功率放大器的设计

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低频功率放大器的设计

线性度
线性度衡量放大器输出信号与输入信号之间的线性关系。在低频功率放大器中，线性度直接影响信号的保真度。改善线性度可以通过使用高线性度的放大器件、采用负反馈技术、预失真技术等方法来实现。
04
功率放大器的仿真与测试验证
Chapter
电路仿真与设计验证
01
仿真软件选择
为了进行功率放大器的电路仿真，可以选择使用业界认可的仿真软件，
转换速率
转换速率（也称为压摆率）表示放大器输出电压随输入电压变化的速率。在低频功率放大器中，转换速率决定了放大器对低频信号的响应速度。优化转换速率通常通过改进放大器的内部电路结构和选择高性能的元器件来实现。
输出功率与失真度
输出功率
输出功率是功率放大器驱动负载的能力，通常以分贝（dB）为单位表示。在低频功率放大器的设计中，提高输出功率可以通过增加电源电压、优化输出级电路等方式实现。
感谢观看
失真度
失真度衡量放大器输出信号与输入信号的差异，包括谐波失真、交越失真等。在低频功率放大器的设计中，降低失真度是关键目标之一。这可以通过采用线性度更好的放大器件、改进偏置电路、降低工作温度等方式实现。
效率与线性度
效率
效率是指功率放功率的能力。在低频功率放大器的设计中，提高效率有助于降低能耗，实现节能环保。提高效率的方法包括采用开关类功放、Doherty功放等高效功放架构。
设计目标和要求
设计目标
获得良好的频率响应，在低频范围内提供稳定的放大倍数。确保高输出功率和效率，以驱动各种负载。
设计目标和要求
• 降低失真和噪声，提高输出信号的质量。
设计目标和要求
01
要求
02
03
04
选择合适的放大电路拓扑结构，如A类、B类、AB类或D类

高保真音频功率放大器设计资料

电子技术课程设计
方案二： LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。
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电子技术课程设计
六、参考文献
[1] 付家才.电子实验与实践.北京：高等教育出版社， 2005.9 [2] 廖芳.电子产品生产工艺与管理.电子工业出版社2003.9 [3] 周泽义.电子技术实验.武汉：武汉理工大学出版社， 2001.5 [4] 谢自美.电子线路设计· 实验· 测试.第三版.武汉：华中科技大学出版社，2006.8
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Chapter 4:
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电子技术课程设计
四、功率放大电路设计
功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，功率尽可能的高。
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电子技术课程设计五、调试与测量
（1）通电观察。接通电源后，先不要急于测试，首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象。若有，应立即切断电源，重新检查电路，排除故障。（2）静态工作点的调试。将功率放大器的输入信号接地，测量输出端对地的点位应为0V左右，电源提供的静电电流一般为几十mA 左右。若不符合要求，应仔细检查外围元件记接线是否有误；若无误，可考虑更换集成功放器件。（3）动态测试。在功率放大器的输出端接额定负载电阻RL条件下，功率放大器输入端加入频率等于1KHz的正弦波信号，调节输入信号大小，观察输出信号的波形观察输出信号的波形。若输出波形变粗或带有毛刺，则说明电路发生自激振荡，应尝试改变外接电路的分布参数，直至自激振荡消除。然后逐渐增大输入电压，观察测量输出电压的失真及幅值，计算输出最大不失真功率。改变输入信号的频率，测量功率放大器在额定输出功率下的频带宽度是否满足设计要求。

音频功率放大器设计方案

音频功率放大器设计方案音频功率放大器是一种可以将低功率音频信号放大到较大功率的装置，用于驱动扬声器等音频设备。

设计一个音频功率放大器需要考虑众多因素，包括放大器的类型、放大电路的结构、电源的设计和保护电路等。

本文将详细介绍一个音频功率放大器的设计方案。

首先，我们需要选择适合的音频功率放大器类型。

常见的音频功率放大器类型有A类、B类、AB类、D类等。

A类功率放大器可以实现最好的音频质量，但是功率效率低，因此通常用于高要求音频品质的应用。

B类功率放大器功率效率高，但是存在较大的非线性失真。

AB类功率放大器在音频质量和功率效率之间取得了平衡。

D类功率放大器通过脉冲宽度调制技术实现高效率的功率放大，但是需要注意输出滤波电路的设计。

选择了功率放大器类型后，我们需要设计放大电路。

放大电路包括输入级、驱动级和输出级。

输入级负责将音频信号放大到适合驱动级的电平，驱动级将信号放大到足够驱动扬声器的电平，输出级将电压信号转化为电流信号驱动扬声器。

放大电路中的关键参数包括增益、带宽和失真等。

增益应根据实际需求进行设计，带宽应满足音频信号的要求，而失真应尽量降低。

接下来，我们需要设计电源。

音频功率放大器的电源是其正常工作的基础，电源的设计需要考虑稳压、低噪声和足够的电流输出能力等因素。

为了提高音频质量，我们可以考虑使用分立元件电源，避免共模噪声。

同时，应添加保护电路，如过流保护、过热保护和短路保护等，保证放大器在工作过程中的安全性和可靠性。

此外，还需要注意输入和输出接口的设计。

输入接口应该能够适应不同的音频信号源，如电视、音乐播放器等，同时应该具备常见的保护电路，如静音电路和防辐射电路。

输出接口应能够与扬声器匹配，保证音频信号的传输质量，以及具备短路保护电路，防止短路损坏扬声器。

最后，在设计方案完成后，我们需要进行模拟仿真和实际测试。

通过模拟仿真可以评估设计的性能指标，包括频率响应、相位响应和失真等。

实际测试可以验证设计方案的可行性和准确性，如测量电流、电压和功率等参数，并进行电磁兼容性和温度稳定性测试。

模拟电路功率放大器设计

模拟电路功率放大器设计1. 引言在电子设备中，功率放大器是一个重要的组成部分，它能够将低功率信号放大为高功率信号，提供足够的输出功率以驱动负载。

本文将介绍模拟电路功率放大器的设计原则和步骤，以及一些常见的功率放大器电路配置。

2. 功率放大器设计原则在进行功率放大器设计前，有几个基本原则需要遵循：- 高效率：尽可能减少功率损耗，提高电路的能效。

- 线性度：确保输入信号和输出信号之间的关系是线性的，避免信号失真。

- 稳定性：在不同负载和温度条件下，保持电路表现的稳定和一致性。

3. 功率放大器设计步骤3.1 选择放大器类型根据设计需求和应用场景，从多种类型的功率放大器中选择合适的类型，例如A类、B类、AB类等。

3.2 确定负载要求根据需要驱动的负载特性，确定功率放大器的输出功率和负载阻抗。

3.3 确定输入信号要求根据输入信号的特性，确定功率放大器的输入阻抗和输入功率。

3.4 选择放大器工作点根据设计需求和放大器类型，选择适当的工作点，以确保放大器在线性工作范围内。

3.5 电路配置设计根据选择的放大器类型和工作点，设计合适的电路配置，包括偏置电路、放大电路和输出级电路等。

3.6 电路参数计算与模拟根据电路设计和所选元器件的特性，进行电路参数计算和模拟，以验证设计的正确性和性能。

3.7 元器件选择与布局根据电路设计和性能要求，选择合适的元器件，并合理布局以提高电路的稳定性和可靠性。

3.8 确认设计结果进行电路测试和性能评估，确认设计结果是否满足预期的要求，如有需要可以进行进一步优化和调整。

4. 常见的功率放大器电路配置4.1 类A功率放大器类A功率放大器具有简单的设计和线性的特性，但效率较低。

在对线性度和输出质量要求较高的场合常被使用。

4.2 类B功率放大器类B功率放大器具有高效率和较好的线性度，但存在交叉失调和畸变的问题。

常用于音频功放等领域。

4.3 类AB功率放大器类AB功率放大器综合了类A和类B的优点，具有较高的效率和较好的线性度，能够在功率和音质上取得一定的平衡。

TDA2030集成电路功率放大器设计

字串3
OTL电路元件清单（单声道）
字串5
电容：1μF×1 22μF×1 0.22μF×1 2200μF×2 0.1μF×1 2.2μF×1
字串4
电阻: 22KΩ×2 4.7KΩ×1 1Ω1W×1 100KΩ×3 150KΩ×1字串2
二极管:1N4001×2 1N4004×4字串3
电位器: 22KΩ
双声道OTL音频功率放大器印刷电路图字串9
字串7
BTL电路元件清单（单声道）字串8
电容：1μF×1 22μF×2 0.22μF×2 2200μF×2 0.1μF×2字串1
电阻: 22KΩ×5 680Ω×2 1Ω1W×2字串1
二极管:1N4001×4 1N4004×4字串7
电位器: 22KΩ字串5
字串4
单电源供电音频功率放大器
单电源供电音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA 2030和较少元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。
字串2
∵ R9＝R5 ∴ U02＝－U01
字串3
因此在扬声器上得到的交流电压应为：字串5
êUY?＝U01 -（-U02）＝2U01＝2U02
字串6
字串9
扬声器得到的功率PY按下式计算：字串9
PY＝＝＝４＝4 PMONO
字串1
BTL功放电路能把单路功放的输出功率（PMONO）扩展4倍，但实际上却受到集成电路本身功耗和最大输出电流的限制，该电路若在VS＝±
字串3
②直流电源电压10v，负载电阻为8Ω。
字串7
字串2
3．测量上、下限截止频率fH和fL
字串9
测试条件：直流电源电压14v，输入信号70mv（振幅值100mv），改变输入信号频率、负载电阻为8Ω。

音频功率放大器的设计

音频功率放大器的设计
一、音频功率放大器
1、定义
音频功率放大器（PA）是一种用于提高音频设备输出功率的设备，以增加音频系统的响度。

它可以将低功率信号变成足够大的信号，能够推动音箱或拓展环境的响度。

通过调整音频功率放大器的参数，可以改变音频系统的响度和声学特性。

2、类型
音频功率放大器可以分为两类：模拟功率放大器和数字功率放大器。

模拟功率放大器是一种传统的音频放大器，它主要用于推动音箱。

数字功率放大器是一种现代化的音频放大器，它使用数字信号处理技术，能够提供更高的响度和更低的热损耗。

3、设计
（1）模拟功率放大器
模拟功率放大器的设计原理基于晶体管效应放大器（CEA）。

CEA可以将低功率的输入信号放大，使其达到足够大的功率，从而推动音箱。

CEA的典型设计利用晶体管的互补对称原理，使用NPN型和PNP型晶体管组合，来提高其响应时间和低频性能，并能够有效抑制回音和失真。

（2）数字功率放大器
数字功率放大器的设计利用数字信号处理（DSP）技术，以获得更高的响度和更低的热损耗。

它采用噪声抑制技术，可以减少噪声干扰，从而提高声音质量。

射频功率放大器电路设计

本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。

常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。

PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。

常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。

二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。

谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。

由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。

不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。

上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。

使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。

3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。

PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。

有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。

从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。

用ADS设计功率放大器

用ADS设计功率放大器ADS是一个电子设计自动化软件，用于电路设计和模拟。

在设计功率放大器时，一般有以下几个步骤：1.确定设计规格：根据设计要求，包括输入和输出功率、频率范围、增益、效率、失真要求等，确定设计目标。

2.选择晶体管：根据功放的规格，选择适合的晶体管。

通常选择高功率、高频率、高增益的射频晶体管。

根据设计目标选择合适的晶体管。

3.偏置电路设计：为了使晶体管在恒定的工作点上运行，需要设计一个偏置电路。

偏置电路的目的是提供适量的直流电压和电流，使晶体管在线性区域工作。

4.匹配电路设计：为了最大化功放的输出功率，输入和输出端口需要进行匹配。

匹配电路的设计涉及到负载线和传输线的选择、长度的调整和微调等。

5.输出网络设计：输出网络是用来提高功放的效率和增益的一种电路。

常见的输出网络包括串联LC网络、π型网络和共阴共射网络等。

6.模拟仿真：使用ADS软件进行电路仿真，验证设计的正确性。

根据需要调整和优化各个电路模块，使其尽可能达到预定的性能指标。

7.PCB设计：根据仿真结果和设计要求，进行PCB布局和布线。

保证信号完整性和电路稳定性，减少信号损耗和干扰。

8.原理验证：制作样品电路进行测试和验证，根据测试结果对设计进行优化。

9.优化和调整：根据原理验证结果，对电路进行优化和调整。

可能需要调整偏置电路、匹配电路、输出网络等，以达到设计目标。

10.完成设计文档：根据设计结果，编写设计报告和文档，包括电路原理图、PCB布局图、仿真结果、测试数据等。

总结：设计功率放大器的过程包括确定设计规格、选择晶体管、设计偏置电路、匹配电路设计、输出网络设计、模拟仿真、PCB设计、原理验证、优化和调整等。

通过这些步骤，可以设计出满足要求的功率放大器。

ADS软件提供了强大的仿真功能，可以帮助设计师快速验证和优化设计。

高频功率放大器设计

高频功率放大器设计高频功率放大器是一种用于增加高频信号功率输出的电子设备，主要应用于通信、雷达、无线电、电视和音频等领域。

设计高频功率放大器需要考虑功率放大、频率响应、线性度等因素，下面我将详细介绍高频功率放大器的设计步骤。

首先，设计高频功率放大器需要确定所需的功率输出范围。

根据应用要求，可以计算出所需的输出功率，并根据这个值来选择合适的功率放大器类型，如B级、C级或D级等。

其次，选择合适的放大器架构。

目前常用的高频功率放大器架构有共射极、共基极和共集极，根据具体的应用需求选择适合的架构。

然后，根据设定的频率范围来选择合适的放大器工作频带。

高频功率放大器的频率响应是一个非常重要的指标，需要保证在所需的频率范围内具有良好的线性度和稳定性。

接下来，设计放大器的输入和输出匹配网络。

输入和输出匹配网络需要根据放大器的输入和输出特性来设计，以实现最大功率传输和防止信号的反射。

然后，根据应用需求选择合适的功率管或晶体管。

功率管或晶体管的选择需要考虑其工作频率、输出功率和效率等因素，同时要注意功率管或晶体管的稳定性和可靠性。

在设计过程中需要进行仿真和测试。

使用电磁仿真软件可以模拟和分析放大器的性能，如增益、幅度、相位等。

同时，还需要进行实际的电路板制作和搭建实验平台，进行实际的测试和调试工作。

最后，对设计的高频功率放大器进行优化和改进。

根据实际测试结果，可以进一步调整电路参数和组件选择，以提高功率放大器的性能和稳定性。

总结起来，高频功率放大器设计需要考虑功率输出范围、放大器架构、频率响应、输入输出匹配网络、功率管选型等因素。

通过仿真和测试来验证设计的性能，并进行优化改进。

高频功率放大器的设计是一个复杂而重要的工作，需要结合理论知识和实践经验，才能得到满足应用需求的高性能放大器。

音频功率放大器的设计毕业论文

单刀音频功率放大器的设计摘要本次课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。

设计中主要采用OP07进行音频放大器的设计，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。

由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。

设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。

前置放大电路采用了反相比例运算放大器，二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器，功率放大电路采用了OCL电路。

直流电源采用桥式电路进行整流，输出则采用了三端集成稳压器。

对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。

对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。

对直流电源进行了输出电压验证。

最后对总电路进行了输入、输出分析、频率响应分析、噪声分析。

关键词： OP07 音频功率放大器AbstractThe curriculum design entitled the audio power amplifier, referred to as audio amplifier, audio power amplifier is mainly used to promote the speaker sound, and where the sound of electronic products to be used in audio amplifier.The main design using the OP07 audio amplifier design, the OP07 chip is a low-noise, non-chopper-stabilized bipolar op amp IC. OP07 has very low input offset voltage (for OP07A 25μV), OP07 in many applications do not require additional zero measures. The design of audio power amplifier by the DC power supply, preamplifier circuit, two amplification circuit and power amplifier circuit. Preamplifier circuit using a reversed-phase proportion of op amp, two amplifier with a low-pass filter and a high-pass filter composed of a band pass filter, power amplifier OCL circuit. The DC power bridge circuit rectifier, the output uses a three-terminal integrated voltage regulator.Preamplifier and two amplifier input, output and frequency response analysis. Power amplifier input and output power analysis. V alidation of the output voltage of DC power. Finally, the total circuit input-output analysis, frequency response analysis, noise analysis.Key words:OP07 audio power amplifier目录摘要 (I)Abstract (II)第一章音频放大器的概述 (1)1.1音频放大电路的回顾 (1)1.2音频功率放大器的介绍 (1)1.2.1 A类(甲类)功率放大器 (2)1.2.2 B类(乙类)功率放大器 (2)1.2.3 AB类(甲乙类)功率放大器 (2)1.2.4 C类(丙类)功率放大器 (2)1.2.5 D类(丁类)功率放大器 (3)1.3放大器的技术指标 (3)第二章音频功率放大器的设计 (6)2.1设计方案分析 (6)2.2前置放大电路设计 (6)2.3二级放大电路设计 (8)2.2.1 低通滤波器设计 (8)2.2.2 高通滤波器设计 (10)2.2.3 二级放大电路电路设计 (12)2.4功率放大器设计 (12)2.5 直流稳压电源设计 (13)2.6 OP07的功能介绍 (14)第三章电路的仿真 (16)3.1 前置电路的仿真 (16)3.1.1 输入与输出分析 (16)3.1.2 电路频率响应特性分析 (17)3.2二级放大电路仿真 (18)3.2.1电路输入与输出分析 (18)3.2.2电路频率响应特性分析 (19)3.3 功率放大电路功率仿真 (20)3.4 直流稳压电源仿真 (22)3.5音频功率放大电路仿真和分析 (23)3.5.1 电路输入与输出分析 (23)3.5.2电路频率响应特性分析 (24)第四章焊接调试组装 (26)4.1焊接 (26)4.2组装 (26)4.3调试 (26)4.4结果 (26)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)第一章音频放大器的概述1.1音频放大电路的回顾音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。

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功率放大器的仿真设计0 引言各种无线通信系统的发展，大大加速了半导体器件和射频功率放大器的研究进程。

射频功率放大器在无线通信系统中起着至关重要的作用，它的设计好坏影响着整个系统的性能。

因此，无线系统需要设计性能良好的放大器。

而且，为了适应无线系统的快速发展，产品开发的周期也是一个重要因素。

另外，在各种无线系统中由于不同调制类型和多载波通信的采用，射频工程师为减小功率放大器的非线性失真，尤其是设计无线基站应用的高功率放大器时面临着巨大的挑战。

采用EDA工具软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步有环设计参数，同时达到加速产品开发进程的目的。

功率放大器（PA）在整个无线通信系统中是非常重要的一环，因为它的输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。

1 功率放大器基础1．1 功率放大器的种类根据输入与输出信号间的大小比例关系，功率放大器可分为线性放大器与非线性放大器两种。

属于线性放大器的有A类、B类及AB类放大器；属于非线性的则有C类、D类、E类、F类等类型的放大器。

（1） A类放大器是所有类型功率放大器中线性最高的，其功率元件在输入信号的全部周期内均导通，即导通角为360°，但其效率却非常低，在理想状态下效率仅达到50%，而在实际电路中，则仍限制在30%以下。

（2） B类功率放大器的功率元件只在输入正弦波之半周期内导通，即导通角仅为180°，其效率在理想状态下可达到78%，但在实际电路中所达到的效率不会超过60%。

（3） AB类功率放大器的特性介于A类和B类放大器之间，其功率元件偏压在远比正弦波信号峰值小的非零直流电流，因此导通角大于180°但远小于360°。

一般情况下，其效率介于30%~60%之间。

（4） C类功率放大器的功率元件的导通时段比半周期短，即导通角小于180°。

其输出波形为周期性脉冲，必须并联LC滤波电路后，才可得到所需要的正弦波。

在理论上，C类放大器的效率可达到100%，但在实际电路中仅能达到约60%的效率。

（5） D类、E类的功率放大器基本上都是所谓的开关模式放大器，其原理是将功率元件当作开关使用，并借助输出级的滤波及匹配网络使输出端得到完整的输出波形。

（6） F类功率放大器可算是C类功率放大器的延伸，他们的偏执方式相似，但F类放大器在功率管输出端与负载间加入了频波控制网络，一次提高效率。

在理论上他们都可以达到100%的效率，但在实际电路中仍受到开关切换时间等因素的控制而无法达到理想值。

设计功放电路前必须先考虑系统规格要求的重点，再来选择电路架构。

以射频功率放大器而言，有的系统需要高效率的功率放大器，有的需要高效率且线性度佳的功率放大器，有的需要较宽的操作频带等，然而这些系统需求往往是相互抵触的，如B类、C类、E类架构的功率放大器皆可达到比较高的效率，但信号的失真却较为严重；而A类放大器是所有放大器中线性度最高的，但它最大的缺点是效率最低，这些缺点虽然可用各种Harmonic Termination电路的设计技巧予以改进，但仍无法提高到与高效率的功率放大器相当的水平。

具有高效率、高线性度及高功率的功率放大器自然成为电路设计者所努力的一个目标。

1.2 放大器的主要参数（1） 1db功率压缩点通信系统中输出功率单位通常以dBm表示：mWP10dBm)log)((out当放大器在非常低的输入功率时，功率增益为常数，放大器工作在线性区。

当输入功率增加时，收到放大管非线性特性影响，放大器功率增益逐渐被压缩，限制了最大输出功率。

在此区域，有线性失真、谐波和交互调变失真现象发生。

若继续再增加输入功率，则因放大管已工作在饱和区，其输出功率几乎维持不变。

通常以输出增益（Gout）比线性增益小1db的位置来定义放大器工作范围的上限，也就是1dB输出功率压缩点（P1dB），则P1db点所对应的输出功率值表示式为P1db（dBm）—Pin（dBm）=Gout（dB）—1（2）功率增益①小信号增益：当输入多少的功率时，就会依照其放大功率来放大，这是理想的放大器，但事实上这是不可能做的出来。

一个真正的放大器就会因其放大管之特性不同而有不同的饱和区，以致会导致其在一个区段内之增益有所不同。

② 输出功率增益比：在不同的输出功率，其增益也会有所不同。

故有些放大器会特别标示，其在多少的输出功率时的增益是多少。

③ 效率因为在输入功率转换成输出功率工程中，一定会有功率损耗的情形发生，并且效率与线性度往往都是互相抵触的，因此在设计放大器电路时必须视系统要求而作适当取舍。

以下为一般放大器效率的定义：集电极效率：DCDC OutDC out C I V P P P ⨯==η 功率附加效率：DCINout PAE P P P -=η 总效率：INDC OutT P P P +=η（4）失真信号失真主要是由有源元件的非线性引起的。

其失真主要为谐波失真、AM to PM Conveision 、互调失真。

（5）邻信道功率比ACPR由于功率放大器的非线性效应影响，当信号通过功率放大器时会产生频谱“扩散”现象。

中心频率为fc 、频宽为B1中的功率与距离中心频率f0、频宽为B2中的功率的比值即为ACPR 。

1.3 PA 设计的一般步骤（1）将厂家提供的晶体管模型库导入到ADS 模型库中。

（2）根据放大器的要求和晶体管的特性确定静态工作点。

（3）进行功率放大器的电路设计，包括阻抗匹配、偏置电路和直流扼流等。

（4）确定仿真类型（S-参数仿真、谐波平衡仿真、直流仿真、交流仿真等）、仿真参数，以及ADS 环境下所需的一些变量。

（5）对所设计电路进行仿真，分析仿真曲线并得出结论。

（6）优化功放电路结构和电路参数。

本设计具体介绍射频功率放大器的设计步骤，设计一个性能满足技术指标需求的射频放大器，首先要在分析技术指标的基础上合理的选择器件；然后要具体分析器件的特性，设计合理的阻抗匹配网络和偏压网络；接下来要对设计的电路进行仿真，验证设计的正确性和合理性。

这些步骤都是非常重要的，只有每个环节都踏实的落到实处，才能得到满意的设计结果。

射频功率放大器主要技术指标●工作频率：950MHz●输入功率：30 dBm●输出功率：45 W●电源电压：28V2．射频功率放大器的仿真设计本设计中仿真软件使用Agilent公司的EDA软件ADS(Advanced DesignSystem)此软件平台给用户提供了从综合，系统仿真再到完整的通信系统设计的解决方案，使用户能够方便有效的进行硬件系统的研究开发。

2.1 直流扫描电路功放管的偏置状态决定了两个重要问题。

一是输入和输出阻抗，在不同的偏置状态下功放管的输入输出阻抗是不同的，所以在设计匹配电路之前就要先确定功放管的偏置状态；二是放大器的工作类型，放大器有A类，B类和AB类等工作类型，功放管的静态工作点决定了放大器的工作类型，所以应该根据需要设置正确的偏置状态。

根据数据手册，MRF9045N工作时需要的直流供电电压为28.5V，本设计采用AB类放大器的工作类型，射频放大器的设计一般都采用共栅极组态，源极直接接地。

在ADS中搭建直流仿真电路模型，利用直流仿真器以栅极电压为扫描变量进行直流偏置状态的仿真。

如图1为MRF9045N的直流偏置电路，图2为仿真结果。

图1：直流扫描电路m11020304050601234506VGS=2.000VGS=2.100VGS=2.200VGS=2.300VGS=2.400VGS=2.500VGS=2.600VGS=2.700VGS=2.800VGS=2.900VGS=3.000VGS=3.100VGS=3.200VGS=3.300VGS=3.400VGS=3.500VGS=3.600VGS=3.700VGS=3.800VGS=3.900VGS=4.000VGS=4.100VGS=4.200VGS=4.300VGS=4.400VGS=4.500VGS=4.600VGS=4.700VGS=4.800VGS=4.900VGS=5.000VDSI D S .i , Am1VDS=IDS.i=0.717VGS=3.80000028.00028.00020.089VDSDevice PowerConsumption, WattsValues at bias point indicated by marker m1.Move marker to update.Eqn Vsat=indep(VDsat)Eqn Vq=indep(IQ)Eqn Vmax=indep(m3)Eqn Imin=m3Eqn Iq=IQEqn Load_Line=(Vmax-VDS)/RL+Imin Eqn Pq=Iq*VqEqn RL=0.5*((Vq-Vsat)**2)/Pout Eqn Pout=50图2：直流扫描I/V 曲线图表在图2的仿真结果中我们可以看到选取的V GS =3.8V ，静态工作点电流IDS=717mA ，与数据手册上的数据相比，电流取得较大，这时为了获得更好的线性度。

仿真出的静态工作点和资料给出的静态工作点极为相近，从而验证了仿真的真确性2．2 偏置及稳定性分析在放大器设计中改善稳定性的措施通常是在输入或输出端加入有耗匹配网络。

这通常是以牺牲增益为代价换取稳定性。

通过计算S 参数满足系统的稳定性条件后，实际工程中，可以再输入端加平衡式衰减器的做法来抑制反射引起的震荡来确保系统的稳定性。

电路仿真后可以从仿真图形中看到，若所得到的仿真图在所要的频率点即在945MHz 时，StabFact<1，即稳定因子小于1，功率管在整个带内是不稳定的，因此，必须添加稳定性措施。

稳定性措施有很多种，本设计采用串联小电阻的方法。

图3 添加稳定措施后的原理图0.51.01.52.02.50.03.0freq, GHzS t a b F a c t 1m1m1freq=StabFact1=1.033945.0MHz图4 改善稳定措施后的曲线图5 加入偏置后的原理图2.3 负载牵引设计Load—Pull通常功率放大器的目的是以获得最大的输出功率为主，因此将使得功率放大器的功率管工作在趋近饱和区，S参数会随着输入线号的改变而改变，尤其是S21参数会因为输入信号的增加而变小。

因此，转换功率增益将因功率元件工作在饱和区而变小，不同于输出功率与输入功率信号程正比关系的小信号状态。

换言之，原本功率元件在小信号状态下，输入/输出端的共轭匹配就逐渐不再匹配。

此时，功率元件就无法得到最大的输出功率，所以设计功率级放大器的关键就在于匹配网络，这就可以用负载牵引（Load—Pull）原理找到功率放大器最大输出功率时的最佳外部负载阻抗ZL。