低频功率放大器的研究与设计

发布时间：2017-06-09 12:17

  本文关键词：低频功率放大器的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文要求在20-30℃的电路工作环境,5V的电源电压,200-3400Hz范围的工作频率条件下,设计了一款实用性较强的低频功率放大器。低频功率放大器是由两个电路结构、器件参数完全相同的放大电路构成的。单个放大电路是一个两级放大电路,包括偏置电路、差分输入、推挽输出和频率补偿四部分,该放大电路电压放大倍数为1,仅通过放大电流实现放大功率的目的。偏置电路部分由多路电流源结构构成,并设置了合适的MOS管参数,实现为放大器各个节点提供合适的偏置电流。差分输入部分采用的是共源共栅结构,经过测试验证,显示该电路可以提高信号质量,优化电路性能。推挽输出部分采用了两个对称的MOS管推挽输出,对电路的瞬态特性进行了仿真测试,结果显示该电路可输出完整的波形,有效地避免了波形的交越失真。为防止自激,在推挽输出部分还加入了RC频率补偿结构。单个放大电路的电路结构设计完成之后,将两个完全相同的放大电路采用桥式连接的方式连接起来,构成了低频功率放大器的总体结构。采用桥式连接的好处是可以提高最大输出功率。在电路的基本结构设计完成之后,采用了M3524 0.5μm工艺模型库,利用Cadence软件对电路的开环特性、闭环特性、最大输出功率、SNR、PSRR、CMRR等性能参数进行了仿真测试。根据仿真结果显示,单个放大电路的开环增益为106.89dB,闭环增益为零,相位裕度为83.731dB,整个低频功率放大器的共模抑制比为93.52dB,信噪比为94.69dB,总谐波失真为0.353%。仿真结果说明设计的此款低频功率放大器的性能满足预期目标。
【关键词】：低频功率放大器 偏置电路 差分输入 推挽输出
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-15
• 1.1 课题的研究价值和意义10
• 1.2 功率放大器的发展历史10-12
• 1.2.1 半导体的发展11
• 1.2.2 功率放大器的发展进程11-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 论文的主要工作和内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第2章 功率放大器的基本介绍15-24
• 2.1 功率放大器的工作原理15-16
• 2.2 功率放大器的分类16-23
• 2.2.1 根据工作频率高低分类16-17
• 2.2.2 根据功率管的偏置工作状态分类17-20
• 2.2.3 根据输出级与负载的连接方式分类20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 低频功率放大器的电路设计24-35
• 3.1 低频功率放大器的设计方法24-25
• 3.1.1 电路设计指标24
• 3.1.2 电路设计要求24
• 3.1.3 电路设计步骤24-25
• 3.2 单个放大器电路的基本结构25-31
• 3.2.1 多路电流源电路25-26
• 3.2.2 偏置电路结构26-27
• 3.2.3 差分输入结构27-28
• 3.2.4 推挽输出结构28
• 3.2.5 频率补偿结构28-30
• 3.2.6 负反馈结构30-31
• 3.3 单个放大器电路的整体结构31-33
• 3.4 功率放大器的总体电路结构33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 功率放大器参数仿真结果35-53
• 4.1 瞬态分析35-36
• 4.2 开环交流特性仿真36-42
• 4.2.1 开环增益36-38
• 4.2.2 增益带宽积38
• 4.2.3 相位裕度38-42
• 4.3 闭环交流特性仿真42-44
• 4.3.1 闭环增益42-43
• 4.3.2 -3dB带宽43-44
• 4.4 最大输出功率44-45
• 4.5 信噪比45-47
• 4.6 总谐波失真47-48
• 4.7 共模抑制比48-49
• 4.8 电源纹波抑制比49-51
• 4.9 输出阻抗51
• 4.10 输出失调电压51-52
• 4.11 本章小结52-53
• 第5章 总结与展望53-54
• 参考文献54-56
• 附录56-58
• 致谢58

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