，C7为信号耦合电容，D1，D2为保护二极管，R4和C6组成退偶电路，防止功放产生高频自激，C5，C2，C3，C4是电源退耦电容。

六、主要元器件选择

1）稳压电路中选用LM7815、LM7915三端集成稳压器

2）因为LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，所以在正弦波一方波转换电路中采用集成运放LF357

3）在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532,在功率放大级中采用运放LM1875。

七、电路参数计算

前置放大计算

对于第一级放大，要求在信号最强时，输出不失真，即Vp=700mV时，输出Vom<11V(低于电源电压1V)。所以

A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7 取A1=15.当输入信号最小，即Vpp=10mV，而输出不衰减时

V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA 第二级放大要求输出V02.pp>2.53V,考虑到元件误差的影响，取V02.pp=3V，而输入信号最小为150mV，则第二级放大倍数是

A2 = V02.pp/ V01.pp=20 功率放大计算：

LM1875开环增益为26dB，即放大倍数 A=20

因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率P0>10 W。而 Vom=2Rl*P。=12.65V 加上功率管管压降2V，则

V=Vom=12.65+2=14.65V 取电源电压为15V

Icm=2P。*Rl=1.518A PV =2V * Icm/ =15.1W

八、Multisim仿真结果

前置放大

直流稳压

功率放大

波形转换

九、收获与体会

通过此次课程设计锻炼，我不仅深深体会到理论知识与实践结合的不易，还深入了解并学会了一种简单实用、成本低的低频功率放大器的电路设计方法。课设过程中为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义。

十、参考文献

[1] 胡翔骏 电路分析(第二版)北京：高等教育出版社 2007 [2] 华成英、童诗白 模拟电子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 2006 [3] 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计 北京：北京航空航天大学出版社 2006 [4] 夏路易、石宗义 电路原理图与电路板设计教程 北京希望电子出版社 2002 [5] 谷丽华、辛晓宁、么旭东 实用低频功率放大器的设计 沈阳化工学院学报 [6] 高玉良 电路与模拟电子技术 北京高等教育出版社

十一、附件

XSC3V120 Vrms 60 Hz 0° A+_BExt Trig+_+_D91N5402U1LM7815CTC7330nF5C810uFD11N5402D31N5402D21N5402D4C11N5402100nF03R1C31kΩ2.2mFC22.2mF0IC=35VIC=35VXSC1Ext Trig+D51N5402D71N54028D6+_A_B+_91N5402D8C41N5402100nFR21kΩC5D1001N5402C6132.2mFIC=35VU2LM7915CT002.2mFIC=35VXSC2Ext Trig+_11C1010uFC9330nF00A+_+B_0 图2

直流稳压电路

说明：直流稳压电源部分为整个功放电路提供能量，根据设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+15V。因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，故本设计中采用三端稳压电路。两组独立的20V交流，经过桥堆整流，大电容滤波，再加0.1uF小电容滤掉电源中的高频分量。考虑到制作过程中电源空载时的电容放电可在输出电容并上1K大功率电阻。另外还要给7815，7915来获得+15V、万一输入端短路，大电容放电会使稳压块由于反电流冲击而损坏，加两个二极管可使反相电流流向输入端起保护作用。

V260V140XSC11R410kΩ2D21N4728A5R510kΩR6831Ext Trig+3C1818 V U1A330nF1824NE5532PV370C2-18 V 330nFU2A+_AB_+_R310kΩ700mVrms 1000 Hz 0° 30924NE5532P1kΩD1Key=A1N4728A050% 图5 波形变换电路（NE5532P）

说明：将1KHZ的正弦波变为同频率的对称方波。因LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，所以本课程设计中施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成，而NE5532运放做隔离用。

第五篇：高频功率放大器实训报告

《高频电子线路》实训报告

题目：高频谐振功率放大器的性能研究

设计过程：

1．高频功率放大器简介

高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000

Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百Hz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605

kHz的频段范围）的频带宽度为10

kHz，如中心频率取为1000

kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。

2.高频功率放大器的分类

高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

谐振功率放大器的特点：

①放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。

②输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。

③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。

④输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。

3.功率放大器的三种工作状态

高频功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器件的工作状态可分为甲类、乙类、丙类等，提高功率放大器效率的主要途径是使放大器件工作在乙类、丙类状态，但这些工作状态下放大器的输出电流与输入电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数很大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类状态；高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类状态，通过谐振回路的选频作用，可以滤除放大器的集电极电流中的谐波成分，选出基波从而消除非线性失真。因此，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。

工作状态

半导通角

理想效率

负

载

应

用

甲类

qc=180°

50%

电阻

低频

乙类

qc=90°

78.5%

推挽，回路

低频，高频

甲乙类

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低频

丙类

qc＜90°

h＞78.5%

选频回路

高频

丁类

开关状态

90%~100%

选频回路

高频

表1-1

不同工作状态时放大器的特点

4.放大器电路分析

（1）谐振功放基本电路组成如图1-2所示为高频功率放大器的基本电路。为了使高频功率放大器有高效率地输出大功率，常常选择工作在丙类状态下工作。我们知道，在一元件（呈电阻性）的耗散功率等于流过该元件的电流和元件两端电压的乘积。由图可知基极直流偏压VBB

使基极处于反向偏压的状态，对于NPN型管来说，只有在激励信号为正值的一段时间内才有集电极电流产生，所以耗散功率很小。

晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用，谐振回路中LC是晶体管的负载，电路工作在丙类工作状态。

图1-2

高频功率放大器基本电路

图1-2

谐振功率放大器各级电压和电流波形

（2）集电极电流余弦脉冲分解

当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。

晶体管的内部特性为：

ic

=

gc

(eb–VBZ)

它的外部电路关系式：

eb

=

–VBB

+

Vbmcoswt

ec

=

VCC

–Vcmcoswt

当wt=0时，ic

=

ic

max

因此，ic

max

=

gcVbm(1–cos

qc)

若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数，得

ic

=Ic0+Icm1coswt+Icm2cos2wt+…+Icmncosnwt+…

由傅里叶级数的求系数法得

其中

5.谐振功率放大器的动态特性

（1）谐振功放的三种工作状态

在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：

①欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方

②过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区

③临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。

i

c

i

c

I

m

0

180

°

＜

°

w

t

B

A

C

D

负载增大

V

CC

Q

V

c

1.欠压状态

2.临界状态

3.过压状态

R

p

V

c

V

c

图1-3

电压、电流随负载变化波形

（2）谐振功率放大器的外部特性

如果VCC、VBB、Vb

这几个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻R

决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。

①欠压状态：B点以右的区域。在欠压区至临界点的范围内，根据Vc=R*

Ic1，放大器的交流输出电压在欠压区内必随负载电阻R的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。

②临界状态：负载线和Eb

max正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界线状态时，输出功率大，管子损

耗小，放大器的效率也就较大。所以，高频谐振功率放大器一般工作于这个状态。

③过压状态：放大器的负载较大，在过压区，随着负载Rp的加大，Ic1要下降，因此放大器的输出功率和效率也要减小。

R

Recr

IC1m

VC1m

IC0

欠压

过压

图1-4

谐振放大器的负载特性

集电极调制特性是指VBB、Vbm和R一定，放大器性能随VCC变化的特性。如图2-6所示。由于VBB和Vbm一定，也就是VBEmax和IC脉冲宽度一定，因而对应于VCEmin的动态点必定在VBE＝VBEmax的那条特性曲线上移动；当VCC由大减小时，相应的VCEmin也由大减小，放大器的工作状态将由欠压进入过压，IC波形也将由接近余弦变化的脉冲波变为中间凹陷的脉冲波。

VC1m

Ic1m

Ic0

过压

临界

欠压

过压

临界

欠压

VCC

VCC

h

P1

P0

图1-5

谐振放大器的集电极调制特性

基极调制特性是指VCC、Vbm和R一定，放大器性能随VBB变化的特性。如图2-7所示。当Vbm一定，VBB自负值向正方向增大，集电极电流脉冲不仅宽度增大，而且还因VBEmax增大而使其高度增加，因而IC0和IC1m（相应的Vcm）增大，结果使VCEmin减小，放大器由欠压进入过压状态。

放大特性是指VBB、VCC和R一定，放大器性能随Vbm变化的特性，如图2-8所示。固定VBB、增大Vbm和上述固定Vbm、增大VBB的情况类似，它们都使集电极电流脉冲的宽度和高度增大，放大器的工作状态有欠压进入过压；进入过压后，随着Vbm的增大，集电极的电流脉冲出现中间凹陷，且高度和宽度增加，凹陷加深。

VC1M

IC1M

IC0

h

P0

P1

欠压

临界

过压

欠压

临界

过压

Vbm

Vbm

图1-6

谐振放大器的放大特性

6.电路的设计

（1）丙类功率放大器的设计

因为要求获得的效率>60%，放大器的工作状态采用临界状态，取=70°,所以谐振回路的最佳电阻为

=551.25Ω

集电极基波电流振幅

≈0.019A

集电极电流最大值为

=0.019/0.436=43.578mA

其直流分量为

=*=43.578*0.253=11.025mA

电源供给的直流功率为

PD=Ucc*Ico=132.3mW

集电极损耗功率为

P=

PD

–

PC

=32.3mW

转换效率为

η=

PC

/

PD

=100/132.3=75.6%

当本级增益=13dB即20倍放大倍数，晶体管的直流β=10时，有：

输入功率为

P1=P0/AP=5mW

基极余弦电流最大值为

IBM

=

ICM

/β

≈

4.36Ma

基极基波电流振幅

=4.360.436=1.9mA

所以输出电压的振幅为

UBM

=2

P1/

IB1M≈5.3V

（2）谐振回路和耦合回路参数计算

丙类功放输入、输出回路均为高频变压器耦合方式，其中基极体电阻Rbb<25Ω,则输入阻抗

≈87.1Ω

则输出变压器线圈匝数比为

≈6.4

在这里，我们假设取N3=13和N1=2，若取集电极并联谐振回路的电容为C=100pF，则

≈7.036μH

采用Φ10mm×Φ6mm×5mm磁环来绕制输出变压器，因为有

其中

μ=100H/m,A=,=25mm,L

=7.036μH

所以计算得N2=7

仿真结果：

（1）

multisim仿真高频谐振功率放大电路原理图

图1-7高频谐振功率放大器仿真电路图

（2）

仿真示波器测得输入与输出信号电压波形

用高频信号源提供2MHz的输入信号，幅度在1V左右，观测到放大后的不失真的输入信号。当输出信号幅度最大，失真最小时，认为功放已经调谐了。

图1-8调谐波