D类放大高效率音频功率放大器电路图原理
为提高功放效率，以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势，以D类功率放大器为
核心，以单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）进行控制及时数据的处理，实现了对音
频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可
调，并增加了短路保护断电功能，输出噪声低。系统可对功率进行计算显示，具有4位数字
显示，精度优于5%。
传统的音频功率放大器主要有A类（甲类）、B类（乙类）和AB（甲乙类）。A类功率放大
器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件，它的优点是输出信号的失真比较
小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%.B类功率放大
器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达
78.5%,但缺点是会产生交越失真，增加噪声。AB类（甲乙类）功率放大器是以上两种放
大器的结合，每个功率器件的导通时间在50%~100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率
高的特点，其工作效率介于二者之间。传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音
频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了D类（丁类）音频功率放大器
出现和发展。本系统即采用D类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小
巧、便携要求的实际需要。1系统方案论证与选择
1.1整体方案
方案①：数字方案。输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入单片机进行处理，三
角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路完全反向的PWM
波给入后级功率放大部分，进行放大。此种方案硬件电路简单，但会引入较大数字噪声。
方案②：硬件电路方案。三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此方案噪
声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采用此方案。
1.2三角波产生电路设计
方案①：利用NE555产生三角波。该电路的特点是采用恒流源对电容线性冲、放电产
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。
丙类功率放大器
图1 谐振功率放大器原理电路 1 丙类功率放大器原理
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。如图１所示。它是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角c θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角c θ愈小，放大器的效率η愈高。
如甲类功放的?=180c θ，效率η最高也可达到50%，而丙类功放的?<90c θ，效率η也可达到80%。甲类功率放大适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功率功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验所使用的电路为丙类谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。
1.1丙类谐振功率放大器的功率与效率
功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。
1.1.1集电极电源cc V 提供的直流功率
cc cc I V P ==
式中0c I 为余弦脉冲的直流分量。
)(00c cm c I I θα=
式中，cm I 为余弦脉冲的最大值；)(0c θα为余弦脉冲的直流分解系数。
式中，bz U 为晶体管的导通电压；bb U 为晶体管的基极偏置；bm U 为功率放大器的激励电压振幅。
1.1.2集电极输出基波功率
式中，cm U 为集电极输出电压振幅；m c I 1为余弦电流脉冲的基波分量；p R 为谐振
电阻。
bm
bb
bz c U V U -=arccos
θp
cm P m c m c o R U R I I U P cm 22
11212121=
==
u CC
U BB U
)(11c cm m c I I θα= p m c cm R I U 1=
1.1.3集电极效率c η
式中, 为集电极电压利用系数；)(1c θα为余弦脉冲的基波分解系数。
湖南工程学院
课 程 设 计
课程名称 高频电子线路
课题名称 高频功率放大器
专 业 电子信息工程
班 级 1081
学 号 2010213020112
姓 名 成伟纯
指导教师 胡晓东
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
课程名称 通信电子线路课程设计
题 目 高频功率放大器设计
专业班级 电子信息工程1081
学生姓名 成伟纯 学号 201013020112
指导老师 胡晓东
审 批
任务书下达日期：2012年 9月17日 星期一
设计完成日期： 2012年 9月28日 星期五
前 言
高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件，用于发射机地末端。
本课程设计的高频功率放大器电路由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，从而设计出完整高频功率放大器电路，再利用电子设计软件multisim对电路仿真。
目 录
1 设计内容与要求 ................................................................ 5
1.1 设计内容 ..................................................................................... 5
