宽带放大器的设计

用单个放大管设计的放大器就是单管放大器。

单管放大器根据收发共用电极的不同可分为共发放大器，共集放大器，共基放大器。在设计时，首先要给放大器的集电结和发射结提供放大所需要的反偏电压和正偏电压，使放大器工作在放大状态。同时为了减少放大器的频率失真，避免放大器工作在饱和区和截止区，要给放大器提供合适的静态工作点。

在对放大器进行测试时，要分别对其直流通路和交流通路进行测试，直流通路所要测试的是静态工作点是否正常，也就是三极管各极直流电压和电流的大小是否符合设计要求。交流通路所要测试的是，电路的输入阻抗，输出阻抗，电压或电流或功率的放大倍数等是否满足设计要求。

zw_totti

小弟刚工作不久，现要设计470～860MHz频段100W线性功放，增益50dB，效率大于40％，用LDMOS管，工作于AB类。之前没有什么经验，突然要搞这个东西，一头雾水，不知怎么下手。

对ADS也是属于刚入门级，最近也查了不少资料，自己的理解为：应分为3级设计，末级功率管应该用MRF373或者MRF374这一系列！前两级还不知用什么管子好；前两级间匹配应为阻抗匹配，末级为共扼匹配；输出端应使用巴伦进行差分至单端转换，然后还应该有环形器之类的进行反相功率检测，如果一路功率不足100W，还得使用两路50W进行合成。PCB板打算用聚四氟乙烯。

对巴伦略有了解，对环形器和大功率合成技术还不了解；ADS仿真对大信号模型也不知合适不合适！烦啊！搞不出来得另谋出路了。

请各位高手大侠不吝赐教，多多提供有益建议！如果手里有可供参考的电路提供，更是感激不尽了。

大功率合成器可以采用串联馈电形和并联馈电形式的两种类形的合成网络，常用的有三分贝定向耦合器、威尔金森功分器等。连续波大于100W最好不用微带电路，因为介质板会发热，使用空气介质对称带状线合成器。隔离式或非隔离式均可以，但是需等幅同相。否则合成效率将会大打折扣。

环流器是铁氧体器件，利用铁氧体的旋磁特性，使3端口的输出方向按顺时针或逆时针进行，其另一个端口为隔离口。在功率放大器的设计中常用于级间的相互隔离，以保护功率管。

楼上的大侠，能不能提供这方面的资料看看，概念是有了。

3dB定向耦合器我只知道可以用3dB的耦合线来实现，但用于功率合成就不知道了！

威尔金森功分器好像也可用微带做的，空气介质对称带状线不知怎么用来功率合成，哎，要学的太多啊！

环流器还得差资料看看

去买个现成的模仿仿要快点.

Delta的模块不错，看来得先买几个，不知领导舍不舍的花钱。

不过，我还是得把这里的技术搞清楚啊，不然仿都仿不出来！

高手们救救我吧！

管子的大信号S参数怎样变成.S2p文件，然后导入ADS中啊？

用ADS仿真大信号不准，只能作为一种参考。做的那么宽470～860，很难的哦！尤其是平坦度跟线性！

平坦度差一点没事，3dB以内就行，有自动功率控制的，关键是线性和效率！

请高手多指教！

听说可以自己搞出来个大信号模型，输入匹配可以仿真！输出大致仿一下，然后调试！还有什么最佳负载线阻抗匹配，不知怎样实现！

最近用ADS仿真功放的输入输出匹配，功放管的S参数根据PDF文档提供的S11/S21/S12/S22，匹配电路按照文档提供的实例，仿真结果并不好，不知什么原因？

bleuame Post at 2007-6-16 13:10:38

通常情况下功率放大器厂商所给出的功率放大器模型不是很准确。ADS的仿真只能给出一个趋势性的东西，以及一个初步的设计参考。

如果非常想进行功率放大器的仿真，首先需要学习ADS中的load-pull和source-pull技术。这两种技术可以大致给出一个功率放大器的匹配特性。好像在ADS的帮助文档里面有一个介绍性的PPT。

关于功率放大器的模型，在FreeScale网站上有一些ADS模型，你找找看。可以做一些初步的仿真实验。最终的仿真模型需要你向你所选功率放大器的厂商进行讨要。

100W属于大功率功率放大器，并且你需要很高的效率40%，你可以考虑采用Doherty技术，该技术是一种功率合成技术，可以提高功率放大器的效率。相关文档网上很多，搜索一下。

功率放大器的后期调试工作才是工作的重点，建议你初步作出一个方案，然后后期多调试，很多东西你就慢慢了解了。

zw_totti Post at 2007-6-17 22:00:59

多谢楼上的各位兄弟！

本人一定努力学习，积累经验，希望我们搞射频的多交流，共同进步！我本来一直搞频率合成，基础还可以，如果有需要帮忙的，我可以贡献点力量，再次感谢各位同仁的指导！

szjunxiao Post at 2007-6-24 20:21:54

建议用三菱功放模块,不过百分之四十效率是很不简单,若用分立件做很难达到的.[em02]

simit Post at 2007-6-26 12:10:25

用ADS可以进行S参数仿真，也可以进行谐波平衡的仿真，就是不知道准不准确，不过调试功放就是调匹配嘛。[em03]

oliver138 Post at 2007-6-28 17:57:58

可以用 freescale 的管子

1．设计要求

设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：

1．基本要求

（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV，等效负载电阻RL为8Ω下，放大通道应满足：

① 额定输出功率POR≥20W；

② 带宽BW≥（50～10000）Hz；

③ 在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%；

④ 在POR下的效率≥55%；

⑤ 在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流声功率≤10mW。

（2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

2．发挥部分

（1）放大器的时间响应

① 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤ 1μs、峰-峰值电压为200mVpp。

用上述方波激励放大通道时，在RL=8Ω下，放大通道应满足：

② 额定输出功率POR≥10W；带宽BW≥（50～10000）Hz；

③ 在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs；

④ 在POR下输出波形顶部斜降≤2%；

⑤ 在POR下输出波形过冲量≤5%。

（2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。

2、主要电路的设计与计算

1. 功率放大级电路设计

当功率放大器以 的满功率不失真输出时,输出电压的幅度为

为留有充分的余地,取 .由此可以计算功率放大器的总电压增益 ,即

用分贝表示,

功率放大级电路可直接选用集成功率放大器,也可以选用分离元件来组成,但是由于集成功率放大级的调节往往达不到目的,故选用由分离元件晶体管组成的功率放大电路,电路图如下所示：

其中 、 组成差分放大器，如果电路的参数完全对称则电路具有很高的共模抑制比，可以克服由温度变化引起的静态工作点的漂移。晶体管 组成电压放大器，为末级功率放大电路提供驱动电压。晶体管 、 、 、 组成末级功率放大电路，输出端为互补对称的OCL电路。这3级之间采用直流耦合，并引入直流负反馈，电压增益为反馈电阻决定，即 。反馈支路并联电容 可以减小高频自激。

（1） 末级功率放大电路

本设计的技术要求：在额定功率下，输出的正弦波信号的非线性失真系数 3%，效率 55%，所以末级功率放大电路工作在甲乙类比较好。因为工作在甲类状态，虽然非线性失真系数小，但效率较低，一般小于50%；如果工作在乙类状态，虽然效率高较高，但输出波形，容易产生交越失真，达不到非线性失真系数 3%的要求。上图中二级管 、 、 和电位器 是用来调整电路的工作状态的。静态时，调节电位器 ，使A，B间的电压为2.8.V，即近似等于晶体管 、 、 、 的be结电压之和。晶体管 、 、 、 静态时外于微导通状态，O点对地的电压应为0V，从而克服交越失真。

采用+ 、- 双电源供电，由上面计算可得，输出电压的幅度为+20V，则 +20V，为留有余地，选+ =24V，- =-24V。

功率输出晶体管 、 选用一对大功率互补对称的场效应晶体管2N3055和MT2955。其特征频率 ，耗散功率 20W，选 >50。驱动管 、 也是一对互补对称的晶体管，其特征频率 ，耗散功率 500mW，选 >80。

（2） 电压放大电路

电压放大电路给末级功放提供驱动电压 ，晶体管 构成；静态工作点由电阻R4、R8、R9决定，取集电极电流 为6mA左右。电容 是高频电压负反馈支路，防止高频自激。

（3） 差分放大器电路

差分放大器电路由晶体管 、 构成。选择差分放大器电路作为功率放大级的前级，主要是为了提高电路的抗干拢能力。电路的静态工作点由电阻R6和 及R2和 等决定，差分对管的集电极电流通常取1mA左右。

2．前置放大级电路设计

前置放大级电路的主要功能是将5mV~700mV输入信号不失真地放大到功率放大级所需要的1.4V输入信号。因此，需要解决两个问题:一是本级400倍的电压放大倍数和带宽BW>50Hz-10KHz的矛盾二是对5mV-700mV范围内的信号,都只能放大到2V。以满足额定输出功率Po 20W的要求。对于前者，可以采用二级放大器，因为放大器的增益带宽积是一个常数，第级的增益减小，带宽就可以提高。对于后者，可以设计一个音量控制电路或自动增益控制电路，使功放级的输入信号控制在2V左右。根据以上思路，设计的前置放大级电路如下图所示。

其中，NE5532是一个双运放集成运算放大器，可以有来构成 ， 二级放大电路。其主要性能参数如下：

增益带宽积10MHz，转换速率为9V/ ，共模抑制比100 ，输入电阻300k 。设前置放大器的 增益为:

对于幅度为5 mV~700mV的输入信号， 的输出幅度为100mV~14V 。选电源电压+ =24V，- =-24V。第二级放大器的输入信号的大小由音量控制电位器进行控制。设 的增益为

对于100mV的输入信号，不经过电位器 衰减，直接由 放大至2V；对于大于的100mV信号，则调节音量控制电位器 先进行衰减后再放大，使得 经放大后的信号的幅度也为2V，以满足功率放大级输出额定功率 的要求。

3．方波发生器电路设计

方波发生器电路的功能：一是要将信号源输的1000Hz正弦波变为正负极性对称的方波，且 =200mV；二是方波信号要经过放大通道进行放大，使输出达到额定功率 。此外，还要满足方波波形成参数的要求。首先从方波的波形参数考虑，选用快速比较器LM339或LM139组成一个过零比较器，其上升沿和下降沿的时间均小于0.5 。 的同相端接 放大后的正弦波信号，反相端接地，实现过零比较。 的输出为 的对称方波。经R8、R9电阻分压后的输出信号的峰-峰值为200mV。再将开关S1置于2处，方波信号经过放大通道进行放大，使输出达到额定功率 。

4．稳压电源设计

根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，需要稳压电源输出的两种直流电压，即前置放大级的 和功率放大级的 。 电压可选用集成稳压电源LM7812和LM7912芯片直接输出， 电压可以选用电压可以调节的集成稳压电源电路芯片LM317、LM337。其性能参数为：输出电压调节范围1.2~37V，最大输出电流，最小输入1.5A，最小输入，输出压差为3V，最大输入，输出压差为40V。直流稳压电源如下图所示。

其中，LM317和LM337的输出电压可由下式决定。

式中，R1一般取200 左右，若取220 ， =18V，则 3K ，取4.7K 精密电位器。

电压变压器的参数计算如下。稳压电源消耗的直流功率为

式中，稳压电源的输出功率 应大于功率放大器的额定输出功率20W。取 =25W，效率 =66%，则电源消耗的直流功率 =38W，通常电源变压器的功率要大于电源消耗的直流功率，为留有余地，电源变压器的功率Tr取50W。

变压器副边的电压 的计算如下：设LM317的压差为3V ，则LM317的输入端的电压为21V，若取二极管桥式整流器的系数为1。1，则变压器副边的电压为 >21V/1.1=19V，取为20V。

由以上分析计算，可选用一个功率为50W，输入为二路20V的电源变压器，也可自制。

的电压可以由LM317、LM337输出的 电压获得，即将LM7812和LM7912接的 输出，、因数字音量控制和电平指示电路需要+5V的电压供电，所以还要将LM7812的输也接一片LM7805

5．数字音量控制和电平指示电路设计

为了满足输入信号的幅度在5mV~700mV的范围内，功率输出级的输出功率的额定功率 10W的要求，在前置放大级的第二级 的输入端采用电位器RP1对大信号进行衰减。如果RP1不是处在最大的衰减位置，而输入信号又比较大，则这时功率放大级的输出功率会远大于额定功率，很有可能烧坏功率放大器。为了避免这种情况的出现，设计了一个数字音量控制电路。如图所示，

其中CD4051是一个8选1的模拟开关，CD4516是一个4位十六进制异步可逆计数器，由555组成单稳态电路，产生计数脉冲，脉冲宽度 。电路工作原理是：接通电源，由C3，R11组成的置数电路给计数器CD4516置数，其输出 =000，则8选1开关的CD4051接通。这时输入信号经过电阻网络最大的衰减后，再由CD4051的I/O端输出，从而避免了因输入信号较大而损坏功率放大器的情况，CD4051的输出信号经耦合电容C4和电位器RP1进一步调节后使输出保持 75mV左右，再送入前置放大器第二级 的输入端。输入信号 来自前置放大级第一级 的输出， 的范围为100mV~14V.。当 为100mV时，调节计数脉冲，使计数器的输出 =111,则CD4051接通I/ ，输出 100mV；当 为14V时，使计数器的输出 =000，则CD4051接通I/ ，输出为（14 V/100）×0.5=700mV再调节RP1使 100mV。由此可见，对于100mV~14V范围内的输出信号，经过数字音量控制电路后均变为100mV左右，从而满足输出额定功率的要求。

电平指示电路是功率放大器的功能扩展电路。在音量控制电路中，只要增加1只74LS138译码器和8只发光二极管就可以实现电平指示功能，如图所示，因为计数器的输出 的状态与CD4051的输入信号 的大小是一一对应的，所以74LS138的输出也与 的大小相对应，则8只发光二极管可以将 分成8级进行指示

3.电路安装与调试

功率放大器的安装方法是，将整机争成4个电路板，即前置放大电路板、功率放大电路板、数字音量控制电路板和稳压电源电路板。各个电路板之间采用排线进行连接。

功率放大器的电路调试方法是，先调整各个电路板的静态工作点和性能参数，再逐级的级联，进行整机联调。

4.主要技术指标测试

电路级联成功后就可以进行功率放大器整机性能指标的测试工作了，

功率放大级接 、前置放大级接 、数字音量控制级接+5V；负载电阻RL=8 ，信号源为正弦波。输出Vop为负载电阻8 两端的电压，测试数据好下。

（1）.额定输出功率Por测试

测试数据如下表所示，

(2)带宽BW测试

f

(3)非线性失真系数 测试

（%）

（4） .交流声功率测试

（5） 整机效率测试

（6） 发辉部分方波参数测试

放大电路的设计还要看信号源的情况，不是一个5000倍就能表述清楚的，信号源是1uV和1mV的设计方法不一样。

用单电源运放 AD8601做一个同相电压放大电路，如下图，R1 =1K  R2=1K，Rf=29K,低电压时，有一点误差

原理：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。

a. 差模电压放大倍数的测量:通过改变R2的阻值产生差模输入电压信号。

b. 非线性误差的测量：在AVD=100的条件下，分别测量VI为± 25mV、± 50mV、± 75mV、± 100mV时的输出电压，求出非线性误差的最大值。

c. KCMR的测量：在AVD=500、VI＝0的条件下，分别测出VA＝＋15V、VB＝0和 VA＝0、VB＝－15V时的共模电压放大倍数，取较大的一个计算KCMR。

d. 输出端噪声电压的测量：在R1＝R2＝R3＝R4、VI＝0的条件下，用示波器测量输出端噪声电压峰－峰值。

e. 通频带的测量：用信号变换放大器取代桥式测量电路，信号变换电路的输入信号由函数发生器或低频信号发生器给出。

f. 不测量电压放大器的输入阻抗，仅根据对电路的分析，判断它能否满足对输入阻抗的要求。

1.2.2测量直流稳压电源

交流电压变化＋10％和－15％时，AVD和KCMR应保持不变。

2测量放大器的制作

2.1方案比较

2.1.1方案一：

如图一直接采用高精度OP放大器接成悬置电桥差动放大器：利用一个放大器将双端输入信号转变成单端输出，然后通过电阻与下一级反向比例放大器进行耦合，放大主要通过后一级的比例放大器获得，此电路的特点是简单，实现起来对结构工艺要求不高，但是其输入阻抗低，共模抑制比小。失调电压和失调电流等参数也受到放大器本身性能限制不易进一步提高，且无法抑制放大器本身的零漂及共模信号产生，虽然电路十分简单，元器件比较少，但仍将其舍弃。

图一

2.1.2方案二：

采用比较通用的仪用放大器，如图二所示，它是由运放A1A2按同相输入法组成第一级差分放大电路。运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，v1v2分别加到A1和A2的同相端,R1和两个R2组成的反馈网络，引入了负反馈，两运放A1、A2的两输入端形成虚短和虚断，通过计算可以得到电路的电压增益，适当的选择电阻的阻值即可实现放大倍数的改变，并且可以将R1用一个适当阻值的电位器代替，通过调节电位器即可实现对放大倍数的控制。

该电路的优点是，电路简单，原件较少，A1和A1两个放大器组成差分放大电路，可以有效地抑制共模信号，并且为双端输出，其共模放大倍数理论为0，因而可以大大的提高共模抑制比，并且由于输入信号V1和V2都是A1、A2的

图二

同相端输入，根据虚短和虚断，流入放大器的电流为0所以输入电阻Ri，并且要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模．共模输入电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消，但由于本实验要求放大倍数可以调节，通过电位器调节放大倍数，电位器的阻值无法准确获得，因而放大倍数无法准确得到，因而，本方案并不能完全满足实验要求，故舍弃本方案

2.1.3方案三：

如图三。同相并联式高阻抗测量放大器电路具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移互相补偿、双端变单端以及输出不包括共模信号等优点。线路前级为同相差动放大结构，要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模、共模输人电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消，因而不需精密匹配电阻。后级的作用是抑制共模信号，并将双端输出转变为单端放大输出，以适应接地负载的需要，后级的电阻精度则要求匹配。增益分配一般前级取高值，后级取低值。

该测量放大器由运放U1和U2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放U3组成第二级差分放大电路，

图三

对测量电路的基本要求是：

a高输入阻抗，以抑制信号源与传输网络电阻不对称引入的误差。

b高共模抑制比，以抑制各种共模干扰引入的误差。

c高增益及宽的增益调节范围，以适应信号源电平的宽范围。

以上这些要求通常采用多运放组合的电路来满足，典型的组合方式有以下几种：同相串联式高阻测量放大器，同相并联式高阻测量放大器。

抑制共模信号传递的最简单方法是在基本的同相并联电路之后，再接一级差动运算放大器，它不仅能割断共模信号的传递，还将双端变单端，适应接地负载的需要，电路如图4所示。它具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿，以及输出不包含共模信号等优点，其代价是所用组件数目较多，共模抑制能力略有下降。

其中Ac12和CMRR12为A1和A2组成的前置级的理想闭环增益和共模抑制比，CMRR2为A3组成的输出级的共模抑制比。

方案三比的抑制共模能力强，故采取方案三.

方案三电路的理想闭环增益和共模抑制比分别为

Ac=R3/R2(1+2R1/Rw)

CMRR=(Ac12*CMRR3*CMRR12)/( Ac12*CMRR3+ CMRR12)

若CMRR12>>Ac12*CMRR3

则有 CMRR=AC12*CMRR3

其中Ac12和CMRR12为A1和A2组成的前置级的理想闭环增益和共模抑制比，CMRR2为A3组成的输出级的共模抑制比

Op07作为常用的运放主要有以下特点：

a低的输入噪声电压幅度-0.35uvp-p（0.1hz-10hz）

b极低的输入失调电压-10uv

c极低的输入失调电压温漂-0.2uf/c

d具有长期的稳定性-0.2uv/mo

e低的输入偏置电流-+—1na

f高的共模抑制比-126db

g宽的共模输入电压范围-+-14v

h宽的电源电压范围-+-3v—+-22v

i可替代725，108A，741，AD510等电路

图片不好发，你把你邮箱告诉我我发给你