功率放大是一种能量转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载，对功率放大要求如下：

(1)输出功率要大：要增加放大器的输出功率，必须使晶体管运行在极限的工作区域附近，由ICM、UCM和PCM决定。

(2)效率η要高：放大器的效率η定义为：η=交流输出功率/直流输入功率

(3)非线性失真在允许范围内：由于功率放大器在大信号下工作，所以非线性失真是难免的，问题是要把失真控制在允许范围内，

功率放大器按工作状态和电路形式可分成以下几种：

(1)甲类功率放大器：在整个信号周期内，存在集电极电流;

(2)乙类功率放大器：只有半个信号周期内，存在集电极电流，按电路形式它又可分为：

1)双端推挽电路(DEPP)

2)单端推挽电路(SEPP)

3)平衡无变压器电路(BTL)

在实际中，为了克服交越失真，推挽式昌体管电路是工作于甲、乙类状态的。

一、甲类功率放大器

图一是甲类功率放大器，负载RL通过阻抗变换器B变成集电极负载RL=n

RLo对直流来说，变压器B初级直流电阻和Re均很小，所以直流负载线接近一条垂直线见图一(b)为使放大器输出较大功率，可使交流负载线处于a点和b点位置：a点的Uce=UCM,而工作点Q处于ab直线中点，通常晶体管的饱和压降和穿透电流都很小，实际上可以认为Icmin=0和Ucemin=0o 因此，供给负载的电流和电压振幅分别为：

Icm=IcM/2, Ucem=UCM/2 ------------------------------------------------式1

负载的交流功率(或放大器输出功率)为：

PL=(UceM/)×(IcM/)=(IcM/)×(UcM/)=(1/8)IcM×UcM-------式2

工作点Q的集电极电流ICQ和电压UceQ分别为：

ICQ=ICM/2， UceQ=Ec=UCM/2---------------------------------------------式3

所以，直流电源的输入功率：

PD=IcQ×UceQ=(ICM/2)×(UCM/2)=1/4IcMUcm-------------------------------式4

甲类功率放大器的效率为：

η=PL/PD=50%---------------------------------------------------------式5

可见：(1)晶体管的最大集射电压为电源电压EC的两倍。

(2)晶体管静态时耗功率为输出功率的两倍。

(3)甲类放大器的效率最高只有50%。

二、乙类推挽电路

图2(a)为乙类推挽电路，由于输出端使用变压器，因而晶体管对地有两个输出端，设电路完全对称，当输入信号Us为正半波时，BG1截止、BG2导通，输出电压UL为负半波，因此，两管轮流导通，一推一挽地工作，故称为推挽电路。

由于两管轮流地工作，所以把两管的输出特性按相反方向叠在一起，两管的交流负载线正好连成直线ab,工作点Q处于直线ab的中点，如图2(b)所示，从图中可看出各电量的关系：

(1)如输出变压器的初级和次级绕组的匝数比为n，则每只晶体管的负载电阻RL为：

RL=(n/2)RL=(n/4)RL--------------------------------------------式6

而集电极与集电极之间的电阻RCC为

Rcc=nRL=4RL-----------------------------------------------------式7

(2)变压器B2的初级绕组端电压振幅为：

Ucem=UceQ≈Ec----------------------------------------------------式8

初级绕组电流振幅为：

Icm=IcM----------------------------------------------------------式9

所以输送到初级绕组的功率为：

Ps=(Ucem/)×(Icm/)=(1/2)EcIcm------------------------------式10

(3)通过每只晶体管的电流平均值为：

Ico=IcM/π-------------------------------------------------------式11

由直流电源供给的功率为

PD=(2Ico)Ec=2×(Icm/π)×Ec--------------------------------------式12

(4)推挽电路的效率为：

η=(Ps/PD)100%={(1/2×Ec×Icm)/[2×(Icm/π)×Ec]}100%≈78.5%-----式13

设计推挽电路时要注意：

(1)为避免交越失真，晶体管应具有一定的偏置电流，但不要过大，否则使电路效率降低。

(2)晶体管的最大集电极电压Ucm>2Ec。

(3)晶体管的耗散功率Pcm≥1.2Pc1,其中Pc1为每只晶体管送给变压器B2初级的功率，即Pc1=[(1/2)Pso]。

(4)根据Pc1及Ec1的要求，算出晶体管负载电阻PL及输出变压器的匝数比n。

设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。

二、要求

1.基本要求

(1)当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载(一端接地)上，输出功率≥5W，输出波形无明显

一、任务

设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。

二、要求

1.基本要求

(1)当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载(一端接地)上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真。

(2)通频带为20Hz～20kHz。

(3)输入电阻为600Ω。

(4)输出噪声电压有效值V0N≤5mV。

(5)尽可能提高功率放大器的整机效率。

(6)具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于5%。

2. 发挥部分

(1)低频功率放大器通频带扩展为10Hz～50kHz。

(2)在通频带内低频功率放大器失真度小于1%。

(3)在满足输出功率≥5W、通频带为20Hz～20kHz的前提下,尽可能降低输入信号幅度。

(4)设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为40～60Hz。在50Hz频率点输出功率衰减≥6dB。

(5)其他。

三、说明

1.不得使用MOS集成功率模块。

2.本题输出噪声电压定义为输入端接地时，在负载电阻上测得的输出电压，测量时使用带宽为2MHz的毫伏表。

3.本题功率放大电路的整机效率定义为：功率放大器的输出功率与整机的直流电源供给功率之比。电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。

4.发挥部分(4)制作的带阻滤波器通过开关接入。

5.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

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;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。在 “低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o;丙类放大器电流的流通角则小于180o。

乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。

除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100%，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。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，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kHz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)。近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高;它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。

高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度(或信号失真度)等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。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。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出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。

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，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。