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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C4. 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。
一．高频功率放大器的原理电路高频功放的电原理图如图7-1 所示（共发射极放大器）它主要是由晶体管、LC 谐振回路、直流电源Ec 和Eb 等组成，Ub 为前级供给的高频输出电压，也称激励电压。
二．高频功率放大器的特点1.高频功率放大器通常工作在丙类（C 类）状态。
甲类（A =180 度，效率约50%；乙类（B =90 度，效率可达78%；甲乙类（AB 类）90<<180 度，效率约50%< <78%；丙类（C <90 度工作到小于90 度，丙类效率将继续提高。
2.高频功率放大器通常采用谐振回路作集电极负载。
由于工作在丙类时集电极电流i c 是余弦脉冲，因此集电极电流负载不能采用纯电阻，而必须接一个LC 振荡回路，从而在集电极得到一个完整的余弦（或正弦）电压波。
我们知道，对周期性的余弦脉冲i c ，可用傅立叶级数展开：式中，Ic1m、Ic 2m、Ic3m 为基波和各次谐波的振幅。
161科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛采用集成电路ＴＤＡ２０３０构成的实用ＯＣＬ音频功率放大电路，额定功率为１４Ｗ，电源电压为±６Ｖ～±１８Ｖ。
输出电流大，谐波失真和交越失真小。
具有体积小、输出功率大、失真小、接法简单，价格实惠等特点。
广泛应用于汽车立体声收录音机、电脑有源音箱、中功率音响等设备中。
在高校电子技术的课程教学中，ＯＣＬ音频功率放大器工作原理的分析、在工程技术中的应用及实操技能的培养，是电子技术课程教学改革的重难点。
因此掌握音频功率放大电路的分析方法尤为重要。
1 TDA2030构成的实用OCL 音频功放电路如图１所示是采用集成电路ＴＤＡ２０３０构成的实用ＯＣＬ音频功率放大电路。
ＴＤＡ２０３０是常用的音频功率放大电路集成电路，有五个引脚。
2 电路的分析方法和步骤集成电路音频功率放大器的分析方法和步骤如下。
（１）判断放大器类型，确定是ＯＴＬ还是ＯＣＬ、ＢＴＬ功率放大器。
（２）了解各引脚作用，为电路分析预备。
（３）电源引脚、接地引脚的外电路分析。
（４）交流信号传输分析。
（５）主要元器件的作用分析。
2.1功率放大器类型的判断方法电路中采用正负电源供电，且扬声器ＲＬ与集成电路之间直接连接，依据这两点可以确定为ＯＣＬ功率放大器。
2.2集成电路TDA2030引脚作用的分析引脚１：同相信号输入引脚，用来输入音频信号。
１脚上信号相位与输出引脚４的信号相位相同。
引脚２：反相信号输入引脚，又称负反馈引脚，用来接入负反馈电路。
引脚３：负电源引脚，接入负极性直流电压；采用正极性单电源供电时，引脚３改为接地，接电路中的地线。
引脚４：信号输出引脚，输出经过功率放大的音频信号，送入扬声器ＲＬ。
引脚５：正电源引脚，接直流电压供给电路，供直流电路内部使用；采用负极性单电源供电时，引脚５改为接地。
2.3交流信号传输电路分析交流信号在放大器中的传输过程：音频输入信号Ｕｉ→输入端耦合电容Ｃ１→ＴＤＡ２０３０的１脚→ＴＤＡ２０３０内部的功率放大→ＴＤＡ２０３０的４脚→送入扬声器ＲＬ。
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98集成电路工作原理一样，只是双声道电路多了一个完全相同的声道。
2.9.1 单声道OTL 功率放大器集成电路工作原理分析与理解图2-49所示是单声道OTL 音频功率放大器集成电路的典型电路。
电路中，A1为单声道OTL 音频功率放大器集成电路；U i 为输入信号，这一信号来自前级的电压放大器输出端；RP1是音量电位器；BL1是扬声器。
图2-49 单声道OTL 音频功率放大器集成电路1．直流电路分析集成电路的直流电流分析相当简单，先要找出电源引脚和接地引脚。
⑧脚是电源引脚。
电源引脚外电路中有一只大电容C9（滤波电容）和一只小电容C8（高频滤波电容），根据电源引脚这一外电路特征很容易找出电源引脚。
⑤脚是接地引脚，它与地端相连。
2．交流电路分析音频信号的传输和放大过程是：输入信号U i 加到音量电位器RP1的热端，经过RP1动片控制后的音频信号通过C1耦合， 从A1的信号输入引脚①脚加到内电路中。
经过集成电路A1内电路功率放大后的信号从信号输出引脚⑥脚输出，通过输出端耦合电容C7加到扬声器BL1中。
3．集成电路A1各引脚作用分析集成电路工作原理的关键之一是要了解各引脚的作用，为了详细讲述集成电路的各引脚作用，列出该集成电路的引脚作用，如表2-2所示。
表2-2 集成电路A1引脚作用4．输入引脚①脚外电路分析集成电路的分析主要是外电路分析，关键是搞清楚各引脚的作用和各引脚外电路中的元器件作用，为了做到这两点要掌握各种作用引脚的外电路特征。
图2-50所示是输入引脚①脚外电路。
输入引脚用来输入信号，从①脚输入的信号直接加到集成电路A1内部的输入级放大器中。
①脚外电路接入耦合电容C1，称为输入端耦合电容，其作用是将集成电路A1①脚上的直流电压与外部电。
功率放大器的组装与设计实验目的：培养综合能力，动手能力，分析能力，提高和巩固模电知识，熟悉常见的元器件，和基本焊接方法。
实验仪器：函数发生器，收音机（其他能发出声音的声音源均可），音响，焊接常用的器材如电烙铁，焊锡丝，吸锡泵，镊子等。
实验原理第一部分：1.作用与组成声频放大器又称音频放大器，低频放大器或扩音机，顾名思义，它是放大电信号的装置。
由于各种信号源（声源）输入的信号很弱（几毫伏到1-2伏），不足以推定扬声器放声，因此必须将这些微弱的信号进行放大。
从高保真意义上讲，要求放大器如实地放大原信号，即原汁原味，但从广义上讲，为了使声明更动听，又常常对信号进行必要而适当的修饰与加工。
按声频放大器中各部分的功能不同，可将其分成两部分：其一为前置放大器（还可细分为信号源前置放大和主控放大器）其二称为功率放大器（也称后级放大器）按类又可分为合并式（前置后级一体式）、与分体式（前置与后级分开），分体式一般为高档机。
2.前置放大电路前置放大的作用是对调谐器、点唱机、录音机、传声器，激光唱机以及其它声源送来的信号进行各种处理与放大，以便为功率放大器准备适宜的电信号，使后者顺利工作。
确切的说，前置的作用是对输入的某些信号进行频率均衡或阻抗变换，并对各种信号进行不同量的放大，使各种信号输出电压基本相同，以利于其后主控放大器进行工作。
前置放大器中的主控放大器也称放大器或线路放大器，主要作用是将前面送来的信号进行各种处理，修饰与放大，使之满足功率放大器对输入信号电平的要求，并达到人们对音响效果的某些主观要求，比如，音量调节、响度控制、音调调节、噪声抑制、声道平衡、宽度展宽等功能都在此环节完成。
3.功率放大器其本质是将交流的电能“转中换”为音频信号能。
其构成成分为输入级、前置激励级、功率输出级、保护电路和功率指示、电源。
由于电子技术的飞速发展，现代高保真立体声放大器广泛采用晶体管集成电路，随着人们对电声指标的更高要求，在民用放大器中甲类、超甲类、电流负反馈等其他类型的超低失真放大器逐渐增多，为了改善音质，人们对场效应管也产生了极大的兴趣。
第3章⾼频功率放⼤器详解第3章⾼频功率放⼤器⼀、本章的基本要求（1）掌握丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）掌握谐振功率放⼤器三种⼯作状态的特点以及负载特性；了解集电极直流电源，基极直流电源以及基极输⼊电压对⼯作状态的影响。
（3）掌握谐振功率放⼤器电路的组成，了解谐波匹配⽹络的作⽤。
（4）了解传输线变压器的⼯作原理以及阻抗变换，功率合成与分配技术⼆、重点和难点重点：（1）丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）谐振功率放⼤器三种⼯作状态以及负载特性。
（3）谐振功率放⼤器电路的组成。
（4）传输线变压器阻抗变换原理。
难点：（1）谐振功率放⼤器特性分析。
（2）LC⽹络的阻抗变换原理及电路参数的计算。
（3）传输线变压器功率合成与分配原理。
引⾔1、使⽤⾼频功率放⼤器的⽬的放⼤⾼频⼤信号使发射机末级获得⾜够⼤的发射功率。
2、⾼频功率信号放⼤器使⽤中需要解决的两个问题①⾼效率输出②⾼功率输出联想对⽐：⾼频功率放⼤器和低频功率放⼤器的共同特点都是输出功率⼤和⾼。
3、谐振功率放⼤器与⼩信号谐振放⼤器的异同之处相同之处：它们放⼤的信号均为⾼频信号，⽽且放⼤器的负载均为谐振回路。
不同之处：为激励信号幅度⼤⼩不同；放⼤器⼯作点不同；晶体管动态范围不同。
4、谐振功率放⼤器与⾮谐振功率放⼤器的异同共同之处:都要求输出功率⼤和效率⾼。
功率放⼤器实质上是⼀个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能⼒即为功率放⼤器的效率。
谐振功率放⼤器通常⽤来放⼤窄带⾼频信号(信号的通带宽度只有其中⼼频率的1%或更⼩)，其⼯作状态通常选为丙类⼯作状态(θc＜90?)，为了不失真的放⼤信号，它的负载必须是谐振回路。
⾮谐振放⼤器可分为低频功率放⼤器和宽带⾼频功率放⼤器。
低频功率放⼤器的负载为⽆调谐负载，⼯作在甲类或⼄类⼯作状态；宽带⾼频功率放⼤器以宽带传输线为负载。
⼯作状态功率放⼤器⼀般分为甲类、⼄类、甲⼄类、丙类等⼯作⽅式，为了进⼀步提⾼⼯作效率还提出了丁类与戊类放⼤器。
音频功率放大器设计一、设计任务设计一个实用的音频功率放大器。
在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的条件下，音频功率放大器满足如下要求：1、最大输出不失真功率P OM≥8W。
2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。
3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。
4、输入阻抗R i≥100kΩ。
5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz处有±12dB的调节范围。
二、设计方案分析根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。
下面主要介绍各部分电路的特点及要求。
图1 音频功率放大器组成框图1、前置放大器音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。
声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。
一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。
所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。
另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。
对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。
对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。
前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。
C波段固态功率放大器的分析与讨论摘要：c波段固态功率放大器的优点有：长寿命、低工作电压、故障软化等等。
基于此，越来越多的真空管被固态管取代。
因为c 波段全固态发射机的发展一直受到单管功率不足和居高不下的成本影响，所以相对于其他波段的固态功率放大器而言技术并不成熟。
文章研究的c波段全固态放大器是全固态发射机的基础。
文章将匹配电路用阻抗法的设计思想进行讨论。
然后，将阐述c波段固态放大器的设计和实验方法。
电视广播技术所应用到的偏置电路和脉冲调制电源以及控制保护电路等等是文章阐述和说明的内容，通过介绍上述电路，简单的了解和分析c波段固态功率放大器的基本特征与性质。
关键词：c波段；固态功率放大器；控制保护电路引言c波段固态功率放大器与微波功率器件的发展一直密切相关，新的微波功率器件的更新换代不断地带动雷达发射机技术逐渐成熟。
全固态发射机常用的微波功率晶体管主要包括两个方面：一类为硅微波双极晶体管，工作频率为s波段到短波波段，单管百瓦级功率，窄脉冲器件可达千瓦级。
另一种场效应晶体管（fet）。
1 功率放大器的工作类型与电路形式雷达在第二次世界大战之前就已经出现了，雷达发射机用标准的射频发射信号维持雷达系统的正常运转。
通过低频交流信号和射频信号的不断转换，雷达射频信号经馈线系统传输到输出端（即雷达天线部分），并在外接空间内继续传播，从而达到空间扫描的目的。
现代通讯雷达通过制定标准的通讯协议，即可在空间中实现信息交换。
雷达分自激振荡和主振放大两种不同的射频信号发射方式。
同时有电真空器件发射机和全固态发射机两种产生大功率射频能量的器件。
众所周知，放大器的主要性能决定放大器的工作类型。
放大器的工作点选择尤为重要，处在不同位置的工作点会决定放大器不同的工作状态。
分别为a、b、c三类。
a类：c波段固态功率放大器的工作特点是信号的导通贯彻整个周期始终，输出和输入信号保持线性关系[1]。
a类工作状态在零输入响应时，功耗仍然存在。
D 类功率放大器模块电路原理分析与计算1 调制电路PWM 调制电路是建立在每一个特定时间间隔能量类似于正弦波所包含能量的概念上发展优化而来的一种脉宽调制法，即三角波调制法。
为了在整个电路的输入端得到尽量接近于正弦波的脉宽调制波形，可以直接把正弦波在任意一个周期内在时间上划分成N 等份，这样每一份脉宽都是2π/N 。
可以分别由此计算出在每个时间间隔中正弦波所包含的面积，在前面每个特定的时间间隔中，都可以用一个脉宽波形与之对应的正弦波所包含的的面积成比例或者相等，可是其脉冲幅度都近似等于U Δm 的矩形电压脉冲代替的那部分正弦波模块，这样的N 个不相等的宽度的脉冲就会组成一个和正弦波等效果的调制波形。
我假设输入信号的正弦波幅值为Um ，其等效波形的幅值为U Δm ，则每个等效矩形脉冲波宽度L 为：L = 2U m /U Δm *sin β*sin(π/N) (3.1)注：β=(2πi/N) - (π/N)，i = 1,2,3,... ,N由于计算过程与分析太过复杂，便不一一在此赘述。
从上述表达式可分析出：在N 大于20的前提下，当载波比N 固定时，脉冲宽度与分段中心角的正弦值成正比关系，输出端产生的矩形脉冲的宽度等于正弦波的幅值和三角波的幅值之比。
所以，其基波和谐波的各个幅值表达式如式(3.2)所示： 2cos cos 2)1(4i i 2/1k 1k δβπ∑=+-=N E Uml (3.2)从上式可以很容易得出结论：脉冲宽度δi 和调幅比Um/U Δm 有关，但是基波幅值Uml 和谐波幅值Umn 又与脉冲宽度δi 有关[5]。
2 高速开关桥式电路高速开关桥式电路原理图如下图图3.1所示。
有原理图可知，由于整个电路工作在开关状态，所以输出管的功率损耗极低，而且做功功率可以达到很高。
经此开关电路调制后的信号从IN1和IN2输入，Q1～Q4为前级驱动电路，为了得到较大的驱动电压，在此我选择了9012、9013对管，经测试完全可以驱动VMOS 管和IRF540。
