 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：输人0.1W，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℃ | | |
PCB墨稿
高频放大器设计与制作
查看本章节详细目录