功率放大器原理范文

第一篇：功率放大器原理范文

功率放大器原理[定稿]

一、功率放大器简介

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 编辑本段

二、功率放大器种类

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：

(1)数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现;

(2)利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。

1、A类放大器

A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。 由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。

2、B类放大器

B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波;同理，当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时，

Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

3、AB类放大器

AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

4、D类放大器

D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点.数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

1. 具有很高的效率，通常能够达到85%以上。

2. 体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

3. 无裂噪声接通

4. 低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。

A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。

5、T类放大器

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。但它和普通D类功率放大器不同的是：

1、它不是使用脉冲调宽的方法，Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“Digital Power Processing (DPP)”的数字功率技术，它是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。

2、它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。

3、此外，T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。DDP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面，线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。

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三、功率放大器的组成

射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功

率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。

射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 编辑本段

四、功率放大器选购

[1]选择功率放大器的时候，首先要注意它的一些技术指标：

1、输入阻抗：通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小，一般会在5000-15000Ω，数值越大表示抗干扰能力越强;

2、失真度：指输出信号同输入信号相比的失真程度，数值越小质量越好，一般在0.05%以下;

3、信噪比：是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例，数值越大代表声音越干净。

另外，在选购功率放大器的时候还要明确自己的购买意愿，如果您希望加装低音炮，最好购买5声道的功放，通常2声道和4声道扬声器只能推动前后扬声器，而低音炮只能再另配功放，5声道功放就可以解决这个问题，功率放大器的输出功率也要尽量大于扬声器的额定功率。 编辑本段

五、功率放大器原理

高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在 “低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o;丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，

理论上可达100%，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。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效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至 20000 Hz，高低频率之比达 1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz)，但相对频带很窄。例如，调幅广播电台(535-1605 kHz的频段范围)的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高;它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。

高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度(或信号失真度)等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态;采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，

工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。 编辑本段

六、功率放大器的性能指标

无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格，在输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。

(一)、输出功率

输出功率是指功放电路输送给负载的功率。目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一，使用时注意。

1、额定功率(RMS)

它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率(严格说是正弦波信号)。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。

2、最大输出功率

当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率

3、音乐输出功率(MPO)

音乐输出功率MPO是英文Music Power Outpur的缩写，它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。

音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲;有的功放却显得力不从心底气不足。为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。

4、峰值音乐输出功率(PMPO)

它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。

通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率，音乐输出功率大于最大输出功率，最大输出功率大于额定输出功率，经实践统计，峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。

(二)、频率响应

频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不低于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz±1.5dB。

(三)、失真

失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多，主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。

(四)、动态范围

放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90 dB。

自然界的各种噪声形成周围的背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大，在通常情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生的噪声所淹没，为此好的音响系统应当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减少，但不可能不产生噪声。

(五)、信噪比

信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。

(六)、输出阻抗和阻尼系数

1、输出阻抗

功放输出端与负载(扬声器)所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。

2、阻尼系数

阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。 编辑本段

七、功率放大器术语详解

工作范围

工作范围是指功率放大器在规定的失真度和额定输出功率条件下的工作频带宽度，即功率放大器的最低工作频率至最高工作频率之间的范围，单位Hz(赫兹)。放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。

工作模式

功率放大器的工作模式主要有以下几种：

时分双工(TDD)模式：

在TDD模式的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。

TDD系统有如下特点：

(1)不需要成对的频率，能使用各种频率资源，适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务;

(2)上下行工作于同一频率，电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的;

时分多址(TDMA)模式：

TDMA是时分多址(Time Division Multiple Access)的英文缩写。同一频率的载波在某一特定时间内，分成若干相等的小时间段，供多个不同号码的用户使用不同的小时间段来实现连接的通信方式。简而言之，它是将一个狭窄的无线频道分割成框架性的时间片断(特别是3和8)，并将每一个时间片断分配给每一个用户的数字无线技术。

传输增益

指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用“dB”(分贝)来表示。功率放大器的输出增益随输入信号频率的变化而提升或衰减。这项指标是考核功率放大器品质优劣的最为重要的一项依据。该分贝值越小，说明功率放大器的频率响应曲线越平坦，失真越小，信号的还原度和再现能力越强。

输出功率

功率放大器的功率指标严格来讲又有标称输出功率和最大瞬间输出功率之分。前者就是额定输出功率，它可以解释为谐波失真在标准范围内变化、能长时间安全工作时输出功率的最大值;后者是指功率放大器的“峰值”输出功率，它解释为功率放大器接受电信号输入时，在保证信号不受损坏的前提下瞬间所能承受的输出功率最大值。

接收增益

增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远。而功率放大器的接收增益值越大，则接收性能越强。

避雷保护

常见的直击避雷保护措施：

① 避雷针：避雷针用来保护工业与民用高层建筑以及发电厂、变压所的屋外配电装置、输电线路个别区段、在雷电先导电路向地面延伸过程中，由于受到避雷针畸变电路的影响，会逐渐转向并击中避雷针，从而避免了雷电先导向被保护设备，击毁被保护设备和建筑的可能性。由此可见，避雷针实际上是引雷针，它将雷电引向自己，从而保护其它设备免遭雷击。

② 避雷线：避雷线也叫架空地线，它是沿线路架设在杆塔顶端，并具有良好接地的金属导线，避雷线是输电线路的主要防雷保护措施。

③ 避雷带、避雷网：在建筑物上沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷击部位敷设的金属网格，主要用于保护高大的民用建筑。

浪涌保护

浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲，。可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。

浪涌保护器，也叫信号防雷保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。 编辑本段

八、阻抗匹配及防护措施

对于主要作用是向负载提供功率的放大电路通常称为功率放大电路，其主要特点如下：一是输出功率是指交变电压和交变电流的乘积，即交流功率;二是交流功率是在输入为正弦波、输出波形基本不失真时定义的;三是输出功率大，因而消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大;四是晶体管常常工作在极限应用状态，由此要考虑必要的散热措施和过电流、过电压的保护措施。下面就功率放大器的阻抗匹配及防护措施作以扼要介绍。

1、功率放大器的阻抗匹配

在所有电子音像设备中，都有一个功率输出的最佳方案问题，即为了获得最大的功率输出而又不增加电路的投资经费，这就是功率放大器与扬声器系统的最佳组合。

功率放大器组合的目的是为了达到最小的设备投资而获得最大的功率输出，以图1互补型功率放大电路为例：和为功放朱级，工作于低偏置甲乙类互补状态。它的输出功率近似于乙类状态。

为了达到最大输出功率，所以负载的大小应该使功率管的电流输出和电压输出的乘积最大，这时的状态称为功率匹配状态。在音响设备的扬声器系统中音响的输出阻抗应为扬声器组合状态的总阻抗，这样音响的输出功率才是标明的额定标准功率，否则音响的输出功率就达不到要求。

例如：音响标准接头上标明是4Ω、100W，那么该接头上的阻抗就是两个8Q扬声器的并联，每个扬声器可得到50W，这样综合扬声器系统，就是4Ω、100W，否则不能实现100w的功率输出。

2、功率放大器的防护

功率管是功率放大电路中最容易受到损坏的器件，损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值。另外，若功率放大器与扬声器失配或扬声器使用中长期过载，也极易损坏扬声器(或音箱)，因此，在音响设备中，防护的目的是保护昂贵的功放和扬声器，所以对电源、功放、音箱的过载和短路保护是完全必要的。

1).电源保护：

图2是分立元件稳压电路，电路中Ri的是过载电流取样电阻，当其电压大于0.7V时，V13导通，集电极电位下降，调整管V11断开，限制电源输出电流。

图3是可调输出电压模块，功耗达70W，电流可达10A，电压调整率为20.8%，输出电压为1.25～15V，且有短路保护。

当使用开关电源时(例如芯片CWl225)，则有专门的保护控制端第⑩脚，只要输入过电流或过电压信号，即可达到保护目的。

2).功放级晶体管保护：

功率放大晶体管除在使用中必须注意环境温度及选用合适的散热器外，主要是考虑过电流和过电压保护问题，目前应用的集成电路都设有限流保护和热切断保护功能(如HAl350、HA2

211、LM2879等)，所以在自制功放时须注意过压保护，如图4所示。依靠R内(电源内阻)和Vl、V2的击穿，使过电压不能升高而保护Vl、V2。

3).音箱扬声器系统保护：

音响系统的保护有两种意义：一种是音响扬声器的过载;另一种不是音频功率的过大、而是直流电位的偏移，导致无电容隔离的OCL或BTL电路扬声器烧毁。过载时，功放电路已经有保护无须另外考虑，这里仅介绍直流偏移组合音响保护电路。

图5为组合音响保护电路。从图中可以看出，当左、右声道送入音箱的声音信号，经过R

1、R2被电容C

2、C3旁路而无直流偏移时，整流桥无

直流输出，V11截止，V

12、V13导通，继电器K吸合，左、右声频信号经保险丝F输出;当存在直流偏移时，整流桥输出使V11导通，V

12、V13截止，继电器K释放切断了音频信号，保护音箱。

电路中C

2、C3是滤波电容，C4具有开关机时延时接通音箱功能，避免开机时的冲击噪声，V则具有短路K的断电反电动势作用，保护V

12、V13晶体管。

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九、功率放大电流的特点

对功放电路的了解或评价，主要从输出功率、效率和失真这三方面考虑。

1、为得到需要的输出功率，电路须选集电极功耗足够大的三极管，功放管的工作电流和集电极电压也较高。电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以功放电流调整和使用时要小心，不宜超限使用。

2、从能耗方面考虑，功放输出的功率最终是由电源提供的，例如收音机中功放耗电要占整机的2/3，因此要十分注意提高电路效率，即输出功率与耗电功率的比值。

3、功放电路的输入信号已经几级放大，有足够强度，这会使功放管工作点大幅度移动，所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当，输出会有严重失真。

国内和国际功率放大器厂商：

1. 北京琅拓科电子设备有限公司是专业生产射频及微波功率放大器的厂商，其频率覆盖100KHz 到18GHz，功率从1W - 1KW不等，同时接受其他公司的订购。

2.国际上有AR，RFHIC ，Alfa，Acom等公司

第二篇：无功补偿功率问题及其节电原理

无功补偿功率节电原理

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(KW)、兆瓦(MW)。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

1.降低发电机有功功率的输出。

2.降低输、变压设备的供电能力。

3.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

4.造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2、功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：

P=Q= UIcosS= UIcos =P/S

式中cosφ———功率因数;

P————有功功率，kw;

Q————无功功率，kVar;

S————视在功率，kv，A。

U————用电设备的额定电压，V。

I————用电设备的运行电流，A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1。而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。

(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点

1.集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿(分散就地补偿)电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了?无功补偿见到效果，应该有哪些体现?单井有功电量应该有什么反应?请专家赐教!

答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功(即常称为滞后无功)，电容则消耗容性无功(即常称为超前无功)。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场(感性无功)或电场(容性无功)的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了?其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：

1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。

2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。

对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了;对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因

无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示Q

S=S

式中

S————视在功率，KVAφ

P————有功功率，KWP

Q————无功功率，kvar图一

φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律 ，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1.提高功率因数

如图2所示? 图中

P————有功功率

S1————补偿前的视在功率

S1S2 Q2S2————补偿后的视在功率

Q1————补偿前的无功功率

φ2φ1Q2————补偿后的无功功率

Pφ1————补偿前的功率因数角

图二φ2————补偿后的功率因数角

由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc=Q1-Q2)，功率因数角由φ1φ减小到φ2，则cosφ2>cosφ1提高了功率因数。

1.降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗△P的计算公式为

1.P=3

式中P——有功功率，KW

U————额定电压，KV;

R————线路总电阻，?。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

1.改善电压质量

线路中电压损失△U的计算公式

U=3

Q1

S1式中P————有功功率，KW;

S2Q————无功功率，Kvar;

Q2U————额定电压，KV;

φ2 φ1R————线路总电阻， ;

P图三X ————线路感抗，?。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U也就减小了。

1.提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P=S•cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+△P，可见，设备的有功出力提高了。

电容器容量的选者：

电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图(如图

2)中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc,

(kvar)

或(kvar)

式中P————最大负荷月的平均有功功率，KW;

tgφ

1、tgφ2————补偿前后功率因数角的正切值;

cosφ

1、cosφ2————补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性(如负载为电动机、变压器)

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性(如负载为补偿电容)

阻性负载：即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性(如负载为白炽灯：电炉) 混联电路中容抗比感抗大，电路呈容性反之为感性。

第三篇：高频功率放大器

1.丙类放大器为什么一定要用谐振回路作为集电极的负载?谐振回路为什么一定要调谐在信号频率上?

答：这是因为放大器工作在丙类状态时，其集电极电流将是失真严重的脉冲波形，如果采用非调谐负载，将会得到严重失真的输出电压，因此必须采用谐振回路作为集电极的负载。调谐在信号频率上集电极谐振回路可以将失真的集电极电流脉冲中的谐波分量滤除，取出其基波分量，从而得到不失真的输出电压。 2.已知谐振功率放大器输出功率Po=4W，ηC=60%，VCC=20V，试求Pc和Ic0。若保持Po不变，将ηC提高到80%，试问Pc和Ic0减小多少? 解：已知Po=4W，ηC=60%，VCC=20V，则

PDC=Po/ηC =4/0.6≈6.67W Pc= PDC -Po=6.67-4=3.67W Ic0= PDC / VCC =6.67/20(A) ≈333.3mA 若保持Po不变，将ηC提高到80% ，则

Po/ηC-Po=4/0.8-4=5-4=1W 3.67-1=2.67W

(A)=83mA 3.已知谐振功率放大器VCC=20V，Ic0=250mA，Po=4W，Ucm=0.9VCC，试求该放大器的PDC、Pc、ηC和Ic1m为多少?

解：已知VCC=20V，Ic0=250mA，Po=4W，Ucm=0.9VCC，则

PDC= VCC× Ic0=20×0.25=5W Pc= PDC-Po=5-4=1W ηC = Po / PDC =4/5=80% Ucm=0.9VCC=0.9×20=18V Ic1m=2Po /Ucm=2×4/18≈444.4mA 1 4.已知谐振功率放大器VCC=30V，Ic0=100mA，Ucm=28V，θ=600，g1(θ)=1.8，试求Po、RP和ηC为多少?

解：已知VCC=30V，Ic0=100mA，Ucm=28V，θ=600，g1(θ)=1.8，则

PDC= VCC× Ic0=30×0.1=3W ξ=Ucm / VCC=28/30≈0.93 ηC=g1(θ)ξ=×1.8×0.93=83.7% Po =ηC×PDC =0.837×3≈2.51W 由于，则

156.2Ω

5.某谐振功率放大器，原工作于过压状态，现分别调节Rp、VCC、VBB和Uim使其工作于临界状态，试指出相应Po的变化。

解：调节Rp：减小Rp，可以使谐振功放从过压状态转换为临界状态，对照图8.3 相应的输出功率Po将增大。

调节VCC：增大VCC，可以使谐振功放从过压状态转换为临界状态，此时的集电极电流的将最大值Ic1m增大，而

，但Rp并未变化，所以Po增大。

调节VBB：减小VBB，放大器可从过压状态转换为临界状态，但θ值减小，脉冲电流基波分解系数α1(θ)减小，Ic1m减小，所以Po减小。

调节Uim：减小Uim，放大器可从过压状态转换到临界状态，输出功率Po亦减小，其机理与VBB减小相似。

6.谐振功率放大器原来工作在临界状态，若集电极回路稍有失谐，放大器的Ic0、Ic1m将如何变化?Pc将如何变化?有何危险?

解：工作在临界状态的谐振功率放大器，若集电极回路失谐，等效负载电阻Rp将减小，放大器的工作状态由临界变为欠压，Ic0、Ic1m都将增大，另外，由于集 2 电极回路失谐，iC与uCE不再是反相，即iC的最大值与uCE最小值不会出现在同一时刻，从而使管耗Pc增大，失谐过大时可能损坏三极管。

7.设两个谐振功率放大器具有相同VCC，它们的输出功率分别为1W和0.6W。若增大Rp，发现其中Po=1W的放大器的输出功率明显增大，而Po=0.6W的放大器的输出功率减小，试分析原因。

解：Po=1W的放大器原工作于欠压状态，当其Rp增大时，放大器将由原欠压状态过渡到临界状态，故Po明显增大。

Po=0.6W的放大器，原工作于临界或过压状态，当其Rp增大时，则相对应的有两种情况：一是由原临界状态过渡到过压状态，输出功率下降;二是由原过压状态变为更深的过压状态，输出功率下降。

8.若两个谐振功率放大器电路具有相同的回路元件参数，其输出功率Po分别为1W和0.6W。若同时增加两放大器的电源电压，发现原输出1W的放大器功率增加不明显，而另一放大器输出功率增加比较明显，试问为什么?若要增加输出为1W的放大器的输出功率Po，问还需要采取什么措施(不考虑功率管的安全问题)? 解：当VCC增加时，Po1(1W)增加不明显，Po2(0.6W)增加明显，说明输出1W的放大器工作于临界或欠压状态，而输出为0.6W的放大器工作于过压状态。为了提高Po1还需：或增大负载等效电阻Rp，或增大基极偏置电压VBB，或增大激励信号电压幅值Uim。

9.采用两管并联运用的谐振功率放大器，当其中一管损坏时，发现放大器的输出功率约减小到原来的1/4，且管子发烫，试指出放大器原来的工作状态。若输出功率基本不变，试问原来又工作在什么状态。

解：谐振功率放大器原工作在临界状态。若输出功率基本不变，则放大器原来工作在过压状态。

10.一单管谐振功率放大器，已知输出功率Po=1W，现用两管并联代替单管，并维持Rp、VCC、VBB和Uim不变，发现放大器工作在临界状态。试指出放大器原来的工作状态，估算两管并联运用后的输出功率。

解：假设两管的参数一致，则流过等效负载上的电流Ic1m加倍，因而输出电压幅值Ucm=Ic1mRp也加倍，输出功率

为原来4倍，即：

=4Po=4W。对于每一个放大器来说，相当于等效负载Rp加倍，由于现在放大器工作在临界状态，所以放大器原来工作在欠压状态。在其它条件不变的情况下，对于每一个放大器来说，等效负载Rp增大，Ic1m略有下降，故

<4W。

3 11.在图8.8所示的谐振功率放大器中，测得Ic0=100mA、Ib0=5mA、IA=500mA，放大器工作于临界状态。若改变VCC、VBB和Uim中某一电压量，则发现各电表读数发生如下变化：

(1)Ic0=70mA、Ib0=1mA、IA=350mA (2)Ic0=70mA、Ib0=10mA、IA=350mA (3)Ic0=105mA、Ib0=7mA、IA=520mA

试问上述三种情况各为改变哪一电压量而发生的?各处于何种工作状态(欠压、临界、过压)?

解：(1)VBB减小或Uim减小，工作于欠压状态;(2)VCC减小，工作于过压状态;(3)VBB增大或Uim增大，工作于过压状态。

12.谐振功率放大器工作在欠压区，要求输出功率Po =5W。已知VCC =24V，VBB = Uth(管子截止电压)，Rp=53Ω，集电极电流为余弦脉冲，试求电源供给功率PDC，集电极效率ηC。 图8.8 解：由题可知，θ=90o，由图8.2可知α0(90o)=0.32，α1(90o)=0.5。

(A)=434.4mA

278(mA)

PDC=VCCIc0=24×0.278=6.67(W) ηC= P0 / PDC =5/6.67=75% 4 13.已知丙类二倍频器工作在临界状态，且VCC=20V，Ic0=0.4A，Ic2m=0.6A，Uc2m=16V，试求Po2和ηC2?

解：已知VCC=20V，Ic0=0.4A，Ic2m=0.6A，Uc2m=16V，则

=4.8(W)

PDC=VCCIc0=20×0.4=8(W) ηC2= Po2/ PDC =4.8/8=60% 14.图8.9(a)为谐振功率放大器的原理电路图，试指出该电路中的错误，予以改正并说明原因。

解：图8.9(b)示出了一种改正的电路图。

(1)V1输入端，增加C4，为高频旁路电容，使输入高频信号减小损耗。 (2)V1输出端，取消C1，使集电极直流通路得到建立;增加高频旁路电容C5，形成高频通路。

(3)V2输入端，增加耦合电容C6，也使本级基极与VCC隔离;增加RFC3的一方面使V2基极为高频高电位，另一方面也使V2输入端的直流通路得到建立，C7为高频旁路电容。

(4)V2输出端，增加隔直电容C8和高频旁路电容C11;C9和L3为天线回路元件。

RFC4与RFC5使V

1、V2二级与直流电源间高频隔离。

图8.9 15.谐振功率放大器工作频率f=2MHz，实际负载RL=80Ω，所要求的谐振阻抗RP=8Ω，试求决定L形匹配网络的参数L和C的大小? 解：由于RL>RP，则应选择高阻变低阻L型匹配网络

H

pF 16.谐振功率放大器工作频率f=8MHz，实际负载RL=50Ω，VCC=20V，Po=1W，集电极电压利用系数为0.9，用L形网络作为输出回路的匹配网络试计算该网络的参数L和C的大小?

解：已知RL=50Ω，VCC=20V，Po=1W，及ξ=Ucm / VCC=0.9，可得

Ucm=ξVCC=0.9×20=18V

6 由于RP>RL，应选择低阻变高阻L型匹配网络

pF

H 17.试求图9.11所示传输线变压器阻抗变换比Ri: RL和传输线变压器Tr1的特性阻抗Zc1及Tr2的特性阻抗Zc2(Tr1与Tr2的变压比均为1:1)。

解：(1)计算阻抗变换比，认为传输线变压器具有无耗短线的传输特性，则有

U13= U24，U57= U68 又 U24= U68 则 U13= U24= U57= U68= U 根据变压器性能，有

I12= I43，I56= I87 又 I43= I56 则 I12= I43= I56= I87= I 由图8.10可知 图8.10 Ri= U17/ I12=(U13+ U57)/ I12=2 U / I RL= U24/ I28= U/(I12+ I56)= U /(2 I) 7 则 =4:1 (2)求特性阻抗

Zc1= U13/ I12= U/ I=2 RL Zc2= U57/ I56= U/ I=2 RL 18.在图9.12(a)所示电路中，R1= R2= R3= R4，Rs=50Ω，信号源向网络提供的功率为100W，试指出R1~ R4电阻上的电流方向，计算R1~ R4各电阻所得的功率，计算Rd1~ Rd

3、R1~ R4各电阻的数值。

解：该电路为同相分配电路，输入功率由Tr1分配给Tr2和Tr3，Tr2和Tr3又将其所得功率同相分配给R

1、R2和R

3、R4。由此并参见图8.11(b)，可得

Rd1=4 Rs=4×50=200Ω

Ra1= Rd1/2=100Ω

Rd2=4 Ra1=4×100=400Ω R1= R2= Rd2/2=200Ω 同理

Rd3=400Ω R3= R4=200Ω

R1~ R4中的电流流向如图8.11(b)中箭头所示(也可为相反流向)。 Rd

1、Rd2 Rd3的功率为 PRd1= PRd2= PRd3=0 Tr

2、Tr3的输入功率为

P2= P3=1/2×100=50W 所以R

1、R

2、R

3、R4的功率分别为

PR1= PR2=1/2×P2=25W PR3= PR4=1/2×P3=25W

第四篇：低频功率放大器

班级：电子技术综合设计2(1)班 姓名：赵贤芳 序号：12 学号：2011109608

一、任务和要求

设计具有弱信号放大能力的低频功放

Ui 5mv~700mv

RL=8欧姆 时 1)额定输出功率POR≧10w 2)BW≧(50~10000)Hz

3) 在POR下和BW内非线性失真系数≦3% 4) POR下效率≧55%

5)输入接地, RL=8欧姆上交流功率≦10mW 6)增益可调或增加自动增益控制

自行设计满足本设计要求的稳压电源

二、设计框图

三、前期器件准备

采用专用的功放集成芯片。LM1875是一款功率放大集成块， 体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。

我们熟悉的集成运放有TDA2040、LM187

5、TDA1514等，其中TDA2040A功率裕量不大，TDA1514外围电路较为复杂，且易自激。这两种功放的低频性能都欠佳，LM1875外围电路简单。电路成熟，低频特性好，保护功能安全。它的不足之处是高频特性较差(BW≤70kHz)，但对于本设计的要求的50Hz～10kHz已足够，因此选择LM1875做功放。它是一款功率放大集成块，形如一只中功率管，体积小巧，在使用中外围电路简单，且输出功率较大。

四、设计方案及思路 1.电压跟随器

在进行对弱信号放大之前，设计电压跟随器。电压跟随器的显著特点是，输入阻抗高，而输出阻抗低，鉴于此点性能，把它作为输入级可以吸取弱信号更大的电压。见图(3)

图(3) 2.信号放大器

方案一:弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有： LM

5213、LM187

5、TDA1

514、NE5

532、NE5534等。

本系统设计选用NE5532AL，因为同众多的运放相比, NE5532AL具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能且是双运放集成，具有很高的性价比。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能, 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。前置放大电路由二级同相放大电路构成，具体原理图见图(4)

图(4)

3.功率放大级：

方案一： 功率放大输出级采用分立元件构成的OCL电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。这种方案的优点是：由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。但外围元器件较多，调试要困难一些。 方案二：采用专用的功放集成芯片，构成BTL功率放大电路。LM1875是一款功率放大集成块， 体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。经过增益为1的反向比例放大电路扩展成BTL放大电路，同时具有更高的输出功率。

集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。另外集成运放还有性价比高的特点。

故本系统设计选用方案二。该方案的优点是：技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等。具体原理图见图(5)

图(5)

4、实验总电路图：

六、数据分析

为了尽能保证不失真放大,图4采用两级运算放大器电路A1和A2,每级放大器的增益取决于R

2、R3和R

4、R5,即AvA=1+R3/R2=1+90/10=10,AVB=1+R5/R4=1+200/10=21。

七、自制稳压电源电路：

稳压电源电路采用三端集成稳压器，由于电源电路需给前置放大级、功率放大级、波形转换电路供电，且各个集成运放芯片的工作电压均为18V。因此选用W78

18、W7819三端集成稳压器输出正、负18V电压。

①电源变压器的参数分析如下：

考虑到稳压器两端会产生3到5.5V的压降，同时取二极管桥式整流器的系数为1.2，则变压器副边的电压≧(24/1.2)=20V，取为21V。

由于W78系列的最大输出电流为1.5A，因此电源消耗的功率应至少为：

21V×1.5A=31.5W。

由于通常电源变压器的功率要大于电源消耗的直流功率，且考虑到整个系统的耗能和为留有裕量，电源变压器的功率选择为40W。

由以上分析计算，可选用一个功率为40W，输入为二路21V的电源变压器。

②电源电路中整流二极管、电容的参数：

电路中采用了5A/50V 2CZBE硅整流管全桥,电源经1000uF电解并并上0.1uF电容依次滤掉各种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压仅为很小。 直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用三端稳压电路，电源经1000uF电解并并上0.1uF电容依次滤掉各种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压很小。

八、小结

通过查找资料、设计电路、仿真、购买器件，最后设计并实现一个实用低频功率放大器。本系统由三部分组成，分别是跟随器、放大器、功率放大器。主要难点在功率放大部分，采用LM1875为主要芯片，经过功率放大电路，最终达到了一定功率输出。最后经过测试，基本符合题目要求。

感谢小组成员的相互配合，感谢老师的指导，我们深知知识了解的还太少，我们会认真学习不断进步!

第五篇：高频功率放大器

第 2 章 高频功率放大器

2.1 自测题

2.1­1.为了提高效率，高频功率放大器应工作在( )状态。

2.1­2.为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，实际中多选择高频功率放大器工作 在( )状态。

2.1­3.根据在发射机中位置的不同，常将谐振功率放大器的匹配网络分为( )、( )、( )三种。

2.2 思考题

2.2­1. 谐振功率放大器工作于欠压状态。为了提高输出功率，将放大器调整到临界状态。 可分别改变哪些参量来实现?当改变不同的量时，放大器输出功率是否一样大?

2.2­2.为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态?为什么采用谐振回路作负 载?谐振回路为什么要调谐在工作频率?

2.2­3.为什么低频功率放大器不能工作于丙类?而高频功率放大器可以工作于丙类?

2.2­4.丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别?为 什么会产生这些区别?动态特性的含意是什么?

2.2­5.一谐振功放如图 2.2­5 所示,试为下列各题选取一正确答案： (1)该功放的通角 θ 为：(a)θ>90。; (b)θ=90。;(c)θ<90o。 (2)放大器的工作状态系：(a) 由 Ec、EB 决定;(b)由 Um、Ubm 决定;(c)由 uBEmax、uCEmin决定。

(3)欲高效率、大功率工作,谐振功放应工作于：(a)欠压状态(b)临界状态(c) 过压状态

(4)当把图中的 A 点往上移动时,放大器的等效阻抗是：(a)增大;(b)不变;(c)减小。相 应的工作状态是：(a)向欠压状态变化;(b)向过压状态变化;〈c〉不变。

图 2.2­5 图 2.2­6

2.2­6.一谐振功率放大器如图 2.2­6 所示。工作于丙类,试画出图中各点的电压及流过的 电流波形。

2.2­7.定性画出上题两种情况下的动特性曲线及电流 ic、电压 uCE 波形。又若工作到过 压状态,该如何画法?

2.2­8 对图 2.2­6 所示的高频功率放大器,试回答下列问题：

(1)当 ub=Ubcosωct 时,uc=Ucmcos5ωct,应如何调整电路元件参数?

(2)若放大器工作在欠压状态,为了使输出功率最大,应调整哪一个参数?如何调整? (3)若放大器工作在欠压状态,在保持 P。不变的前提下为进一步提高效率,应如何改 变电路参数?

(4)为实现基极调幅,放大器应调整在什么状态?为实现集电极调幅,放大器又应调整在何状态? (5)若放大器工作在过压状态,分别调整哪些参数可退出过压?如何调整? (6)为实现对输入信号的线性放大,应如何调整电路参数和工作状态? (7)为实现对输入的限幅放大,又应如何调整参数及工作状态?

2.2­9 某谐振功放的动特性曲线如图题 2.2­9 所示。试回答以下问题: (1)判别放大器的工作类型,并说明工作在何种状态。

(2)为了使输出功率最大,应如何调整负载 RL,并画出此时的动特性曲线。 (3)确定调整后的最大输出功率与原输出功率的比值 Pomx/Po。

图 2.2­9

2.2­10 某谐振功率放大器及功放管的输出特性如图2.2­10 所示。已知 u b=1.2cosωt V,测得 uo 的 振幅 Um=12V。测得 uo 的振幅 Uom=12V。

(1)画出动特性曲线,说明电路的工作状态。 (2) 为 了 提 高 输 出 功率,将电感抽头 A 点向上 移动。当移到中间点时，放大器刚好工作在临界 状态,试画出此时的动特性曲线。 (3)求临界状态下的 Po。

(4)若负载 RL 不慎开路,试问放大器的工作状态、输出电压和输出功率有何变化?

2.2­11.一谐振功率放大器,原来工作在临界状态,后来发现该放大器性能变化：Po 明显下 降,而 ηc 反而增加,但 Ec、Ucm、uBEmax 不变。试问此时放大器工作在什么状态?导通时间是增 大还是减小?并分析其性能变化的原因。

2.2­12.一谐振功放工作于临界状态,已知 f=175MHz，Re=46Ω,rA=50Ω,Co=40pF,集电极采 用如图 2.2­12 所示的Ⅱ型网络来实现阻抗匹配,试计算 C

1、C2 和 L。

图 2.2­10

图题 2.2­12

2.3­13.某晶体三极管的转移特性、输出特性以及用该管构成的谐振功率放大器如图2.3­13 所示。已知该放大器导通期间的动特性为图中之 AB 段,β=20。求：

图2.3­13 1)放大器的直流偏压 EB 以及激 励电压 振幅 Ubm;

2)为使放大器输出功率最大,负载电阻 RL 应改为多大(其他条件不变)? 3)计算此时放大器 输出功率 Po、直流电源供给功率 PE、集电极效率 ηc。

2.2­14.已知某谐振功率放大器电路如图 2.2­14 (a)所示,晶体管特性如图 2.2­14 (b)所示,且EC=26V,EB=UB’,icm=500mA,谐振回路元件参数如图 2.2­14 所标。问: (1)放大器这时工作于什么状态?画出动特性曲线。

(2)若在放大器输出端接一负载电阻 RL=400Ω(如图 P2.10(a)中所示),问：此时放大器将 工作在什么状态?画出动特性曲线。

图.2.2­14

2.3­15.某高频功放的动特性曲线如图 2.3­15 中的折线 ABC 所示, (1〉画出 ic 和 uCE 的波形。

(2)试求偏置电压 EB 和激励电压 ub 的振幅 Ubm。 (3)求输出功率 Po 和效率 η。

图 2.3­15