摘要:本文總結了電子設計實驗中常用的幾種功率放大電路的設計方案,針對不同的設計要求和設計條件從電路搭建、注意事項及測試結果進行了說明,能滿足大多數實驗電路設計的需要。
關鍵詞:功率放大;推輓輸出;丙類功放
一.前言
在電子電路設計中,很多系統需要對輸出信號進行放大,以提高其帶負載能力,驅動後級電路,因此就要對信號進行功率放大。功率放大器的主要性能指標有輸出功率及效率,其按照電流導通角的不同,可分爲甲、乙、丙三類工作狀態。甲類放大器電流的.通角爲180度,適用於小信號低頻放大,效率最低;乙類放大器的通角約爲90度,適於寬帶大功率工作,大多數集成運放的末級輸出都採用乙類推輓形式;丙類放大器的電流的通角則小於90度,電流波形失真太大,只適於以調諧迴路爲負載的窄帶放大,但效率較甲、乙類高。【1】
二.電路設計
(一)大電流高擺幅運放
若不考慮成本限制,可直接採用大輸出電流、高擺幅運算放大器作爲輸出級。設計重點在於運放的選擇及電路連接。市面上有各種性能的Buffer以及可用以驅動的運放,它們能滿足大多數設計的要求。專門的驅動芯片如BUF634,其輸出電流達250mA,擺率爲2000V/us。美國德州儀器公司也有許多相關產品,如THS3121,輸出電流可達450mA,擺率達1500V/us。設計的關鍵在於芯片的正確使用,由於大多數爲電流型運放,故反饋電阻的選取很重要,另外由於處理的是高頻信號,所以電源去耦,電路佈線方面也須十分注意。經實驗測試,THS3121在反饋電阻取470Ω、增益爲2時在50Ω負載時小信號-3dB帶寬達100MHz,-0.1dB帶寬達30MHz,並且在電壓峯-峯值爲10V的輸出狀態下,頻率大於10MHz時仍無失真現象。
(二)互補對管推輓輸出
若對功率放大要求不高,可採用分立元件搭建,以互補對管推輓電路作爲輸出級。設計的關鍵在於根據系統要求選擇合適的互補對管。互補對管採用2SD667和2SB647,其特徵頻率爲140MHz,集電極功率耗散爲0.9W,適合低頻功率放大。前級放大負反饋由輸出引入,使得通頻帶更加平坦。
(三)直接功率合成
在手頭沒有合適的驅動芯片時,可以採用三極管直接搭建,雖在實際應用中較少,但在實驗室條件下仍是不錯的選擇。直接功率合成的先決條件是各路參數要對稱。要求VT1和VT2、VT3和VT4參數對稱,R2=R3,R4=R5,R11=R12等。輸入功率在A點一分爲二,分兩路分別進行放大,在C點合二爲一。
(四)單管丙類功率放大
以上三種都是寬頻帶非諧振功率放大,效率較低,而在無線通信設計中,效率是發射機的主要性指標之一,丙類諧振功率放大較甲類、乙類相比具有更高的效率。三極管基極採用自給偏壓電路,集電極採用RLC並聯諧振迴路,濾除諧波分量,採用π網絡作爲輸出濾波匹配網絡,實際參數值可根據所要求的諧振頻率具體設計,在此不贅述。
結語
本文通過對不同條件下功率輸出級設計提出相應的方案,並經過實際實驗測試,效果良好。但在電子設計實驗中,較少涉及電力系統,對信號的功率放大要求不是很高,本文僅對系統中常用的簡單功率放大進行總結與實驗驗證,而實際應用中的功率放大電路遠不止如此簡單。
參考文獻:
【1】董尚斌,等。電子線路(1)。北京:清華大學出版社,2006.
【2】黃根春,等。電子設計教程。北京:電子工業出版社,2007.8.
【3】高吉祥。高頻電子線路設計。北京:電子工業出版社,2007.5.