射頻功率放大器開題報(bào)告

1、 第1章 概述 本章介紹了射頻功率放大器的研究目的和意義，討論現(xiàn)階段的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，最后闡述了在論文期間所做的主要工作和前期計(jì)劃結(jié)構(gòu)。1.1課題研究的目的和意義 隨著21世紀(jì)的到來，人類社會(huì)已步入信息時(shí)代社會(huì)信息極大的改變了人類社會(huì)的生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)和生活方式，人們對(duì)信息的依賴與需求越來越大，隨時(shí)隨地、迅速可靠的與通信的另一方進(jìn)行任何方式的信息交流成為人們不斷追求的目標(biāo)。從全球范圍來看，無線通信用戶的年增量都在大幅度的增長(zhǎng)，無線通信已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的階段。如今快速的發(fā)展無線通信已成為信息產(chǎn)業(yè)中最耀眼的亮點(diǎn)，并成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力?，F(xiàn)代通信迅速發(fā)展，對(duì)射頻功率放大器的要求也越來越高，

2、其在整個(gè)無線電通訊系統(tǒng)中非常重要，輸出功率決定了通訊距離的長(zhǎng)短，其他方面也對(duì)通訊的效率性能指標(biāo)起決定性作用。射頻功率放大器由于尺寸、線性度高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用與在衛(wèi)星通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)以及各種工業(yè)裝備，伴隨著無線通訊和軍事領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)射頻功率放大器的性能要求也高，使之在更寬頻帶內(nèi)，具有更高的輸出功率、效率和可靠性，例如為在有限的頻譜范圍內(nèi)容納入更多的內(nèi)容就要求更多的通訊通道，獲得較高的輸出功率，現(xiàn)在通訊系統(tǒng)均采用了QPSK、64QSN等線性調(diào)制技術(shù)，這些調(diào)制技術(shù)對(duì)功放的非線性非常敏感，因而對(duì)放大器有更高的線性要求，提高功率放大器的可靠傳輸，以避免對(duì)其他信道的干擾，保證通訊的

3、正常可靠。為了滿足各種應(yīng)用需求，近十幾年來人們不斷推動(dòng)射頻功率放大器的發(fā)展和進(jìn)步，在這十幾年發(fā)展過程中，射頻器件及射頻技術(shù)的發(fā)展是推動(dòng)射頻功率放大器發(fā)展的倆大因素射頻器件的發(fā)展是射頻功率放大器的發(fā)展成為可能，射頻技術(shù)的發(fā)展使射頻功率放大器的性能得到提高。目前，由于無線領(lǐng)域局域網(wǎng)的市場(chǎng)潛力，世界各國(guó)的工業(yè)界和科技界都投入巨大的力量，加強(qiáng)這方面的研究與開發(fā)工作，對(duì)射頻的高集成度、成本和小型化追求都把目標(biāo)集中在多頻帶和多模式上，即用較少的芯片輸在多頻帶實(shí)現(xiàn)各種功能。射頻功率放大器的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，比如雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站。點(diǎn)子對(duì)抗中都需要它，如在有源相控陣?yán)走_(dá)中射頻功率放大器就扮演著重要角

4、色，在電子戰(zhàn)中，射頻功率可制成有源誘餌，便面飛機(jī)被導(dǎo)彈擊中，通訊中，射頻功率放大器廣泛運(yùn)用與小功率或低數(shù)據(jù)率終端，如射頻功率放大器就很大程度上決定這個(gè)人移動(dòng)電話的通話時(shí)間和待機(jī)時(shí)間?？傊枰獙?duì)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的設(shè)備中都離不開射頻功率放大器。與低噪聲放大器相比，射頻功率放大器除了要滿足一定的增益、駐波比、頻帶外，突出的要求是輸出功率和高轉(zhuǎn)換率及減少非線性失真。1.2研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)對(duì)于射頻功率放大器的研究方面許多專家教授都對(duì)這方面作了相關(guān)的研究，得到了許多成果總結(jié)，這對(duì)我們后期的學(xué)習(xí)有了很大的幫助，以下是我參考的文獻(xiàn)：張利飛、汪海勇在低噪聲功率放大器的仿真設(shè)計(jì)根據(jù)非線性結(jié)的諧波輻射特性,通

5、過發(fā)射基波信號(hào),接收二次或三次諧波/組合波來探測(cè)含有非線性結(jié)的目標(biāo)。由于諧波雷達(dá)接收機(jī)要接收來自非線性結(jié)散射回來的微弱的二次或三次/組合波信號(hào),因此對(duì)諧波雷達(dá)發(fā)射機(jī)的諧波抑制能力和低噪聲提出了較高的要求。而發(fā)射機(jī)的主要部件是功率放大器,本文根據(jù)諧波雷達(dá)發(fā)射機(jī)的要求,設(shè)計(jì)的放大器的指標(biāo)為:工作頻率:900MHz輸出功率:2W(33dBm)功率增益:37dB輸入輸出駐波比:小于1.5:1三階交調(diào):-20dBc二次諧波抑制:大于40dB噪聲系數(shù):小于1dB1方案確定與器件選擇首先從功率增益上考慮,一般功率放大器的增益在15dB左右,為了能達(dá)到37dB的功率增益,需要3級(jí)放大器,考慮到第一級(jí)放大器為小

6、信號(hào)放大器,而且小信號(hào)放大器的增益比較大,從而確定的方案為兩級(jí)放大器,即前級(jí)小信號(hào)放大器和后級(jí)大信號(hào)放大器。其次從噪聲系數(shù)上考慮,由于總的噪聲系數(shù)小于1dB,則要求所選放大器的噪聲系數(shù)均比較小,考慮到前級(jí)放大器的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響最大,故前級(jí)主要從最小噪聲系數(shù)上考慮,后級(jí)可以在滿足一定噪聲系數(shù)的條件下主要考慮功率1。陳曉飛，沈軍等在2014年的文獻(xiàn)高線性度CMOS射頻AB類功率放大器設(shè)計(jì)中，指出CMOS射頻AB類功率放大器廣泛應(yīng)用于單片集成無線芯片內(nèi)采用恒定最大電流的方法對(duì)其效率進(jìn)行分析，采用歸一化輸入電壓的方法對(duì)其線性度進(jìn)行分析利用AB類功率放大器系統(tǒng)增益的非線性與CMOS跨導(dǎo)非線性相

7、互補(bǔ)償，提高了CMOS射頻AB類放大器的線性度基于TSMC018mCMOS混合信號(hào)工藝，設(shè)計(jì)了一款兩級(jí)射頻AB類功率放大器2。延濤在2007年的文獻(xiàn)高性能CMOS射頻功率器件及功率放大器研究與實(shí)現(xiàn)中，指出隨著人們對(duì)無線通訊需求的不斷增加，射頻集成電路（RFIC）技術(shù)迅速發(fā)展，成為了集成電路產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在RFIC所采用的工藝技術(shù)中，RFCMOS具有成本和集成度方面的巨大優(yōu)勢(shì)，是未來無線通訊技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3。許永生在CMOS射頻器件建模及低噪聲放大器的設(shè)計(jì)研究中指出微波低噪聲放大器是利用微波低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管在微波頻段進(jìn)行放大。特別需要注意的是，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管都存在著內(nèi)部反饋，當(dāng)反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)

8、，將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞而導(dǎo)致自激，改善微波管自身穩(wěn)定性采取的是串接阻抗負(fù)反饋法，在場(chǎng)效應(yīng)管的源極和地之間串接一個(gè)阻抗電路，構(gòu)成負(fù)反饋電路。實(shí)際的微波放大器電路中反饋元件常用一段微帶線代替，相當(dāng)于電感性元件負(fù)反饋，這樣對(duì)電路穩(wěn)定性有所改善。利用PHEMT芯片，應(yīng)用混合集成工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低噪聲系數(shù)和低駐波特性。器件的選用恰當(dāng)與否直接關(guān)系到性能指標(biāo)的優(yōu)劣，寬帶低噪聲放大器最關(guān)鍵的器件就是放大器的基礎(chǔ)GaAsPHEMT芯片。為滿足高增益指標(biāo)，GaAsPHEMT應(yīng)具有盡可能高的跨導(dǎo)；同時(shí)，為了滿足低的噪聲系數(shù)，GaAsPHEMT自身的噪聲系數(shù)應(yīng)盡可能低；由于型譜產(chǎn)品頻段較高，為了

9、避免分布參數(shù)帶來的影響，同時(shí)減小體積，GaAsPHEMT選擇采用管芯。該項(xiàng)目為了兼顧噪聲和增益，所以采用2級(jí)放大。第1級(jí)放大器的設(shè)計(jì)必需是最佳噪聲設(shè)計(jì)，即輸入匹配網(wǎng)絡(luò)必需是最佳噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)，不必追求最大增益；第2級(jí)放大器保證輸出功率和總增益4。胡柳林在800MHzCMOS低噪聲功率放大器設(shè)計(jì)與仿真功率放大器指出無線發(fā)射器中必不可少的組成部分，也是整個(gè)發(fā)射機(jī)中耗能最多的部件，輸出功率一般比較大。射頻功率放大器的主要作用就是放大射頻信號(hào)，以輸出大功率為目的。射頻信號(hào)功率的放大實(shí)質(zhì)上是在輸入射頻信號(hào)的控制下將電源直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率。相對(duì)于其它無線收發(fā)組件，大功率、高線性、高效率是功率放大器的基本

10、設(shè)計(jì)要求。介紹了基于TSMC0.18umCMOS工藝的功率放大器的設(shè)計(jì)，給出了仿真結(jié)果和版圖設(shè)計(jì)。該電路采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)，單端輸入單端輸出。第一級(jí)采用共源共柵放大電路，第二級(jí)采用差分放大電路，輸出由一個(gè)平衡不平衡電路轉(zhuǎn)化為單端輸出。在3.3V的供電電壓下，最大輸出功率為16.25dB，增益為20dB，輸入1dB壓縮點(diǎn)位13dB，帶寬為1GHz2GHz，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求5。金香菊在CMOS射頻C類低噪聲功率放大器研究與設(shè)計(jì)功率放大器作為射頻收發(fā)機(jī)中功耗和體積最大模塊,其性能直接決定了整個(gè)射頻收發(fā)機(jī)的成本、功耗和體積,因此研究CMOS射頻功率放大器對(duì)實(shí)現(xiàn)單芯片射頻收發(fā)機(jī)意義重大。本文通過深入分析C

11、MOS射頻C類功率放大器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理,設(shè)計(jì)出一個(gè)可單片集成的射頻C類功率放大器,并完成了版圖設(shè)計(jì)。首先對(duì)線性和非線性功率放大器進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。采用電流源C類功率放大器模型,推導(dǎo)出功率放大器的效率、漏極電流的頻譜、輸出功率與導(dǎo)通角的關(guān)系,并用于指導(dǎo)功率放大器設(shè)計(jì)。其次,對(duì)基于CMOS工藝的射頻C類功率放大器進(jìn)行研究,并設(shè)計(jì)出一個(gè)中心頻率2.4GHz的C類功率放大器。考慮輸出功率、功率增益和效率要求,并針對(duì)CMOS工藝晶體管擊穿電壓低和跨導(dǎo)能力有限等缺點(diǎn),采用單端兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使用共源共柵和輸出級(jí)的輸入諧振網(wǎng)絡(luò)等電路設(shè)計(jì)技術(shù),提高了功率放大器的性能。最后,基于TSMC0.35mSiGeBi

12、CMOSRF工藝,采用Cadence的SpectreRF進(jìn)行電路仿真和版圖設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,在使用片上電感后,輸出功率達(dá)到24dBm,功率增益為24dB,功率附加效率達(dá)到34%6。王振，喻志遠(yuǎn)，雍正平，雷毅在C波段低噪聲功率放大器的設(shè)計(jì)中通過仿真結(jié)果可以看出，放大器的輸入輸出駐波比、噪聲和增益等指標(biāo)基本上都合格。從設(shè)計(jì)中可以了解使用ADS來設(shè)計(jì)低噪聲放大器的基本方法，首先要做的就是偏置電路的設(shè)計(jì)，然后用S參數(shù)仿真來進(jìn)行穩(wěn)定性的判斷，若在使用頻段內(nèi)不穩(wěn)定，還需要進(jìn)行穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作穩(wěn)定后就要對(duì)其進(jìn)行阻抗匹配。一般低噪聲放大器的第1級(jí)需要良好的噪聲特性，所以第1級(jí)的輸入端進(jìn)行最佳噪聲

13、阻抗到50源負(fù)載的匹配，輸出端進(jìn)行共軛匹配。如果要考慮到第1級(jí)的增益輸出不能太低的話，則需要畫出增益圓圖和噪聲圓圖，然后選擇合適的源阻抗值，犧牲一部分噪聲來提高增益。第2級(jí)一般為功率輸出級(jí)，需要的是最大的增益輸出，所以第2級(jí)一般對(duì)輸入輸出同時(shí)向50負(fù)載做共軛匹配，在匹配之前，需要算出最佳共軛匹配的ZS和ZL值，這個(gè)值只有在電路穩(wěn)定的情況下才唯一存在的。2級(jí)分別設(shè)計(jì)，再級(jí)聯(lián)，由于計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，通常不需調(diào)整就可達(dá)到比較滿意的效果。還有器件參數(shù)的離散性，以及加工誤差，實(shí)際加工出來的結(jié)果有一些微小差異，這就需要在實(shí)際調(diào)試中，稍微調(diào)整一下分布參數(shù)，就可達(dá)到最佳的效果7。李斐在寬帶射頻接收機(jī)前

14、端低噪聲放大器設(shè)計(jì)中指出無線通信市場(chǎng)的發(fā)展以及人們對(duì)無線通信與日俱增的需求推動(dòng)了這一領(lǐng)域的研究與開發(fā)。無線收發(fā)機(jī)始終向著高性能,高集成度、低功耗、低成本的方向發(fā)展。本論文以設(shè)計(jì)射頻無線收發(fā)機(jī)中關(guān)鍵組成射頻接收機(jī)前端為目的,研究并設(shè)計(jì)射頻接收機(jī)前端的系統(tǒng)和模塊。首先從系統(tǒng)的角度出發(fā),簡(jiǎn)要介紹了射頻系統(tǒng)接收的一些性能指標(biāo)及其衡量標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)的分析比較了幾種適用于單片集成的射頻接收機(jī)結(jié)構(gòu),總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn),提出在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選取上的設(shè)計(jì)考慮；然后詳細(xì)分析了射頻接收機(jī)前端的兩個(gè)模塊：低噪聲放大器和混頻器,總結(jié)并比較了一些常用的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8。黃曉華在低噪聲射頻功率放大器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中寫到微波和射頻工程是一

15、個(gè)令人振奮且充滿生機(jī)的領(lǐng)域，主要由于一方面，現(xiàn)代電子器件取得了最新的發(fā)展；另一方面，目前對(duì)語音、數(shù)據(jù)、圖像通信能力的需求急劇增長(zhǎng)。在這一通信變革之前，微波技術(shù)幾乎是國(guó)防工業(yè)一統(tǒng)天下的領(lǐng)域，而近來對(duì)無線尋呼、移動(dòng)電話、廣播視頻、有繩和無繩計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的通信系統(tǒng)需求的迅速擴(kuò)大正在徹底改變工業(yè)的格局。這些系統(tǒng)正在用于各種場(chǎng)合，包括機(jī)關(guān)團(tuán)體、生產(chǎn)制造工廠、市政基層設(shè)施，以及個(gè)人家庭等。應(yīng)用和工作環(huán)境的多樣性伴隨著大批量生產(chǎn)，從而使微波和射頻產(chǎn)品的低成本制造能力大為提高。這又轉(zhuǎn)而降低了大批新型的低成本無線、有線射頻和微波業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)成本，其中包括廉價(jià)的手持GPS導(dǎo)航設(shè)備、汽車防撞雷達(dá)，以及到處有售的寬

16、帶數(shù)字服務(wù)入口等9。朱樟明 劉簾曦在PWM CMOS D類音頻功率放大器提出了一個(gè)高效的PWM CMOS d類音頻功率放大器。軌到軌PWM比較器與窗函數(shù)被嵌入到d類音頻功率放大器。根據(jù)TSMC 0.5m CMOS工藝設(shè)計(jì)結(jié)果表明,最大效率為90%,PSRR -75分貝,電源電壓范圍是2.5 - -5.5 V,1 kHz的THD + N輸入頻率小于0.20%,無負(fù)荷的靜態(tài)電流是2.8 mA,并關(guān)閉當(dāng)前0.5A。d類音頻功率放大器的有效面積約為1.471.52平方毫米。良好的性能,d類音頻功率放大器可以應(yīng)用于多個(gè)音頻電力系統(tǒng)10。1.3課題準(zhǔn)備情況即進(jìn)度計(jì)劃現(xiàn)在已經(jīng)初步了解到射頻放大器的基本知識(shí)，

17、后期會(huì)復(fù)習(xí)相關(guān)與放大器相關(guān)的只是，同時(shí)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)ADS的應(yīng)用，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中需要用到的相關(guān)知識(shí)資料及軟件進(jìn)行搜集和整理，為使接下來的工作能順利進(jìn)行，特?cái)M定了下一階段的進(jìn)度計(jì)劃如下:早進(jìn)入整理階段，根據(jù)課題查找資料，資料收集以及方案論證，在寒假過程中，下載需要的軟件，學(xué)習(xí)軟件的使用，到了開學(xué)的時(shí)候，第一周到第三周完成開題報(bào)告和任務(wù)書，第四周到第六周，學(xué)習(xí)必要的軟硬件知識(shí)，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，第七周到第九周，完善設(shè)計(jì)方案，完成預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，第十周到第十二周系統(tǒng)定型、整理設(shè)計(jì)結(jié)果。第十三周到第十五周完成畢業(yè)設(shè)計(jì)、答辯。1.4參考文獻(xiàn)1張利飛、汪海勇.低噪聲功率放大器的仿真設(shè)計(jì)A.2009年全國(guó)微波毫米波會(huì)議

18、論文集（下冊(cè)）C.2009年2陳曉飛，沈軍等.高線性度CMOS射頻AB類功率放大器設(shè)計(jì)J.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī).20143延濤.高性能CMOS射頻功率器件及功率放大器研究與實(shí)現(xiàn)M.北京大學(xué).20074許永生.CMOS射頻器件建模及低噪聲放大器的設(shè)計(jì)研究D,華東師范大學(xué)2006年5胡柳林.800MHzCMOS低噪聲功率放大器設(shè)計(jì)與仿真D，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，20066金香菊.CMOS射頻C類低噪聲功率放大器研究與設(shè)計(jì)D.電子科技大學(xué),2007年7王振，喻志遠(yuǎn)，雍正平，雷毅.C波段低噪聲功率放大器的設(shè)計(jì)A，2009年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（下冊(cè)）C，2009年8李斐.寬帶射頻接收機(jī)前端低噪聲放大器設(shè)計(jì)D

19、，北京交通大學(xué)，2011年9黃曉華.低噪聲射頻功率放大器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化D，浙江大學(xué)，2010年10ZhuZhangming（朱樟明）,Liu lianxi（劉簾曦）.PWM CMOS class-D audio power amplificrD西安電子科技大學(xué) ,2009年 第二章 射頻功率放大器的理論基礎(chǔ) 本章介紹了射頻功率放大器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求，其中包括放大器的基礎(chǔ)性能參數(shù)、理論介紹、匹配網(wǎng)絡(luò)以及放大器的穩(wěn)定性和線性化。2.1放大器的基礎(chǔ)知識(shí) 放大器是能把輸入訊號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等各種裝置中。 2.1.

20、1放大器簡(jiǎn)介增加信號(hào)幅度或功率的裝置，它是自動(dòng)化技術(shù)工具中處理信號(hào)的重要元件。放大器的放大作用是用輸入信號(hào)控制能源來實(shí)現(xiàn)的，放大所需功耗由能源提供。對(duì)于線性放大器，輸出就是輸入信號(hào)的復(fù)現(xiàn)和增強(qiáng)。對(duì)于非線性放大器，輸出則與輸入信號(hào)成一定函數(shù)關(guān)系。放大器按所處理信號(hào)物理量分為機(jī)械放大器、機(jī)電放大器、電子放大器、液動(dòng)放大器和氣動(dòng)放大器等，其中用得最廣泛的是電子放大器。隨著射流技術(shù)（見射流元件）的推廣，液動(dòng)或氣動(dòng)放大器的應(yīng)用也逐漸增多。電子放大器又按所用有源器件分為真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應(yīng)用最廣。在自動(dòng)化儀表中晶體管放大器常用于信號(hào)的電壓放大和電流放大，

21、主要形式有單端放大和推挽放大。此外，還常用于阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉(zhuǎn)換、電荷-電壓轉(zhuǎn)換（如電荷放大器）以及利用放大器實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之間的一定函數(shù)關(guān)系（如運(yùn)算放大器）。 2.1.2放大器的作用及原理原理：高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器

22、或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出在 “低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)

23、諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。2.2功率放大器的性能參數(shù)功率放大器的性能指標(biāo)很多，有輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度、信噪比、輸出阻抗、阻尼系數(shù)等，其中以輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度三項(xiàng)指標(biāo)為主。2.2.1 輸出功率在設(shè)計(jì)功率放大器的過程中，其輸出功率使用的單位是dBm，它表示0dBm的參照功率1mW,這樣輸出功率放大器的表達(dá)式如下： P=10lgp/0.001w其中p用瓦特表示，1w=30dBm【注】功率放大器的輸出功率和功放的供電電壓、負(fù)載阻抗以及功放組態(tài)有關(guān)，主要有以下幾種方式: 1、最大不失真功率，一般以1000Hz的正弦波

24、為基準(zhǔn)，失真小于0.1%時(shí)的輸出功率。這個(gè)功率比較靠譜。（P=U2/2R) 2、最大峰值功率，該功率以最大輸出電壓最為依據(jù)，不考慮實(shí)際失真的最大功率，可以是最大不失真功率的2倍。(P=U2/R) 3、最大峰峰值功率，該功率以輸出電壓的峰峰值為依據(jù)，同樣不考慮失真是的最大功率，是最大不失真功率的4倍。（P=2U2/R）（括號(hào)里是以O(shè)CL功放為例，功率和電源電壓U、負(fù)載電阻R的關(guān)系公式表達(dá)式。）以上表達(dá)式的U均遠(yuǎn)大于10V，故不考慮輸出管的飽和壓降。(1) 額定輸出功率（RMS）額定輸出功率是指在一定的諧波失真指標(biāo)內(nèi)，功放輸出的最大功率。應(yīng)該注意，功放的的負(fù)載和諧波失真指標(biāo)不同，額定輸出功率也隨之

25、不同。通常規(guī)定的諧波失真指標(biāo)有1%和10%。由于輸出功率的大小與輸入信號(hào)有關(guān)，為了測(cè)量方便，一般采用連續(xù)正弦波作為測(cè)量信號(hào)來測(cè)量音響設(shè)備的輸出功率。通常測(cè)量時(shí)給功放輸入頻率為1000Hz的正弦信號(hào)，測(cè)出等阻負(fù)載電阻上的電壓有效值（V），此時(shí)功放的輸出功率（P）可表為P=V2/RL式中：RL為揚(yáng)聲器的阻抗這樣得到的輸出功率，實(shí)際上為平均功率。當(dāng)音量逐漸開大時(shí)，功放開始過載，波形削頂，諧波失真加大。諧波失真度為10%時(shí)的平均功率，稱為額定輸出功率，亦稱最大有用功率或不失真功率。 （2）最大輸出功率在上述情況下不考慮失真的大小，給功放輸入足夠大的信號(hào)，并將音量和音調(diào)電位器調(diào)到最大時(shí)，功放所能輸出的最

26、大功率稱為最大輸出功率。額定輸出功率和最大輸出功率是我國(guó)早期音響產(chǎn)品說明書上常用的兩種功率。通常最大輸出功率是額定功率的2倍。但是，在放音時(shí)卻有這樣的情況，兩臺(tái)最大有用功率及揚(yáng)聲器靈敏度都差不多的功放在試聽交響樂節(jié)目時(shí)，當(dāng)一段音樂從低潮過去以后突然來一突發(fā)性打擊樂器聲，可能一臺(tái)功放能在瞬間給出相當(dāng)大的功率，給人以力度感，另一臺(tái)功放卻顯得底氣不足。為了標(biāo)志功放這種瞬間的突發(fā)輸出功率的能力，除了測(cè)量上述的最大有用功率和最大輸出功率之外，有必要測(cè)量功放的音樂輸出功率和峰值輸出功率。才能全面地反映功放的輸出能力。2 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指功率放大器對(duì)聲頻信號(hào)各頻率分量的均勻放大能力。頻率響應(yīng)一般可分為幅

27、度頻率響應(yīng)和相位頻率響應(yīng)。幅度頻率響應(yīng)表征了功放的工作頻率范圍，以及在工作頻率范圍內(nèi)的幅度是否均勻和不均勻的程度。所謂工作頻率范圍是指幅度頻率響應(yīng)的輸出信號(hào)電平相對(duì)于1000Hz信號(hào)電平下降3dB處的上限頻率與下限頻率之間的頻率范圍。在工作頻率范圍內(nèi)，衡量頻率響應(yīng)曲線是否平坦，或者稱不均勻度一般用dB表示。例如某一功放的工作頻率范圍及其不均勻度表示為：20Hz-20kHz，+-1dB。相位頻率響應(yīng)是指功放輸出信號(hào)與原有信號(hào)中個(gè)頻率之間相互的相位關(guān)系，也就是說有沒有產(chǎn)生相位畸變。通常，相位畸變對(duì)功放來說并不很重要，這是因?yàn)槿硕鷮?duì)相位失真反應(yīng)不很靈敏的緣故。所以，一般功放所說的頻率響應(yīng)就是指幅度頻

28、率響應(yīng)。目前，一般功率放大器的工作頻率范圍為20Hz-20kHz。 3 失真失真是指重放的聲頻信號(hào)波形發(fā)生了不應(yīng)有的變化。失真有諧波失真、互調(diào)失真、交叉失真、削波失真、相位失真和瞬態(tài)失真等。(1） 諧波失真諧波失真是由功率放大器中的非線性元件引起的，這種非線性會(huì)使聲頻信號(hào)產(chǎn)生許多新的諧波成分。其失真大小是以輸出信號(hào)中所有諧波的有效值與基波電壓的有效值之比百分?jǐn)?shù)來表示。諧波失真度越小越好。諧波失真與頻率有關(guān)。通常在1000Hz附近，諧波失真量較小，在頻響的高、低端，諧波失真量較大。諧波失真還與功放的輸出功率有關(guān)，當(dāng)接近于額定最大輸出功率時(shí)，諧波失真急劇增大。目前，優(yōu)質(zhì)放大器在整個(gè)音頻范圍內(nèi)的總諧波失真一般小于0.1%；優(yōu)秀功放諧波失真值大多在0.03%-0.05%之間。(2） 互調(diào)失真當(dāng)功放同時(shí)輸入兩種或兩種以上頻率的信號(hào)時(shí)，由于放大器的非線性，在輸出端會(huì)產(chǎn)生各頻率以及諧頻之間的和頻和差頻信號(hào)。例如，200Hz信號(hào)和600Hz的信號(hào)和在一起，就產(chǎn)生400Hz（差信號(hào)）和800Hz（和信號(hào)）這兩個(gè)微弱的互調(diào)失真信號(hào)。由于互調(diào)信號(hào)與自然信號(hào)沒有相似之處，因此容易使人察覺，在比較小的互調(diào)失真度時(shí)就可以聽出來，令人生厭。因此，降低互調(diào)失真是提高音響音質(zhì)的關(guān)鍵之一。（3） 交