5 功率放大器
功率放大器功能及用途介绍
功率放大器功能及用途介绍功率放大器是一种能够将输入信号的强度放大的电子设备。
它广泛应用于音频放大、无线电通信、雷达系统和其他各种应用中。
功率放大器的主要功能是将弱信号放大到足够大的功率级别，以驱动各种负载。
这篇文章将详细介绍功率放大器的功能和用途。
功率放大器的主要功能是将输入信号的强度放大到足够大的功率级别，以满足加载器（如扬声器、天线等）的需求。
它可以放大不同类型的信号，如音频信号、射频信号、电力信号等。
功率放大器通常有一个或多个输入和一个输出。
输入信号越强，放大器的输出功率就越高。
功率放大器有不同的类型，包括线性放大器和非线性放大器。
线性放大器能够将输入信号的幅度放大，同时保持输入信号的波形形状和频率特性不变。
非线性放大器会对输入信号进行一定程度的畸变，但能够输出较高的功率。
不同的应用场景需要不同类型的功率放大器。
功率放大器在各个领域都有广泛的应用。
在音频系统中，功率放大器通常用于放大音频信号，驱动扬声器产生更大的音量。
在无线电通信中，功率放大器用于将射频信号放大到能够传输到较远距离的级别，以提供更大的通信范围。
在雷达系统中，功率放大器用于放大雷达发射信号，以产生足够的功率来探测目标。
除了上述应用，功率放大器还广泛应用于医疗设备、工业自动化、航空航天等领域。
在医疗设备中，功率放大器被用于驱动超声波探头、放大心电图信号等。
在工业自动化中，功率放大器被用于驱动各种电动机和执行器。
在航空航天中，功率放大器用于信号传输和发射控制等方面。
功率放大器的选择应该根据具体的需求来进行。
关键的性能指标包括功率增益、频率响应、失真度和效率等。
功率放大器的功率增益表示输入信号经过放大器后的放大倍数。
频率响应表示放大器对不同频率的信号的放大程度。
失真度表示放大器对输入信号产生的畸变程度。
效率表示放大器将输入功率转化为有用输出功率的能力。
总结起来，功率放大器是一种能够将输入信号的强度放大的电子设备。
它具有将输入信号放大到足够大的功率级别的功能，以满足负载的需求。
功率放大器的技术指标
功率放大器的技术指标：1）输出功率：1额定输出功率：是指在一定的谐波失真系数和一定频率范围下所测的功率放大器的输出功率。
2最大输出功率：是指在一定的负载上，功率放大器在规定的谐波失真系数时，采用1000Hz 的正弦波检测信号所得到的连续最大的输出功率。
业余条件下，功率放大器的额定输出功率可以通过下式进行换算：额定输出功率＝最大输出功率×0.8额定输出功率＝峰值功率×0.52）放大增益：也为放大倍数，放大器的电压增益是指输出电压和输入电压之比，电流增益是指输出电流和输入电流之比，功率增益是指输出功率与输入功率之比。
3）频率响应：反应了功率放大器对各种频率信号放大的情况。
品质较高的功率放大器能够重放频率较宽的信号。
一般的放大器频率响应均应在20Hz～20KHz4）信噪比：是指信号电平与噪声电平的比率，用S/N表示。
S为信号电平，Ｎ为噪声电平。
信噪比越高噪声越低。
5）失真：是指放大器的输入信号与输出信号在几何形态上发生了变化。
其主要有：1谐波失真：由于放大器的非线性而产生的，会使声音走调。
2互调失真：是由各个频率信号之间相互调制而产生的，会使声音尖刺、混浊。
3相位失真：是由于放大器对于不同频率产生的相移不均而产生的。
4瞬态失真：会使声音变抖动、不清晰。
5交越失真：会使重放声产生间歇感。
6）动态范围：是指放大器的最高输出电压与无信号时的噪声之比。
其表示了功率放大器的重放声的动态范围和对微弱信号的表现能力。
其会受输出功率的影响。
7）瞬态响应：是指放大器对脉冲信号（瞬时大信号）的跟随能力。
从声音的重放角度来看，瞬态响应较好，重放时就会干净、利落。
否则会含糊不清。
一般用转换速率SR来表示。
转换速率是指在单位时间内信号电压的变化量，其单位是V/μs 。
一般前置放大器的SR能够达到5V/μs就可以满足前置放大器的要求。
一般功率放大器的SR能够达到50V/μs就可以达到高保真瞬态的要求。
8）阻尼系数：是表示功率放大器的内阻的指标，它与扬声器的阻抗成正比，通常阻尼系数越大，扬声器的失真就越小。
高频电子线路(第五章 高频功率放大器)
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。
7
（3）高频功率放大器的种类
谐振功率放大器（学习重点）
特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可
以很大，一般用于末级； 不易于自动调谐。
宽带功率放大器（了解即可）
特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
90%~100%
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振 荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起 动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。
34
问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为iC脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
gC (vB VBZ )(当vB VBZ )
外部电路关系：
vB VBB Vbm cos t
v C V CC V cm cos t
31
（4）对2个问题的解释
问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么iC的波形时有时无,而输出的波形vo却能
是连续的?
问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
安华高科技推出第五代CoolPAM功率放大器
场 上最 耐 用 的 表面 贴 装封 装 之 一 。
管 ２ ＡＫ封 装 比 Ｄ Ｐ ２ ＡＫ封 装 求 。Ｃｏ １ ＡＭ 创 新 的 无 开 关 式 设 计 均 内 置 针 对 低 成 本 、 低 功 耗 、 小 尺 一 ８ ２ 及 支 转 换 器 仅 需 要 ８ 引 脚 和 迹 线 ， 在 电 的 全 新 沟 道 型 ＨＥ Ｅ 功 率 ＭＯＳ Ｅ Ｍ ７２ 以 个 ＸＦ Ｔ ＦＴ 持ｃ ｌ ｂ ｎ ｅｌ ａ ｄ ＣＤＭＡ移 动 通 信 频 带 的 缆 基 础 设 施 、 点 对 点 无 线 通 信 设 备 — 系列 ，适 用于 工 业 用 电池 、电源 、 ＡＣＰ ７ ２ 通 过 Ｃｏ ｌＡＭ 中 的 有 源 和 频 谱 分 析 仪 等 高 速 信 号 处 理 应 用 Ｍ一８ ４ ｏＰ 高 功率Ｄ Ｃ马 达 及 电动 工 具 。 旁 路 功 率 放 大 器 技 术 来 改 善 手 机 的 中 能 够 节 省 电 路 板 空 间 。 作 为 完 整 新 器 件 的 封 装 电 流 额 定 值 达 到 连 续 通 话 时 间 ，第 五 代 的 Ｃｏ ｌ ＡＭ 接 收 路 径 信 号 链 路 解 决 方 案 的 一 部 ｏＰ １５ ９ Ａ， 比典 型 封 装 电 流 额 定 值 高 出 可 以 提 升 低 输 出 功 率 工 作 时 的 电 源 分 ，ＡＤ９ ３ 和 ＡＤ９ ３ 四 通 道ＡＤＣ ２９ ６９ ６ ％ 。新 款 Ｍ ＯＳ Ｅ 具 有 更 低 的 导 通 ０ ＦＴ 效 率 。Ａｖ ｇ 是 为 通 信 、 工 业 和 消 费 与 ＡＤＩ 司 的 可 变 增 益 放 大 器 （ 括 ａｏ 公 包 电阻 （ ＲＤＳ（ ｎ），并 可 使 用 常 用 的 ｏ） 类 等 应 用 领 域 提 供 模 拟 接 口 零 组 件 ＡＤ８ ７ 和ＡＤ８ ７ ）兼容 。 ３２ ３６ Ｔ ２０ Ｏ一２ 、Ｄ２ ＡＫ和 Ｔ ２ ２ 装 。 此 Ｐ Ｏ一６ 封 的领 导 厂 商 。 ２ ０ ＭＳ Ｓ （ ５ Ｐ 每秒百万 次采样 ） 外 ，７管 脚 Ｄ Ｐ ２ ＡＫ封 装 的 电流 额 定 值 第 五 代 Ｃｏ ｌ ＡＭ 功 率 放 大 器 专 的 ＡＤ９ ３ 采 用 高 效 的 分 组 化 输 出 ｏＰ ２９ 达 到２ ０ ４ Ａ的卓越 水平 ，使 它 成为 市 门 面 向 高 、 中 以 及 有 源 旁 路 功 率 模 方 案 ，２ ０Ｍ Ｓ Ｓ 的ＡＤ９ ３ ￣ 支 持 １ Ｐ ６９Ｉ Ｊ
Chapter5 高频功率放大器v1.0解析
故放大器效率：
Po Po c P Po Pc
21
第五章
高频功率放大器
高频电子线路
两点结论：
1）设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则放大器效率c 自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出 功率Po就会增大；
2） 由式
c Po 1 Pc c
ic ic
Q
o
eb
o
t
o振放大器波形图 t
5
t
高频功率放大器波形图
第五章
高频功率放大器
高频电子线路
高频功率放大器与非谐振功率放大器的对比
相同点： ①输出功率大， ②输出效率高。
功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能 量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。
不同点：
谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度 只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作 状态(导通角c＜90)，为了不失真的放大信号，它的负载必 须是谐振回路
非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。 低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工 作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。
π
sin c c cos c I cM o ( c ) π(1 cos c )
I c1m
cos t cos c 1 c ic cosωt dt I cM costdt π π c (1 cos c )
π
I cM
c sin c cos c I cM 1 ( c ) π(1 cos c )
功率放大器(功放)知识讲解
功放基本知识：功放俗称“扩音机”他的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。
一套良好的音响系统功放的作用功不可没。
功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。
功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
分类：按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类.功放（又称D类）。
甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。
甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。
单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。
乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。
乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。
甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。
甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。
丁类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高，体积小的优点。
许多功率高达1000W的丁类放大器，体积只不过像VHS录像带那么大。
这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中有较多的应用。
按功放输出级放大元件的数量，可以分为单端放大器和推挽放大器。
单端放大器的输出级由一只放大元件（或多只元件但并联成一组）完成对信号正负两个半周的放大。
功率放大器的分类
功率放大器的分类
功率放大器根据工作状态的不同分为以下四种：
（1）甲类工作状态在整个工作周期内晶体管的集电极电流始终是流通的，如图9.1（1）所示。
甲类工作状态又称为A类工作状态。
这种状态放大器的效率最低，但非线性失真相对较小。
一般用于对比失真比较敏感的场合，比如Hi-Fi音响。
（2）乙类工作状态晶体管半个周期工作，另半个周期截止，如图9.1（2）所示。
乙类工作状态又称为B类工作状态。
这种放大器一般有两只互补的晶体管推挽工作，效率比甲类功放要高，但存在交越失真的问题。
一般功率放大器都采用这种形式。
（3）甲乙类工作状态它是介于甲类和乙类之间的工作状态，即晶体管工作周期大于一般，如图9.1（3）所示。
这种功放的特性介于甲类和乙类之间。
（4）丙类工作状态在这种状态下，晶体管工作的时间小于半个周期，如图9.1（4）所示。
丙类工作工作状态又称为C类工作状态。
丙类功放一般用于高频的谐振功放。
功率放大器的分类及其参数
功率放大器的分类及其参数功率放大器（简称：功放）（Power Amplifier）功率放大器，顾名思义，是将功率放大的放大器。
进入微弱的信号，如话筒、VCD、微波等等送到前置放大电路，放大成足以推动功率放大器信号幅度，最后后级功率放大电路推动喇叭或其它设备，它最大的功用，是当成输出级（Output Stage）使用。
从另一个角度来看，它是在做大信号的电流放大，以达到功率放大的目的。
从广义上来说功率放大器不局限于音频放大，很多场合都会用到它，如射频、微波、激光等等。
功率放大器的分类：1、纯甲类功率放大器纯甲类功率放大器又称为A类功率放大器（Class A），它是一种完全的线性放大形式的放大器。
在纯甲类功率放大器工作时，晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态，这就意味着更多的功率消耗为热量。
纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见，像意大利的Sinfoni高品质系列才有这类功率放大器。
这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。
2、乙类功率放大器乙类功率放大器，也称为B类功率放大器（Class B），它也被称为线性放大器，但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。
B类功放在工作时，晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入，也就是说，在正相的信号过来时只有正相通道工作，而负相通道关闭，两个通道绝不会同时工作，因此在没有信号的部分，完全没有功率损失。
但是在正负通道开启关闭的时候，常常会产生跨越失真，特别是在低电平的情况下，所以B 类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放大器。
在实际的应用中，其实早期许多的汽车音响功放都是B类功放，因为它的效率比较高。
3、甲乙类功率放大器。
第五章 功率放大器
Ｑ点位置： Ｑ 点在交流负载线上略高于乙类 工作点处。 电路特点：静态电流较小，效率较高（介于甲 类和乙类之间）。输出波形失真比较大。
２、按耦合方式分类
1．阻容耦合功率放大电路。 2．变压器耦合功率放大电路 3．直接耦合功率放大电路
推挽放大器
在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两 只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的 正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只 三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器 负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。 推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一 只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先 导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、 放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以 称为推挽放大器。
Vcem VG I cm ； RL 2 RL 忽略饱和压降和穿透电流，则 最大输出功率为 1 1 VG 1 Vcem Pom I cm VG 2 2 2 RL 2
1 VG Vcem 2
即
Pom
2 VG 8 RL
四、交越失真及克服方法
讨论电路工作原理的时候是理性状态，未考虑三 极管死区电压（硅：０.５V，锗： ０.２V ）的 影响。实际上由于两个功放管之间没有偏置电路， 在输入交流电压小于死区电压的时候，两个功放 管都是截止的。在输出电压波形的正、负半周交 替处出现一段没有电压的区域，这种现象叫交越 失真。 克服方法：在两个功放管的基极之间串入两个二 极管，利用二极管的压降为两个三极管提供正向 偏置电压，使两个三极管处于微导通状态，即工 作在甲乙类状态，克服了交越失真。
第5讲-功率放大电路
5.4 实际功率放大电路分析
5.4.4 功率放大器应用中的几个问题
在功率放大器的实际工作中，为了电路特别是功放管的安 全，有一些问题应当引起注意。 1.供放管放热
通常的散热措施是给功放管加装散热片，在功放电路中， 尤其是中、大功率的功放电路中，必须按照要求给功放管加散 热片（板）。 2.功放管的二次击穿
功放电路的最大不失真输出功率，是指在正弦信号输入 下，失真不超过额定要求时，电路输出的最大信号功率，用放
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5.2 甲类功率放大电路
大电路的最大输出电压有效值和最大输出电流有效值的乘积来 表示。 2）效率η
功率放大器的效率是指负载得到的信号功率和电源供给的 功率之比。 3）管耗
管耗即功放管消耗的功率，它主要发生在集电结上，称为 集电极耗散功率PT。
第5章 功率放大电路
5.1 功率放大电路概述 5.2 甲类功率放大电路 5.3 互补对称功率放大电路 5.4 实际功率放大电路分析
5.1 功率放大电路概述
5.1.1 功率放大电路的特点
1.要求输出足够大的功率 所谓最大输出功率是指在输入正弦波信号下，输入波形不
超过规定的非线性失真指标时，功放电路最大输出电压和最大 输出电流有效值的乘积，其表达式为Pomax=IomUom 2.效率要高
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5.4 实际功率放大电路分析
在大电压大电流情况下工作的功放管，要设法避免或减少 二次击穿的发生，缩短一二次击穿的时间，其主要措施是：通 过增大管子的功率容量、改善管子的散热状况等保证管子工作 在安全区之内；避免由电源剧烈波动、输入信号突然加强以及 负载开路、短路等原因引起的过流和过压现象；在负载两端并 联保护二极管，防止感性负载造成功率管过压或过流，在功放 管的C、E端并联稳压管可吸收瞬时过电压。 3.功放管的过压过流保护
A类B类AB类C类D类五种功率放大器
A类功放输出级中两个或两组晶体管永远处于导电状态;也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流;并使这两个电流等于交流电的峰值;这时交流在最大讯号情况下流入负载..当无讯号时;两个晶体管各流通等量的电流;因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压;故无电流输入扬声器..当讯号趋向正极;线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流;下方的输出晶体管则相对减少电流;由于电流开始不平衡;于是流入扬声器而且推动扬声器发声..A类功放的工作方式具有最佳的线性;每个输出晶体管均放大讯号全波;完全不存在交越失真Switching Distortion;即使不施用负反馈;它的开环路失真仍十分低;因此被称为是声音最理想的放大线路设计..但这种设计有利有弊;A类功放放最大的缺点是效率低;因为无讯号时仍有满电流流入;电能全部转为高热量..当讯号电平增加时;有些功率可进入负载;但许多仍转变为热量..A类功放是重播音乐的理想选择;它能提供非常平滑的音质;音色圆润温暖;高音透明开扬;这些优点足以补偿它的缺点..A类功率功放发热量惊人;为了有效处理散热问题;A类功放必须采用大型散热器..因为它的效率低;供电器一定要能提供充足的电流..一部25W的A类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用..所以A类机的体积和重量都比AB类大;这让制造成本增加;售价也较贵..一般而言;A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多..B类功放放大的工作方式是当无讯号输入时;输出晶体管不导电;所以不消耗功率..当有讯号时;每对输出管各放大一半波形;彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大;在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真;因此形成非线性..纯B类功放较少;因为在讯号非常低时失真十分严重;所以交越失真令声音变得粗糙..B类功放的效率平均约为75%;产生的热量较A类机低;容许使用较小的散热器..乙类功放通常的工作方式分为OCL和BTL;BTL可以提供更大的功率;目前绝大部分的功率集成电路都可以用两块组成BTL电路..3、AB类功放与前两类功放相比;AB类功放可以说在性能上的妥协..AB类功放通常有两个偏压;在无讯号时也有少量电流通过输出晶体管..它在讯号小时用A 类工作模式;获得最佳线性;当讯号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率..普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作;由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦;因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式;只在出现音乐瞬态强音时才转为B类..这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量;是一种颇为合乎逻辑的设计..有些AB类功放将偏流调得甚高;令其在更宽的功率范围内以A类工作;使声音接近纯A类机;但产生的热量亦相对增加..4、C类功放丙类功放这类功放较少听说;因为它是一种失真非常高的功放;只适合在通讯用途上使用..C类机输出效率特高;但不是HI-FI放大所适用..5、D类功放丁类功放这种设计亦称为数码功放..D类功放放大的晶体管一经开启即直接将其负载与供电器连接;电流流通但晶体管无电压;因此无功率消耗..当输出晶体管关闭时;全部电源供应电压即出现在晶体管上;但没有电流;因此也不消耗功率;故理论上的效率为百分之百..D类功放放大的优点是效率最高;供电器可以缩小;几乎不产生热量;因此无需大型散热器;机身体积与重量显着减少;理论上失真低、线性佳..但这种功放工作复杂;增加的线路本身亦难免有偏差;所以真正成功的产品甚少;售价也不便宜..PS：目前绝大部分的多媒体音箱都是采用B类乙类功放;而且由于成本和空间原因;多媒体音箱的功放电路多采用集成电路方式;而且电源变压器和滤波电容不可能做的很大..这就直接影响的多媒体箱的音质质和动态..当然采用电子管功放的多媒体音箱如大极典的功放是工作在甲类的;但是音箱的价格不是绝大部分人可以接受的..功放按输出声道来分共分为：单声道;立体声双声道;2.1声道;5.1环绕音效。
5W立体声D类音频功率放大器.pdf
HM8418 6.5W 立体声 D 类音频功率放大器
特性
输出功率： －6.5W (VDD=6.0V, RL =2Ω，THD+N=10%) －5.3W (VDD=5.0V, RL =2Ω，THD+N=10%)
Dyn
动态范围
η
效率
VDD=5.0V,THD+N=1% RL=2Ω, Po=4.5W RL=4Ω, Po=2.5W
f=1KHz f=1KHz
IQ
静态电流
VDD=5.0V VDD=3.0V
No Load
ISD
关断电流
VDD=2.5V to 4.2V
VSD=3.3V
Vos Fosc
失调电压 工作频率
VIN=0V, VDD=5V
10 350 100 200 30
MAX
6.0
1
UNIT
V W
W
W
W
%
% dB dB dB μV dB %
mA μA mV khz mS °C
HM8418 6.5W 立体声 D 类音频功率放大器
INL+ 8
HM8418
16 OUTR+ 15 PGND 14 OUTR13 PVDD 12 SHDN 11 AGND 10 INR9 INR+
管脚描述
管脚
1 2,15
3 4,13
5 6 7 8 9 10 11 12 14 16
符号
OUTL+ PGND OUTLPVDD NCN Bypass INLINL+ INR+ INRAGND SHDN OUTROUTR+
5W射频宽带功率放大器的设计
ｔａ ，ｔ ｉ ａ ｌ ｉ ｒ ｓｓａ ｌ，ｔ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｓ ｒｌ ｂｅ ｎ ｈｓａ ｌｉｒｈ ｓＳ Ｃ ｈ ｔ ｈｓ ｍｐｉ ｅ ｗｏ ｋ ｉ ｔｂｅ ｈ ｅｆｒ ｎ ｅ ｉ ｅｉ ｌ，ａ ｄ ｔ ｉ ｍｐｉ ｅ ａ Ｕ — ｆｒ ａ ｆ ｃｓｆ ｌ ｐ ｌ ｄ ｔ ｈ ｏ ｅｓｕｌ ａ ｐｉ ｏ ｔｅ ｃｍｍ ｕ ｉａｉｎ ｙ ｅ ｎｃ ｔ ． ｏ
讯 实践 。
关键 词 ： 功率放 大器
功 率增益
宽频 带
传输 线 变压 器
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｒ ａ ａ ｄ ａ ｌｉａｉｎ ｅｅ ｔｉ ｉ ｕｔ ｆｅ ｏｇ ｉ ｒ ａ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔｅｄ ｓ ｆｂ ｏ ｄ ｂ ｎ ｍｐｉ ｃ ｔ ｌｃｒｃｃ ｃ ｉ，ｏｔｎ ｔ ａｎ ｂ ｏ ｄ ｇ ｆ ｏ ｒ ｂ ｎ ｍｏ ｔ ｈ ｒｃｅ ｉ ｉ ｏ ｈ ｏ ｒ ｐｕ ｔ ｈ ｘ ｅ ｓ ｆ ｈ ｗｅ — ｐｕ ． ｉ ｄ — ａ ｄ ｓ ｏ ｈｃ ａａ ｔｒｓ ｃ ｆ ｅｐ ｗｅ — ｌｓｉ ａ ｅｅ ｐ ｎ ｅｏ ｅｐ ｔ ｔ ｓ ｔ ｔ ｏ ｒ ｌｓ Ｔｈｓ ｅ ｓｇ ｏ ｎｙｃ ｎ ａｎ ｈ ａｎ ｐｕ ｎ ｈ ｆｉｉｎ ｙ，ｂ ｔａｓ ａ ｏ ｓｄ ｒｄｗａ ｅｂ ｎ ｉｎ ｎ ｔ ｌ ｏ ｔｉｓｔ ｅｇ ｉ ｌｓａ ｄ ｔ ｅｅｆ ｅ ｃ ｏ ｃ ｕ ｌ ｈ ｓｃ ｎ ｉｅｅ ｖ ａ ｄ— ｏ ｓ ｔｈ ｎ ｐ ｅ ｎ ｉｅａ ｄ ｃ ｃ ｍ ｓａ ｃ ｎ Ｏｏ ｗｉ ｉｇｓ ｅ ｄ ａ ｄｓｚ ｎ ｉ ｕ ｔｎ ｅａ ｄ Ｓ ｎ．Ｔｈ ｅ ｕ ｇ ｎ ｎ ｒｃｉｅｉｄｃ ｔｄ ｃ ｒ ｅ ｄ ｂ ｇ ｉｇ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｎ ｉ ｅ ｃ ａ
维普资讯
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２０ ０７年 第 ３期 巫 丛平 刘静 霞 ：Ｗ 射 频 宽带功 率放 大器 的设计 ５
功率放大电路的原理
功率放大电路的原理功率放大电路是一种将输入信号的功率放大到较大输出功率的电路。
它通常用于音频放大器、射频放大器、高能物理实验和通信系统中等需要放大电信号功率的应用。
理解功率放大电路的原理对于电子学的学习和应用非常重要。
功率放大电路的原理可以通过如下几个方面来解释。
1. 功率放大器的基本组成功率放大电路通常由两个主要部分组成：输入级和输出级。
输入级接收输入信号，并将其转换为电流或电压信号。
接下来，输出级将输入信号的功率放大并驱动负载。
功率放大电路还包括反馈网络，用于稳定放大器的增益和频率特性。
2. 功率放大器的工作原理功率放大器的工作原理主要基于放大器的基本特性：放大信号的幅度和功率。
输入信号首先经过输入级，其中采用了特定的电路，如晶体管、场效应晶体管(FET)或功率放大管。
输入级将输入信号转化为电流或电压信号，然后将其传递到输出级。
输出级的任务是通过放大电流或电压信号，使其具有更大的功率以驱动负载。
输出级通常采用功率放大器管来实现，如晶体管、功率MOSFET或功率集成电路。
输出级还可能包含变压器或耦合器，以适应电源和负载之间的阻抗匹配。
3. 功率放大电路的工作类别功率放大电路可以根据其工作类别划分为不同类型，包括A类、B类、AB类、C类等。
这些类别是根据放大器输出管工作区域的不同部分来定义的。
- A类功率放大器是最常见的类型，其输出管在整个输入信号周期内均工作。
这意味着功率放大器的输出管处于线性工作状态，可以提供较好的信号放大。
- B类功率放大器使用了两个输出管，分别处理输入信号的正半周和负半周。
这种设计可以提高功率效率，但在两个输出管之间需要进行切换，可能引入一定的失真。
- AB类功率放大器是A类和B类功率放大器的折衷型。
其输出管在整个输入信号周期的大部分时间内工作，以提供更高的效率和更低的失真。
- C类功率放大器的输出管仅在输入信号的一部分周期内工作。
这个周期通常位于输入信号的正弦波的一个较小的部分，以提供高效的功率放大。
第5章 功率放大电路
集电极电 流波形
QA
ICQ
=2
uCE
0
2 ωt
(2) 乙类放大电路 静态工作点在截止区，如图5.1.3所示，静态集电极电流 为零，无静态功耗，但输出波形严重失真。 iC 特点 集电极电 流波形 iC2 a. 静态功耗 =π
PC U CEQ I CQ 0
b. 能量转 换效率高
QA
0 uCE
给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微 导通状态，即甲乙类工作状态。 U CC (1) 甲乙类互补推挽电路 a. 利用二极管提供偏压 电路如图5-6所示 二极管提供偏 压，使T1、T2 呈微导通状态
2 U CC 4 PT1(U om U CC ) ( ) 0.137Pom RL 4
这是不是最 在理想情况下（即无静态电流，忽略管子饱和压降）， 大的管耗呢？
2 1 U CCU om U om 求管耗的极值： PT 2 PT1 ( ) RL 4
令
dPT 1 2VCC U om 0 dU om RL π
uo
T2
RL
静态功耗为零
U CC
图5-2(a)乙类OCL功放电路原理图
b. ui >0 时 T1导通，T2截止
c. ui <0 时
T2导通，T1截止
输入信号ui
0 t
U CC
U CC
ui
0 t
T1
ic1
RL
ui
T2
电流io方向
ic 2
RL
uo
输入信号ui 电流io 方向
uo
uo≈ui
uo≈ui
5.2 乙类互补对称功率放大电路
018μm CMOS工艺5 GHz WLAN功率放大器设计
电子工童师
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲ
Ｖ０１．３２ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２００６
０．１８ ｔａｎ ＣＭＯＳ工艺５ ＧＨｚ ＷＬＡＮ功率放大器设计
杨柯，王志功，李志群 （东南大学射频与光电集成电路研究所，江苏省南京市２１００９６）
摘 要：介绍采用ＴＳＭＣ公司的０．１８ ｔｘｍ ＣＭＯＳ工艺应用于５ ＧＨｚ ＷＬＡＮ（无线局域网）发射集中 的功率放大器的设计方法，并给出了仿真结果。电路采用Ａ类三级放大结构，在３．３ Ｖ工作电压下， 增益为２３．７ ｄＢ，１ ｄＢ压缩点输出功率２１．８ ｄＢｍ，最大功率附加效率１５％，可望用于ＷＬＡＮ ８０２．１１ａ 标准的系统中。
表１’ＶＬＡＮ系统工作频段和最大发射功率
图１发射机结构框图
本文所设计的ＷＬＡＮ发射机采用二次变频方案， 一次变频的本振Ｌ０１频率为１ ＧＨｚ，二次变频的本振 Ｌ０２频率为４ ＧＨｚ。两路基带信号，ｉｎ和Ｑｉ。通过滤波 器后，首先混频到ｌ ＧＨｚ，然后与Ｌ０２混频到５ ＧＨｚ， 通过ＶＧＡ（可变增益放大器）后，送到功率放大器进行 放大，最后从天线发射出去。
参考文献
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［２］赵冬梅，冯锡生．短波ＡＸ．２５分组无线网方案及协议实现 ［Ｊ］．数字通信，１９９７，２４（３）：１０－１３，２３．
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『３］ＣＲＩＰＰＳ Ｓ Ｃ．ＲＦ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
A类B类AB类C类D类五种功率放大器
1、A类功放(又称甲类功放)A类功放输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。
当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。
当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于就是流入扬声器而且推动扬声器发声。
A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出晶体管均放大讯号全波,完全不存在交越失真(Switching Distortion),即使不施用负反馈,它的开环路失真仍十分低,因此被称为就是声音最理想的放大线路设计。
但这种设计有利有弊,A类功放放最大的缺点就是效率低,因为无讯号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。
当讯号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。
A类功放就是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬,这些优点足以补偿它的缺点。
A类功率功放发热量惊人,为了有效处理散热问题,A类功放必须采用大型散热器。
因为它的效率低,供电器一定要能提供充足的电流。
一部25W的A类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用。
所以A类机的体积与重量都比AB类大,这让制造成本增加,售价也较贵。
一般而言,A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多。
2、B类功放(乙类功放)B类功放放大的工作方式就是当无讯号输入时,输出晶体管不导电,所以不消耗功率。
当有讯号时,每对输出管各放大一半波形,彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大,在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真,因此形成非线性。
纯B 类功放较少,因为在讯号非常低时失真十分严重,所以交越失真令声音变得粗糙。
B类功放的效率平均约为75%,产生的热量较A类机低,容许使用较小的散热器。
乙类功放通常的工作方式分为OCL与BTL,BTL可以提供更大的功率,目前绝大部分的功率集成电路都可以用两块组成BTL电路。
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5.2 乙类双电源对称功率放大器
5.2.1 电路的组成
互补对称电路 也称OCL电路 也称OCL电路 (Output Capacitorless)
5.2.2 分析计算
1、输出功率
2、管耗
3、直流电源提供的功率
4、输出效率
maximum output power
5.2.3 功率三极管BJT的选择 功率三极管BJT的选择
5.5.1 功率器件 1、散热问题
2、二次击穿问题
小结
1、了解功率放大电路的特殊问题； 了解功率放大电路的特殊问题； 2、熟悉乙类双电源互补对称功率放大器输出 功率、效率的计算； 功率、效率的计算； 3、了解OCL、OTL电路的组成。 了解OCL、OTL电路的组成 电路的组成。
1、功率放大电路的特点与主要研究对象 1）输出功率； 输出功率； 2）效率； 效率； 3）非线性失真； 非线性失真； 4）散热问题。 散热问题。
2、功率放大电路提高效率的主要途径
几类放大电路的比较
1）甲类放大器 class A amplification 2）甲乙类放大器 3）乙类放大器
导通角 导通角 >180o oo =360 =180
1、最大管耗和最大输出功率的关系
由 2、功率三极管的选择
1）PCM>PT1m 2）V(BR)CEO>2VCC 3）ICM>VCC/RL
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
交越失真的问题
（cross over distortion） distortion）
5.3.1甲乙类双电源互补对称电路 5.3.1甲乙类双电源互补对称电路
5.3.2 甲乙类单电源互补对称电路 甲乙类单电源 单电源互补对称电路
(OTL---Output (OTL---Output Transformerless)
基本电路
4.23
带自举单电源互补对称电路 自举单电源互补对称电路
HX108-27收音机原理 HX108-27收音机原理
4、
5.5 功率器件
5 功率放大电路
（power amplifier）
1、了解功率放大电路的特殊问题； 了解功率放大电路的特殊问题； 2、熟悉乙类双电源互补对称功率放大器输出 功率、效率的计算； 功率、效率的计算； 了解OCL OTL电路的组成 OCL、 电路的组成。 3、了解OCL、OTL电路的组成。
5.1 功率放大电路图的一般问题