《高频电路设计与制作》第二章高频放大器设计与制作2.doc

《高频电路设计与制作》第二章高频放大器设计与制作2-4
高频宽带功率放大器的设计与制作(第一部分)
小信号放大器与功率放大器的差异功率放大器工作点选取方法阻抗匹配-提高效率本AB类功率放大器的设计要点
第二章高频放大器设计与制作2-4
高频宽带功率放大器的设计与制作(第一部分)
    小信号放大器舆功率放大器的不同点
     在此以输出为1W的宽带功率放大器为例,说明功率放大器的设计·制作。
     功率放大器(Power Amp)与前述之小信号放大器比较,较为注重输出功率与消耗功率的比,也即是较为注重效率与失真率,这是衡量一个功率放大器的重要指标。因此功率放大电路大多使用B类或AB类的放大。另外,为了提高效率,阻抗匹配也很重要。
     进而,由於功率功耗(损耗)会产生热量,因此,还必须考虑到晶体管的散热与保护的问题。
     以下,根据这些注意点进行设计·制作。
    功率放大器工作点选取法
     功率放大器如果要输出较大的功率,晶体管必须大振幅地动作,因此,一般要工作在其非线性特征区域。
     一般说来,晶体管电路高效率的同时,失真率也明显增大,因此要在效率与失真率之间取最适当点。
     功率放大器按其偏置电压加入法,也即是工作点的取法,可以如图35所示的A类,B类、C类,以及介於A类,B类中间的AB类。
     图35 晶体管功率放大器的4类工作点电路(功率放大器大多采用AB类,B类,或C类,以提高效率)
    A类的直线良好,功耗也较大,只可以取得较小的功率输出,也即是功率效率较差,不常见於功率放大,大多使用于小信号放大器。
    B类的集极电流只流通半周期,会产生波形失真。可是,由於效率较高,在含有经过调制的高频信号的信号放大场合,常使用到此类的放大电路。
     至于在低频信号功率放大器的应用中,为了减少波形失真,此电路常被作成推换式放大器来使用。
    C类的集极电流流通时间此半周期还短,因此,失真更大,效率最好。在FM信号放大的场合,由於不要求线性,可以使用此类放大。
    AB类为介於A类与B类中间,集电极电流的流通此半周期长一些,故意将工作点提高一点,主要是为了减少失真。
    阻抗匹配-提高效率
     阻抗匹配是提高功率放大器效率的重要方法。如图36所示,根据信号的流程,也即是依据信号源—宽带功率放大—负载(天线等)的顺序,逐一讨论阻抗匹配的情况。
     大部分的高频信号源的输出阻抗为50Ω,而功率晶体管的输入阻抗一般是数Ω~数十Ω,因此,在信号源与放大元件之间加入输入电路,做为阻抗变换之用,以取得阻抗匹配。
     在输出回路也即是负载与放大元件之间设有输出电路,保证高的功率转换效率。
图36 高频·宽带功率放大器的方块图(电功率放大器的阻抗匹配为设计的重点)
    本AB类功率放大器的设计要点……输出1W
     表6所示的是将要制作的宽带功率放大器的设计规格。
     电源电压为12V。高频用功率晶体管大多考虑到可以使用於汽车用电源12V~14V,因此为低电压功率放大器。
     输入输出阻抗为50Ω,此一数值为使用於高频放大电路时的标准值,此也为同轴电缆的特性代表值。
     功率增益拟定如下:,输出为1W时,其增益演算GP=10 log/10=10 dB;放大设定为AB级,成为线性放大器(Linear Amp),频带宽度1MHz一50MHz。
根据此一设计规格,所设计之宽带功率放大器的方块图如图36所示。
表6 宽带功率放大器的设计规格
(功率放大器为宽带,高放大率,并且考虑到线性)
电源电压
Vcc=12V
输入阻抗
Zi=50Ω
输出阻抗
Zo=50Ω
功率放大率(min)
GP=10dB
最大功率输出
Po=1W
工作点类型
AB类线性
频带宽
1MHz~50MHz
环境温度上限
70℃
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高频电路设计与制作》第二章高频放大器设计与制作2-3
使用IC的宽频带放大器的设计-制作
(第一部分)VHF/UHF频带放大是IC的时代需要使用电视用强波器的场合设计要求与所采用集成电路指标参数
2-3 使用IC的宽频带放大器的设计-制作(第一部分)
    VHF/UHF频带放大也是IC的时代
     以前,高频宽频带放大器是由数个晶体管所构成。随着集成电路IC设计及加工工艺的进步,高频使用IC已很普遍,也很容易可以取得。
     在此,针对高频宽频带放大器IC的使用方法提出说明,以电视VHF频带强波器(Booster) 的设计与制作