当前位置：文档之家 › 射频功率放大器实验

射频功率放大器实验

  • 格式：pdf
  • 大小：710.88 KB
  • 文档页数：11

1 射频功率放大器实验（虚拟实验）

一、实验目的

（1）进一步理解射频功率放大器的工作原理；

（2）了解射频功率放大器的工程设计方法与常用参数的测量方法；

（3）熟悉Multisim软件中常用虚拟测试仪器的使用方法。

二、实验原理

1、射频功率放大器的基本概念

射频功率放大器是无线通信系统的重要组成部分，位于无线通信系统的发射

前端。其作用是将已调制的射频信号放大到所需要的功率值并馈送到天线发射出

去，保证在一定区域内的接收机可以收到可以处理的信号，并且不干扰相邻信道

的通信。

射频功率放大器的主要功能是放大射频信号，其工作可频率最高可到GHz

频段。其输出功率则取决于应用要求，一般从几毫瓦到上千瓦。由于功率放大的

实质是在输入射频信号控制下将电源直流功率转换成射频功率，因此，除要求功

率放大器产生符合要求的射频功率外，还特别要求具有尽可能高的转换效率。

射频功率放大器的工作特点是低电压、大电流。其基本组成单元包括晶体管、

偏置电路、扼流圈、阻抗匹配网络与负载。射频功率放大器的主要参数除了常规

的工作频率、小信号增益等指标外，还要特别考虑输出功率、效率等参数。

效率是功率放大器一个非常重要的性能指标。射频功率放大器中的效率定义

为射频输出功率与射频功率放大器总功耗之比，即：

η=Po/PD （1-1）

功率放大器按照电路中晶体管输出电流与输入电压或电流的关系可分为线

性功率放大器和开关功率放大器两大类。线性功率放大器是指晶体管的输出电流

是输入电流或电压的线性函数，而开关功率放大器的晶体管则工作在开关状态。

按照电路中晶体管的直流偏置状态，功率放大器又可分为A类、B类、C类、D

类等，其中，A类、B类、C类为线性功率放大器，D类则为开关功率放大器。

在设计射频功率放大器时，对功率管的要求较高，需要考虑最大击穿电压

V(BR)CEO，最大集电极电流ICM，最大管功耗PCM以及最高工作频率fmax等。

2、线性射频功率放大器

2.1 A类功率放大器

A类功率放大器相当于小信号放大器，也是“真正”的线性放大器，因为，

在整个输入信号周期内，输出信号是输入信号的按比例增大而没有发生变化，可

完全适于放大幅度调制信号。但是，与其它类功放相比，这种“真正”线性的获

得是以需要大静态工作电流和高功耗以及低效率为代价的。工作电路如图2.1所

示。

2

图2.1

该电路与一般小信号线性放大电路完全相似，所不同的是为了减小损耗，集

电极电阻Rc改用扼流圈Lc， RE也尽可能小。偏置电阻RB1、RB2、RE保证电路

偏置在A状态。

对于正弦信号输入，iC由直流分量ICQ和交流分量ic组成：

sin,

CCQcmcmCQiIIwtII （2-1）

sinsin

CECEQcmCEQcmLvVVwtVIRwt （2-2）

所以，交流输出功率为

2211

22ocmLCQLPIRIR （2-3）

电源供给功率为

2

CC

DCQCC

LV

PIV

R （2-4）

因此，效率为

222

222ocmLcmL

DCQCCCCPIRIR

PIVV （2-5）

当理想条件下Icm=ICQ时，效率η最高，即ηmax=50%。若考虑功率管有饱和

压降VCE(sat)，实际最高效率为ηmax=0.5(1-VCE(sat)/VCC)2。

功率管管耗为

TDoPPP。显然，最大管耗发生在静态，即0

oP时，则

maxTDPP。在理想情况下，输出功率达到最大，即2

max1

2oCQLPIR，而

max2

DoPP。

此时，最大管耗可表示为

maxmax2

ToPP，而

max2

CECCvV。在设计A类功放时，

这两个极限值是选择功率管的重要参数

2.2 导通角及其他线性功率放大器

为了既不牺牲过多的线性度又能增加效率，提出了减小导通角的概念，即把

晶体管的静态工作点降低，使输入射频信号仅在一个周期的部分时间开启晶体

管。根据导通角大小，放大器的偏置从AB类到B类，最终到C类。

3

T1

T2Vcc

-Vccvi

RL

(a) (b)

图2.2

图2.2(a)为集成互补MOSFET B类推挽功放原理电路，图2.2(b)为B类双极

性管推挽放大器原理电路，其中T1管为NPN型，T2管为PNP型。两只功率管

各放大半个周期，然后在负载上合成一个完整的正弦波。

以图2.2(b)为例，忽略导通压降

1sin0

02cm

CIwtwt

i

wt







200

sin2C

cmwt

i

Iwtwt





1

2sin

sinCECCcm

CECCcmvVVwt

vVVwt



所以通过负载RL的电流为

12sin

LCCcmiiiIwt （2-6）

响应产生的电压

sinsin

LcmLcmvVwtRIwt （2-7）

引入参数ξ，称为电源电压利用系数，定义为

cm

CCV

V （2-8）

所以两管在负载上合成的输出信号功率为

22

22

max111

222cmCC

LcmcmL

LLVV

PVIP

RR （2-9）

其中2

max1

2CC

L

LV

P

R 4 对于幅度为Icm的半周正弦波电流，其平均值IC0=Icm/π，所以正负直流电源

提供的总直流功率PD为

2

12max24

2cmCC

DDDCCL

LIV

PPPVP

R

 （2-10）

4PL

PD

 （2-11）

A类功放的导通角为180度。当导通角为90度时即为B类状态，此时，晶

体管仅在输入信号的半个周期内导通，因此，功耗比A类小从而具有较高的效

率。但是，B类放大器由于信号失真，其线性度比A类差。如果即考虑线性度

又兼顾效率，一个较好的选择是使放大器工作在A类和B类之间的区域，这样，

既改善了B类的线性度又提高了A类的效率。因此，这种工作状态称为AB类，

其晶体管导通时间小于一个信号周期而大于半个周期，导通角则大于90度而小

于180度。由于AB类工作模式比A类工作效率高又比B类线性度好，因此常

常用于既要求线性度又要求效率如3G移动通信中，也是线性微波单片集成功率

放大器常用的工作状态。

当晶体管的导通时间小于半个周期或导通角小于90度时，这种状态被称为

C类工作。C类工作时具有更高的效率但信号幅度严重失真而不适合于线性应用，

主要用于非线性应用情况，特别是仅仅利用相位来传送信息的恒包络调制方式的

应用。

射频功率放大器的效率η可以导通角θ作为变量的函数关系来表示：



cossin42sin2



 （2）

可计算出线性功放的效率如表1所示。 表1 线性功率放大器工作状态及效率

工作类型 导通角 理论极限效率 实际工作效率

A π 50% 30~40%

B π/2 78.5% 40~55%

C π/2 90% 55~70%

3、开关射频功率放大器

为了使功率放大器具有高的效率甚至100%，就要大大减小晶体管功耗直至

为0，于是出现了开关功率放大器。对于一个理想开关，其两端电压和流过的电

流并不同时出现，因此，其直流功耗为0。而开关功率放大器正是通过减少加在

晶体管两端电压和流过的电流波形的交叠时间来提高效率的。其中最常见的开关

射频功率放大器分为D类。

D类功率放大器电路主要由开关管和滤波电路组成。滤波电路由谐振在基波

频率的串联LC电路组成。理想情况下，D类功放可达100%的效率。但是，由于

开关管实际上具有从漏极或集电极到地的寄生电容，在工作频率很高时会使输出

电压与电流波形发生变形并有交叠，因此其工作频率一般不宜过高。

5 三、实验内容

1、A类射频功率放大器电路

（1）电路结构

一个A类射频功率放大器电路如图1所示。根据电路原理图，选取相应的器

件，构成实验电路。

XWM1

VI

XMM1XFG1VCC

12V

L1

10mH

R1

4.7kΩ

R2

100ΩR4

200kΩR5

400kΩR6

300kΩ

Key=A0%

C1

10µF

C2

10µFQ1

2N2222A

C3

47µF13

56VCC

7XSC1

ABExt Trig+

+_

_+_

40

82

图1

其中，函数发生器作为信号源；示波器显示输入输出波形；直流毫安表测量

流过三极管集电极的直流电流，即静态工作点电流。功率表通过测量负载R1上

的电压以及流经R1的电流，计算R1所获得的功率Po，为有功功率

按下列步骤设置电路图参数：如图2所示，在菜单view→toolbars下在

Instrument选项前打钩，调出相应的工具栏。 函数发生器 示波器

功率表

直流毫安表

合集下载

(完整word版)功率放大器实验报告(终)

(完整word版)功率放大器实验报告(终)

(完整word版)功率放大器实验报告(终)

南昌大学实验报告

学生姓名：

王晟尧

学号： 6102215054 专业班级: 通信152班

实验类型：□验证 □综合 □设计 □创新 实验日期： 实验成绩:

音频功率放大电路设计

一、设计任务

设计一小功率音频放大电路并进行仿真。

二、设计要求

已知条件：电源9V或12V;输入音频电压峰值为5mV；8/0.5W扬声器；集成运算放大器(TL084）;三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干

基本性能指标：Po200mW（输出信号基本不失真);负载阻抗RL＝8;截止频率fL＝300Hz,fH＝3400Hz

扩展性能指标:Po1W（功率管自选）

三、设计方案

音频功率放大电路基本组成框图如下：

话音放大器滤波器功率放大器话筒输出扬声器 (完整word版)功率放大器实验报告(终)

音频功放组成框图

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右,通过话音放大器不失真地放大声音信号,其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载RL（扬声器）提供一定的输出功率.

应根据设计要求，合理分配各级电路的增益,功率计算应采用有效值。基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的OTL（Output Transformerless）功率放大电路和OCL(Output Capacitorless)功率放大电路,两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好,在实际电路中得到了广泛的应用.

对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗,提高了功放电路的带负载能力,这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以,在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级,且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大,所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料.

射频功率放大器测试系统

射频功率放大器测试系统

射频功率放大器测试系统　数据率和移动通信网络都在采用日益复杂的数字调　Ｉｃ｜Ｊ制来扩充有限带宽的信道数目，对末级功率放大器　提出严峻的挑战，工作频率增加的同时，带宽和动态范围　亦相应增加，而功率放大器仍然要求运用在线性范围。移　动通信正从第二代（２Ｇ）向第三代（３Ｇ）过渡，而且３Ｇ　的技术规范已经制定，日本正式开始试用。以码分多址　（ＣＤＭＡ）为例，一种窄带（２Ｇ）与宽带（３Ｇ）的ＣＤＭＡ　的频带对比如表１所示。　表１窄带与宽带ＣＤＭＡ的对比　窄带　宽带　主信道带宽　１．２３ＭＨｚ或３０ＫＨｚ　３．８４ＭＨｚ　邻近信道与载频位置　＋８８５ＫＨｚ　士５ｈｍｚ　邻近信道带宽　３０ＫＨｚ　３．８４～Ⅱ｛ｚ　交替信道与载频位置　±１．９８Ｍ圈【ｚ　±１Ｏｈｌｌ｛ｚ　交替信道带宽　３０ＫＨｚ　３．８４～Ⅱ｛ｚ　除了频率特性之外，还要考虑功率放大器的交调失　真和邻近信道功率比，前者用于表征信号的失真并且是　连续波；后者是调制信号或多信道载频。它们与驱动信　号源的电平和调制方式密切相关，总之，３Ｇ功率放大器　的测量比简单Ａ类放大器的测量复杂得多。还有输出功　率和动态范围，窄带ＣＤＭＡ分别是＋１４－－＋２０ｄＢｍ和８５ｄＢ，　带宽ＣＤＭＡ分别是＋１９－－－＋２６ｄＢｍ和７０ｄＢ。　测量功率放大器的交调失真和邻近信道功率比有两　种方法，即频谱分析仪和矢量网络分析仪。传统频谱分　析仪法的测试系统比较简单，测量２Ｇ功率放大器不成问　题，对于３Ｇ功大器来说，除非使用新一代的频谱分析仪　（如Ａｇｉｌｅｎｔ公司的ＰＳＡ系列），—般频谱分析仪不能满足　测量条件。矢量网络分析仪法的测试系统比较复杂，但　可获得更多的功率放大器参数。随着调制方式越来越复　杂，用连续波作为励激信号不能完整表达实际工作状态，　出现用调制波作为激励信号的功率放大器测试系统。下　文是三种测试系统的介绍。　基于频谱分析仪的测试系统　以多载波功率放大器来说，第２．５Ｇ和３Ｇ的无线移　动通信要求主信道功率比邻近信道功率至少大于８０ｄＢｃ，　因此，测试系统需要很高的输入动态范围以便测量功率　放大器的交调失真（ＩＭＤ）和邻近信道功率比（ＡＣＰＲ）。　在原理上，如果频谱分析仪具有足够高的功率动态范围，　则上述参数的测量并不困难。具体测量配置是采用标准　信号发生器作信号输入，被测放大器的输出信号经定向　耦合器接入频谱分析仪，实际上信号发生器会产生失真　的旁频，干扰被测放大器的ＩＭＤ挣｝生，而且许多频谱分　析仪的动态范围又不够用来获得准确的ＡＣＰＲ值，为了　扩大频谱分析仪的使用范围，Ａｇｉｌｅｎｔ公司发挥自身在微　波和通信仪器领域的特长，设计出专用于功率放大器测　量的Ｎ４２５６Ａ放大器测试台，既满足２．５Ｇ和３Ｇ无线移　动通认手机和基站末级放大器的测量需要，同时发挥许　多通用频谱分析仪的潜力。　Ｎ４２５６Ａ的电路构成如图１所示，可见这是一种双路　信号抵消配置方案，上面的电路与普通测量安排相似，下　面的电路具有特色。信号源经过功率分配器后分成两路，　上面电路接被测功率放大器，下面电路径１　

高频电子线路课程实验四高频功率放大器解析

高频电子线路课程实验四高频功率放大器解析

太原理工大学现代科技学院

高频电子线路课程 实验报告

专业班级 测控13-2

学 号

姓 名

指导教师

温涛 太原理工大学现代科技学院 实验报告

实验四 高频功率放大器

一实验目的

1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。

2．了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。

3. 掌握丙类谐振功率放大器的输出功率oP、直流功率DP、集电极效率C

4. 掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。

二实验原理

高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域。小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域——截止和饱和区，这种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。

射频功率放大器告警功能模拟检测方案

射频功率放大器告警功能模拟检测方案

第５ｌ卷第８期　２０１１年８月　电讯技术　ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｌ０】．５１　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１１　

文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０ｌ１）０８—００２０—０４　

射频功率放大器告警功能模拟检测方案　

何业军，章　颖，李健锋　

（深圳大学信息工程学院，广东深圳５１８０５０）　

摘要：射频功放模块是基站系统中的核心部件，出厂前对射频功放模块的功能进行检测意义重大。　设计了一块告警功能测试板，通过观察与射频功放模块相连的测试板上的ＬＥＤ灯，判断射频功率放　大器功能是否正常。实践证明，该方法能模仿射频功率放大器在实际基站系统中的工作行为，不仅　

有效地提高了射频功率放大器的良品率，而且适用于商业化大规模批量生产。　

关键词：ＷＣＤＭＡ；基站；射频功放；高低电平；告警检测　中图分类号：ＴＮ９７　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０ｌ１．０８．００５　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ａｌａｒｍ　Ｆｕｎｅｔｉｏｌｌｓ　ｏｆ　ＲＦ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　

ＨＥ　Ｙｅ－ｊ￣ｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｉｎｇ，　Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＥＩ１ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１８０６０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｓ　ａ　ｋｅｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ　ｉｓ　ｏｆｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ｓｈｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ａ　ｐｉｅｃｅ　ｏｆ　ａｌａｒｍ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｂｏａｒｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ＬＥＤｓ　ｏｎ　ｔｅｓｔ　ｐａｎｅｌ　ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ．ｉｔ　ｉＳ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｗｈｅｔｈｅｒ　ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｎｏｒｍａ１．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｍｉｔａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｂｅ・　ｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｍｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐａｓｓｅｄ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｂａｔｃｈ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＷＣＤＭＡ；ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ；ＲＦ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｅｒ；ｈｉｇｈ　ｏｒ　ｌｏｗ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｌｅｖｅｌ；ａｌａｒｍ　ｔｅｓｔ