高效率功放仿真设计

基于Proteus仿真的高频功率放大器设计及应用

高频功率放大器设计及应用摘要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。

本文介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用电子设计工具软件 Proteus对丙类功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。

关键词：高频功率放大器应用、功率放大器原理、高频功率放大器仿真设计1. 引言高频功率放大器是无线电发射机末端的重要部件 ,是评价通信系统性能的重要参数。

近年来 ,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现 ,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。

利用Proteus软件工具进行高频功率放大电路的设计 ,通过仿真结果对电路的特性进行分析 , 并逐步完善电路。

2. 高频功率放大器应用功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。

以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。

在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。

而用于家庭的hi－fi音乐欣赏，av系统放音，以及卡拉ok娱乐的功放，通常我们称为家用功放。

随着行动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝芽(Bluetooth)的普及化，高频电子设备已经成为生活中的必需品，而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。

由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升，使得高频电路的特性获得大幅的改善。

ⅧF宽带E类高效率功率放大器设计

体管来放大信号，然而在微波频段晶体管的杂散电容和电感破坏了Ｄ类功放的理想开关特性，使得电压或电
Ｂｒｏａｄｂａｎｄｃｌａｓｓ — — ＥｈｉｇｈｅｉｃｆｉｅｎｃｙｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｉｅｆｒｄｅｓｉｇｎｆｏｒＶＨＦ
ＳｈｅＧｕａｎｇｙｉ，ＦｕＳｏｎｇｙｕａｎ，ＸｉａｏＺａｎｌｉａｎｇ
ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＮｅｔｗｏｒｋ
Ⅷ Ｆ宽带Ｅ类高效率功率放大器设计
佘广益，付松源，萧赞亮（中国电子科技集团公司第七研究所，广东广州５１０３１０）
摘要：使用ＡＤＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎＳｙｓｔｅｍ）软件仿真设计了基于２８一ＶＭＯＳＦＥＴ器件的ＶＨＦ频
（ＳｅｖｅｎｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０３１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓＡＤＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎＳｙｓｔｅｍ）ｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ２８一ＶＭＯＳＦＥＴｄｅｖｉｃｅＶＨＦ

基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]

基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]0 引言随着无线通信技术的发展，无线通信设备的设计要求也越来越高，功率放大器作为发射机最重要的部分之一，它的性能好坏直接影响着整个通信系统的性能优劣，因此，无线系统需要设计性能良好的放大器。

通过采用EDA工具软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，以达到加速产品开发进程的目的。

本文仿真设计采用恩智浦半导体的LDMOS晶体管BLF6G27-10G，该晶体管工作频段在2500～2700 MHz之间，直流28V供电。

具有很好的线性度，它采用特殊工艺，具有良好的热稳定度。

同时使用EDA软件，利用负载牵引和源牵引相结合的方法进行设计，使其输出功率在频率为2.6GHz时达到6.5W。

1 功率放大器的相关设计理论对于任何功率放大器，它必须在工作频段内是稳定的，同时它应该具有最大的输出功率和最佳的输出效率，因为输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。

在功放的匹配网络设计中，需要选择合适的源阻抗和负载阻抗，而他们的选择和功率放大器的稳定性、输出功率、效率以及增益息息相关。

1.1 稳定准则稳定性是指放大器抑制环境的变化(如信号频率、稳定、源和负载等变化时)，维持正常工作特性的能力，一个微波管的绝对稳定条件是：在选定的晶体管的工作条件下若满足K>1，则此时放大器处在绝对稳定状态，若不满足此条件，则需进行稳定性匹配电路的设计。

1.2 功率增益放大器的功率增益(Power Gain)有几种不同的定义方式，在这里只介绍工作功率增益，这是设计时较为关心的量，它定义为负载吸收的功率与放大器的输入功率之比。

1.3 功率附加效率(PAE)功率附加效率是指射频输出功率和输入功率的差值与供给放大器的直流功率的比值，它既反映了直流功率转化为射频功率的能力，又反映了放大射频功率的能力。

1.4 1dB功率压缩点(P1dB)当晶体管的输入功率达到饱和状态时，其增益开始下降，或者称为压缩。

高效率F类功率放大器设计

高效率F类功率放大器设计作者：王程于洪喜来源：《现代电子技术》2014年第09期摘要： F类功率放大器是一种高效率的放大器，其理论效率可以达到100%，在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。

简要阐述了F类放大器的基本理论，并对其效率进行了分析。

设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器，仿真结果表明在工作频率1 GHz时，输出功率为38 dBm，功率附加效率为74%；输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。

关键词： F类功率放大器；高效率放大器；负载牵引法；无线通信中图分类号： TN722⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）09⁃0077⁃030 引言功率放大器作为无线通信系统中重要的前端器件，在移动通信、射频识别、雷达、电子对抗等很多领域都扮演着非常重要的角色。

射频功率放大器的损耗、效率、功率等都已经成为影响这些系统性能的关键问题。

随着无线通信系统的迅速发展，对“高效率”的需求日益增加。

由于功率放大器的效率将直接影响系统效率，因此，工作效率的提高，已经成为功率放大器研究的一个攻关难题。

F类功率放大器是非线性放大器的一种，也称为开关类功率放大器。

在F类工作模式分析中，通过谐波阻抗的峰化从而控制漏极的电压和电路的波形，最终得到效率的提高，理论效率可以达到100%。

而且由于F类功率放大器的易实现性，其得到了更加广泛的关注[1⁃4]。

1 F类功率放大器的基本理论线性放大器中，晶体管作为受控源。

晶体管的损耗造成了功率放大器主要的功率损耗。

而在非线性功率放大器中，晶体管作为一个开关，其工作状态是开或者是关，这样晶体管的电压和电流不存在交叠，晶体管管耗降低从而提高效率。

F类功放通过设计谐波网络来实现漏极电压和电流波形的控制，实现对漏极电压电流波形的整形。

从而实现漏极电流波形为半正弦波，漏极电压波形为方波。

而且在漏极电压和电流之间不存在叠加现象，这样理想的漏极效率可以达到100%。

高效率ClassF功率放大器的设计

本文为移动通信设计了一款基于 InGaP/GaAs HBT 的高效率 Class F 射频功率放大器。当电源电压为 5V，输出功率为 37dBm 时，此时放大器效率达到 68%。本文设计的输出匹配电路，明显改善了输出匹
（下转第 38 页）
http：//
2011·10·（总第 149 期） 31
2.Institute of RF-&OE IC, Southeast University, Nanjing 210096,China）
Abstract: A high efficiency class F RF PA （power amplifier）is realized in an InGaP/GaAs HBT（heterojunction bipolar transistor） process. The characteristics and principle of class F power amplifier is described at first, and the bias circuit, the matching network and harmonic suppression technique are focused in this paper. The measurement results exhibit that the efficiency of the PA is 68% with 37- dBm output power, when the supply voltage is 5V. Key Word: Class F; RF Power Amplifier; Harmonic Suppression; Impedance Matching
3. 2 输出匹配网络的设计

基于Multisim的音频功率放大器设计与仿真

信息工程学院课程设计报告书题目: 基于Multisimde 音频功率放大器设计与仿真课程：电子线路课程设计专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：2015 年 1 月 3 日信息工程学院课程设计任务书信息工程学院课程设计成绩评定表摘要TDA2030功率放大电路具有失真小、功率大、所需元件少、制作简单、效果良好等优点，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或MP4等小型功放再合适不过，本论文便是用TDA2030来制作音频功率放大器原件。

高效率的音频功率放大器不仅仅是在便携式设备中需要，在大功率的设备中也占有较大的比重。

随着人们居住条件的改善，高保真音响设备和高档的家庭影院也逐渐兴起。

音频功率放大器在这些设备中起到了很重要的作用。

关键字：TDA2030功率放大电路、音频功率放大器、高效率AbstractTDA2030 power amplifier circuit with small distortion, high power, which needs few components, simple fabrication, the advantages of good effect, can use it to make power computer amplifying part or MP4 small power is again appropriate however, this thesis is to make use of TDA2030 audio poweramplifier original. Audio power amplifier with high efficiency is not only the need in portable devices, also account for a large proportion in high power devices. With the development of people's living conditions improve, high fidelity audio equipment and high-end home theater also gradually on the rise. Audio poweramplifier plays a very important role in these devices.Keywords: TDA2030 power amplifier circuit, audio power amplifier, high efficiency目录1前言 (1)1.1音频放大器的发展 (1)1.2 音频放大器设计背景 (1)1.3 音频放大器设计意义 (1)2任务与条件 (3)2.1初始条件 (3)2.2要求完成的主要任务 (3)2.3设计方案 (3)3选择器件与参数运算 (4)3.1运放NE5532介绍 (4)3.2 TDA 2030介绍 (5)3.3功率计算 (6)4单元电路设计 (7)4.1主电源电路 (7)4.2调音电路 (7)4.3功率放大电路 (8)5电路设计仿真 (10)5.1仿真电路图 (10)5.2仿真结果 (10)总结 (12)参考文献 (13)1前言1.1音频放大器的发展上个世纪80 年代以前，输出功率仅几瓦的声频功率放大器都要采用分立元件来制作。

基于GaN的高效率功率放大器设计

生改变,如图 2 所示是 Doh
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y 电路的等效原理图,
载波放大器与峰值放大器分别等效为Vcarrier和VPeak两个
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移动通信基站中。但由于 Doh
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大器,因此不易被集成。本文尝试使用的新一代宽禁
带半导体材料 GaN,可以使得 Doh
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高效率Doherty放大器的设计与仿真

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★基金项目：安徽省教育厅自然科学基金重点项目（Ｊ０９５）Ｋ２０Ａ３
多种提高效率的方法中，Ｄｈｒｏｅｙ功率放大器（Ｐｓ相ｔＤＡ）
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２ｏ１１７．
比ＥｖｌｅＥｉｎｔｎ＆Ｒｓｒｔｎ（ＥｎｅｐｌａｏｏｍｉｉｅｔａｏＥＲ）包络分离和恢ｏｉ
达到了最大值，但未达到输出的最大功率。此时
大器输出的九／传输线引４起的相移。主功率放大器后面的九／４传输线则是阻抗变换，目的是在辅助功率放大器工
作时，起到将主功率放大器的视在阻抗减小的作用，保证
Байду номын сангаас
辅助功率放大器工作的时候和后面的电路组成的有源负载
阻抗变低，这样主放大器输出电流就变大。主功率放大器偏置在Ｂ类或者ＡＢ类模式，辅助功率放大器偏置在Ｃ类模式。
在理想的情况Ｆ电流源的阻抗被认为是无穷大的，，
复技术、ｎｅｐＴａｄｇＥ）Ｅｖｏｒｌ（Ｔ包络跟踪技术、ＩＣ（ｌｅｃｎＬＮ使用非线性元件的线『放大器）生技术，结构简单，而且其不需要任何自适应偏置控制电路，因此被认为最具有发展
范围内能够获得更高的效率。

高效率逆F类功率放大器设计

高效率逆F类功率放大器设计逆F类功率放大器是一种高效率的功率放大器，据统计，逆F类功率放大器的效率可以达到80%以上，因此受到广泛关注和应用。

在这篇文档中，我们将介绍逆F类功率放大器的基本原理、设计步骤和注意事项。

逆F类功率放大器原理逆F类功率放大器是一种分级输出的功率放大器，其输出级的输出管VCE一般是接在负载上，输出管的CO-C1-C2组成的谐振回路称为谐振限值。

当输入信号幅度较小时，输出管工作于开启状态，在其VCE上形成几乎相等的反向电压，此时谐振回路中谐振电容C1和C2的反向电势相等，处于同相位。

随着输入信号幅度的增大，输出管的开启时间逐渐缩小，输出管的VCE上的反向电压变小，谐振电容C1和C2 的反向电势逐渐失去同相位，开始对负载产生正向电势，输出管的NF变大，电势随之增加。

当输入信号最大幅度达到时，输出管的开启时间很小（一般小于180度），此时VCE上的反向电压接近零，谐振电容C1和C2的反向电势相等，处于反相位。

因此，输出管的NF达到最大值，最大工作状态下输出管的CO-C1-C2组成了开路谐振回路。

逆F类功率放大器设计步骤逆F类功率放大器设计步骤如下：步骤一：确定基础参考点通常情况下，在逆F类功率放大器的设计中，需要先确定基础参考点，以便在后续设设计过程中方便参考。

基础参考点的选取一般考虑到芯片的集成度，以及在后续的设计过程中使用方便等因素。

步骤二：选取放大器管、负载及发射器根据设计需求，在此步骤中需要选取合适的功率管、负载和发射器。

功率管的选取需要考虑到其承受功率和频率带宽等因素，负载的选取要考虑到其工作频率和阻抗匹配等因素，发射器的选取需要考虑到其带宽、噪声系数和线性度等因素。

步骤三：计算谐振电容在第二步选取相应的负载和发射管之后，需要计算出谐振电容值，以满足放大器在设计频率下的谐振情况。

谐振电容的计算可以参考公式：C1 = 1 / (2 * π * f * (L1 + L2 - k * M))C2 = 1 / (2 * π * f * (L2 + L3 - k * M))其中，f为设计频率，L1、L2和L3分别为负载、共振腔和发射器的电感值，M为彼此之间的互感值，k为金属芯片内共振腔长度的占比。

基于单片机及FPGA的高效率、低失真D类功放设计

３．６Ｈ．片机主频选用８ＭＨ，／９０１ｋｚ单ｚＡＤ转换
结果保留１０位，得单片机定时器中断时间常数求
为：ＢＣ０＝１ＴＣＲ４０＝８ＭＨ／９０１ｋｚｚ３．６Ｈ
每次中断读ＡＤ转换结果，／并将高１数Ｏ位据通过ＰＯ送入ＦＧ启动下次ＡＤ转换，回ＩＰＡ，／返
ＦＧＰＡ编程将幅度变化的信号转换为脉宽可调的两路互补的ＰＷＭ信号，采用两路互补的ＰＷＭ信号作用之一是精确地控制了功率放大电路的死区
时间＿，得场效管的开关时间效果更好，证６使］保
正弦波
ＰＷＭ波
锯齿波
了高效率；作用之二是大大减小纹波系数，失真度
第２９卷
第５期
吉林化工学院学报
ＪＵＮＦＪＮＴＴＴＦＣＭＩＡＣＮＯＯＹＯＲＡＬＯＩＩＳＩＵＥＯＨＥＣＬＴＨＬＧＨＮＥ
Ｖ０．９Ｎｏ５１２．Ｍ钾．２２０１
ＣＢＣｎｇｒｂｅＬｇｌｋ、出输入模块ＩＢＬ（ｏｆｕａｌｏｉＢｏ）输ｉｃｃＯ
图３单片机与ＦＧＰＡ结合产生ＰＷＭ载波
（ｎｕｕｐｔｌｃ）内部连线（ｎｅｏｎｃ）ＩｐｔｔｕＢｏｋ和ＯＩｔｃｎｅｔ三ｒ个部分．场可编程门阵列（ＰＡ）可编程器现ＦＧ是
生的锯齿波通过比较器，成脉宽可调的Ｐ合ＷＭ

高效率音频功率放大器的设计

高效率音频功率放大器的设计作者：谭本军来源：《消费电子·理论版》2013年第07期摘要：本文是基于高效率的音频功率放大器出发，从功放类型的选择，D类功放的构成、PWM调制原理及具体电路的设计等多方面进行了具体的设计分析，并具体制作，设计调试效果理想，是一款很理想的音频功率放大器。

关键词：高效率；音频；功率放大器；PWM调制中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01一、引言音频功率放大器是指用于向扬声器提供功率的放大电路，是多级放大电路的最后一级。

要求具有较高的输出功率和较大的输出动态范围，衡量其性能好坏的主要指标有频率特性、时间特性、信号噪声比、最大输出动态范围、最大功率和效率，其中最大输出功率和效率主要由功率放大器实现。

传统的功率放大器主要有A（甲）类、B（乙）类、AB（甲乙）类和C（丙）类，一般的小信号放大都是甲类功放，其能量转换效率很低，理论效率最高才25%；乙类功放理想效率高达78.5%，但实际电路都要略加一点偏置，构成甲乙类，实际效率仅为50%左右；C类功放一般用在高频发射电路中，虽然效率可以更高，但电路复杂、音质更差，音频放大中一般都不采用。

在汽车功放、笔记本电脑、手机等小型便携式音响设备的音频系统和专业超大功率功放场合，以上类型的功放因效率偏低不能令人满意。

D（丁）类音频功率放大器是受高频脉宽调制（PWM）脉冲信号的控制，使其工作在开关状态，其理论效率为100%，实际可达80%～95%；其不足之处是易产生高频干扰及噪声，本文通过精心设计低通滤波器及合理选择元件参数，其音质效果完全能与A类线性功率放大器相比拟。

二、D类功放的构成本文设计的D类功放由放大与增益控制电路、三角波发生器、比较器、开关放大电路和低通滤波器构成。

输入的音频信号先经增益可变的放大器放大，并变换成大小相同、相位相反的差分信号。

这两路信号分别与三角波发生器产生的三角波进行比较，比较器输出频率与三角波相同，但占空比与音频幅度对应的脉冲信号、音频信号的幅度与脉冲波的占空比成比例。

低电压下高效音频功率放大器的仿真与分析

图３自举ＯＬ放大电路Ｃ
ＲＬ
８０
２２自举ＯＬ电路的基本原理．Ｃ
忽略，时的尸一及，明显降低．此０７２）负载较小时功放级的电压增益小于１．
ＯＬ电路的实质是两个轮流导电的射极输出Ｃ
综上所述，ＯＬ电路中要想减小非线性在Ｃ失真，要限制输出电压的幅度，要限制激励就即
信号的幅度；时，Ｃ此ＯＬ电路的实际最大不失真输出功率和效率明显低于理论分析值．１影响输出功率和效率的因素－２
效率和非线性失真系数¨ 分别为咯／。７．２、８％５
和０实际应用中，．由于受三极管㈨、线性非及负载等因素的影响，实际最大不失真输出功其率和集电极最高效率应该均低于上述理想情况
１Ｖ后，波输出电压。几乎不再增大，．０基即有用输出功率几乎不再增大． ③ 实际效率远低于
理论分析值．④ 随激励信号幅度增大，线性失非
真系数增大．当＞０Ｖ时，Ｈ．８ＴＤ上升明显．
自举电路的本质是一种特殊形式的正反馈．其工作原理是利用电容两端电压瞬间不能突变的特点来改变电路中某一点的瞬时电位，即利用电容一端电位的提高来控制另一端电位．图３示双自举ＯＬ电路中，、组成所Ｃｃ、飓Ｖ自举电路，、、组成Ｖ自举电路．Ｔ的Ｒ、：隔离电阻，作用是防止输出信号通过Ｒ为其

高效音频功率放大器的设计_毕业设计

高效音频功率放大器的设计
摘要
本次设计的音频功率放大器采用D类功率放大器形式，用音频信号的幅度去线性调制高频脉宽的宽度，然后通过LC低通滤波器后输出音频信号。再通过差动式的减法电路构成信号变化电路，将双端输出变为单端输出，最后通过真有效值转换芯片和单片机完成功率的测量。该电路性能良好、效率高、成本较低。
近几年来，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了各领域的特别关注。在不久的将来，D类功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。
第2章设计要求和
二、方案二——B类功率放大器
B类放大器也称为乙类放大器，其功率器件导通时间只有半个周期。在没有信号输入时，功率损失为零。与A类不同，B类放大器的电源供给功率和管耗都会随着输出功率的大小而改变，也改善了A类放大器放大效率低的状况，在理想情况下，理想的效率值为78.5%，因为产生的热量比A类低，可以使用较小的散热器。
关键词：音频功放；D类功率放大器；真有效值转换；单片机
ABSTRACT
This design using the audio power amplifier power amplifier form, of D with audio signal amplitude modulation high-frequency pulse width to linear width, and then through the LC lowpass filter output audio signal after. Again the subtraction circuit by differential circuit, a signal changes will double the output into the ocl output, finally the true RMS conversion chips and single-chip commputer completes power measurement. This circuit has good performance, high efficiency and low cost.

D类高效率音频功率放大器设计[设计+开题+综述]

开题报告电气工程与自动化D类高效率音频功率放大器设计一、选题的背景与意义随着微电子制造技术的不断发展，电子产品正向着薄型化、便携式迅速发展，人们对音频功放的要求更加趋向于高效、节能和小型化。

因为移动设备受电池容量、散热、体积的限制，对音频功放要求高效、节能、发热少、体积小、便于集成。

普通功放电路复杂，体积较大；而且效率较低，输出功率不可能做的很大。

而D类功放工作于开关状态，理论效率可达100%，实际运用时也可达到较高的效率。

功率器件的耗散功率小，产生热量少，可大大减小散热器的尺寸；功率MOS管有自保护电路，可大大简化保护电路，而且不会引人非线性失真；这样就可以极大地降低能源损耗，降低放大器的体积。

所以D类音频功放越来越受到人们的重视，正越来越多地被用在移动电话、PDA及其他类似便携式应用中，以取代AB类放大器。

由于D类音频功率放大器具有更高的效率，这使得采用D类音频功率放大器可延长电池供电中断产品的工作时间，并产生更少的热量，从而解决设备的散热问题。

近年来国际上加进了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，这一技术一问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子、商业界的特别关注。

不久的将来，D类音频功率放大器必将取代传统的模拟音频功率放大器。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：研究的基本内容：1、话筒。

主要用于将声音信号转化为电信号，以便后续装置处理。

2、前置放大模块。

由话筒输入的信号一般都比较微小，为了能够与三角波进行比较，必须对信号进行放大，拟采用运放对输入信号进行放大。

3、带通滤波模块。

输入的音频信号难免会有干扰，为了去除干扰，需要对音频信号进行滤波。

本设计采用有源滤波器滤除低频和高频干扰，实现对输入输出的隔离。

4、三角波产生模块。

系统需要使用三角波作为载波，对音频信号进行调制，根据奈奎斯特采样定理，产生的三角波的频率至少为基波最高频率的2倍，为了后级滤波的方便，载波的频率应尽可能大。

基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计

基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【摘要】设计一款工作于0.8 GHz~3.0 GHz的宽带功率放大器,有源器件采用Cree公司提供的CGH40010F GaN HEMT晶体管.利用ADS软件对功率管的大信号模型进行负载牵引,进而获得可以实现高效率最佳的负载阻抗和源阻抗,通过使用渐变式阻抗匹配的方法有效地拓展了功率放大器的带宽,并且保持了较高的效率.通过仿真最终对加工出来的实物分别进行小信号与大信号测试,实测结果表明,在0.8 GHz~3.0 GHz的频率范围内,相对带宽达到116%,小信号S21的实测值为14 dB~18 dB,大信号输出功率为40.15 dBm~42.25 dBm,漏极效率为50.0%~66.3%,增益为9.15 dB~11.25 dB,仿真与实测结果基本一致.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】4页(P1-4)【关键词】宽带;功率放大器;高效率;GaNHEMT晶体管【作者】程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【作者单位】杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TN454近些年来，无线通信收发系统朝着低能耗、高效率、高输出功率和宽频带的方向飞速发展[1-3].为了缓解目前频谱资源日益紧张的现状，现代通信和军事电子系统采用的频段普遍都比较高，带宽很宽.因此，运用于此方面的相应射频功率放大器为宽频带功率放大器.这同时也触发了人们对于高输出功率、高效率的宽带功率放大器的需求[4-6].同时，功率放大器作为收发系统中最重要也是最耗能的组成模块之一，它对于减小收发系统能耗起着至关重要的作用[7-9].因此,在通信系统中，提高功率放大器的工作带宽和效率以及输出功率成为了人们不懈追求的热门方向.如果一个功放可以工作于不同频带，就可以应用于不同的收发系统，这将在通信成本上减少一笔巨大的研发投资.例如，在最新的4G通信标准中，一个可以覆盖中国联通、中国电信和中国移动三大运营商频段的功率放大器将具有巨大的商业价值.本文采用Cree公司提供的功率晶体管CGH40010F，利用ADS对晶体管进行阻抗扫描进而获得可以实现高效率的最优负载阻抗与源阻抗，通过阻抗渐变式匹配进行电路设计，并通过仿真和优化实现了比较理想的性能.本文设计中的晶体管采用的是Cree公司提供的CGH40010F，将晶体管的大信号模型导入高频仿真软件ADS中，栅极偏置设为-2.7 V,漏级偏置设为28 V，输入功率固定为29 dBm.利用软件自带的负载牵引系统对晶体管进行阻抗扫描，从而获得最优的负载阻抗与源阻抗.因为所使用的晶体管为封装管，所以晶体管的最优源阻抗与负载阻抗会随着频率在不断变化.在0.8 GHz～3.0 GHz范围内测得的阻抗如图1所示，为2条随着频率变化的曲线，仿真所得的特定频点下的最优源和负载阻抗以及相较于50 Ω的归一化阻抗如表1所示.功率放大器的性能取决于匹配电路的设计，因此，匹配电路是功率放大器设计的核心.对于宽带匹配而言常用的匹配方式包括分布式、负反馈、平衡式、达林顿结构、阻抗渐变和多枝节匹配等.每种结构都有自己相应的特点和适用的要求，所以在设计时要采用适当的方法实现宽带匹配，就多枝节和渐变式匹配而言，其拓展带宽的原理大致相同，都是通过压低匹配电路的节点品质因数Q，从而达到拓展带宽的目的.但是，多枝节匹配存在一些问题，各枝节的电磁耦合往往比较严重，同时还会增加电路的版图面积，因此相较于渐变式匹配，其存在的一些缺点往往是不可忽视的.渐变式阻抗匹配是将多节微带线进行串联，通过不断优化匹配路径，降低匹配电路的节点品质因数，实现宽带匹配.匹配电路原理图如图2所示，匹配路径图如图3所示，假如要实现的频带为(f1,f2)，将阻抗由Term1端口匹配到Term2端口,匹配路径有路径一或路径二，两条匹配路径如图2所示.则Q=0.5(f1+f2)/(f1-f2)，Q值曲线如图3所示，如果要实现前述要求，频带宽度为f2-f1.则至少要求匹配路径在Q值曲线以内，因此，选用路径一将不能实现上述要求，而路径二却可以很好的在所要求的带宽内实现匹配.因此，渐变式阻抗匹配可以很好地解决宽带匹配问题.利用仿真软件测出晶体管的最优负载阻抗和源阻抗，因为阻抗匹配只能匹配单点，因此对于0.8 GHz～3.0 GHz的频率范围内，匹配频点的选择也尤为重要.为了兼顾整个频段，选择接近中心频点2 GHz，分别对输入输出端进行匹配，采用渐变式阻抗匹配最终实现整体拓扑结构如图4所示.将仿真好之后的电路版图进行投板加工，对实物分别进行了小信号与大信号的测试.小信号的测试结果如图5所示，实测的结果与仿真结果基本上是一致的，小信号增益S21维持在14 dB以上，其中S11与S22实测的效果要比仿真还要好，S11基本都在-5 dB以下，S22基本在-10 dB以下，在如此宽的频带上维持这样一个效果，说明了匹配电路设计的合理性，这也同样证实了前面提到的渐变式阻抗匹配的可行性.大信号测试如下图6所示，实测的输出功率在40.00 dBm～42.25 dBm,漏极效率在50.0%～66.3%、增益在9.15 dB～11.25 dB，在整个频段内仿真与实际测试达到了基本一致效果.其中在低频段0.8 GHz～1.6 GHz漏级效率相对比较低，都在60%以下，虽然此时输出功率高于高频段，但是效率却降低，是因为此时直流损耗更大，因此只有在保证输出功率的同时，减小直流损耗，才能有效地提高效率.本文采用CGH40010F晶体管设计了一款功率放大器，采用了阻抗渐变式匹配.在0.8 GHz～3.0 GHz的频带范围内分别进行了大信号与小信号的测试，测试结果表明，在整个频带内，输出功率维持在10 W以上，漏极效率在50%以上.由此可以进一步看出阻抗渐变式匹配在宽带匹配中的效果，维持功率放大器高性能的同时有效地拓展了带宽.当然，本设计还有进一步改进的空间，可以将谐波控制的思想加入到输入输出匹配网络中，将功率放大器的效率和输出功率等性能进一步提升.【相关文献】[1] Abdrahman B M, Ahmed H N, Gouda M E. Design of a 10W, highly linear, ultra wideband power amplifier based on GaN HEMT[C]//Engineering and Technology (ICET),2012 International Conference on.IEEE,2012:1-5.[2] Ding X, He S, You F, et al. 2-4 GHz wideband power amplifier with ultra-flat gain and high PAE[J]. Electronics Letters,2013,49(5):326-327.[3] Ma L, Zhou J, Yu Z. Design of a class-F power amplifier with expandingbandwidth[C]//2015 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC). IEEE,2015,1:1-3.[4] Kang T, Park Y. Expanding bandwidth of class-F power amplifier with harmonic structures[C]//2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC).IEEE,2013:748-750.[5] Tuffy N, Guan L, Zhu A, et al. A simplified broadband design methodology for linearized high-efficiency continuous class-F power amplifiers[J]. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,2012,60(6):1952-1963.[6] Aridas N K, Yarman B S, Chacko P. Wideband power amplifier for two-way radio applications via real-frequency technique[J]. Electronics Letters,2014,50(23):1762-1764. [7] Cripps C. RF Power Amplifiers for Wireless Communication[M]. Norwood, MA: Artech House,2006:285-334.[8] Du X, Shao Z, You C, et al. A new method of designing high efficiency and widebandpower amplifier[C]//Communication Problem-Solving (ICCP),2014 IEEE International Conference on. IEEE,2014:638-641.。

基于ADS的高效率功率放大器设计与仿真-兰辉-电子工程学院

基于ADS的高效率功率放大器设计与仿真兰辉（电子科技大学集成电路与系统四川成都611731）【摘要】在无线通信系统设计中，功率放大器的效率和线性度影响整个系统的性能。

本文对Doherty技术原理进行了介绍，利用ADS2009设计3.4G-3.6G的高效率线性功率放大器，采用Cree公司的CGH35060功放模型搭建doherty 末级功放，驱动功放采用Nitronex公司的NPTB00004晶体管。

同时对电路进行仿真及优化。

关键词高效率；doherty ；功率放大器1引言随着3G、4G时代的来临,为了提高数据传输速率和频谱利用率，现代移动通信多采用了线性调制方式和多载波技术，导致信号的峰均比越来越高，系统效率低下，系统的耗能问题受到越来越多的重视。

射频功率放大器作为最重要的耗能元件,在整个无线通信系统中的耗能占了很大比重,追求更高的功放效率已经成了设备制造商们的重要目标。

Doherty技术同其他技术相比,有着结构简单、成本低廉、对系统线性度影响相对较小并且极其适用于高峰均比的现代无线信号高效率传输的优点,因此已经成为现代无线通信放大器设计中最有商用前景的技术。

利用ADS的晶体管模型，可以极大的节约设计与调试时间。

2.高效线性功率放大器设计要求射频输出频率：3.4GHz-3.6GHz。

输入信号为PAR信号，平均输入功率15d B m，PAR=6.5dB，平均输出功率不小于40dBm。

效率大于41%@Pout=41dBm。

ACLR经过预失真处理后优于-45dBc。

本次设计采用两级放大器级联结构。

驱动功放采用Nitronex公司的NPTB00004晶体管，平均输出5W，末级功放采用Doherty结构，使用Cree公司的CGH35060功放模型搭建。

3.高效线性功放设计理论3．1 Doherty原理Doherty结构由2个功放组成：一个主功放，一个峰值功放，主功放工作在AB类，辅助功放工作在C类。

主功放一直工作，峰值功放到设定的峰值才工作。

高保真音频功率放大器的仿真设计

电子技术课程设计报告——高保真音频功率放大器的仿真设计一、用途供家庭音乐中心装置中作主放大器用二、主要技术指标及要求1、正弦波不失真功率：大于5W，在频率1KH Z、负载电阻8Ω、示波器观察不出明显失真的条件下考核，相当于输出电压有效值6.325V。

2、电源消耗功率：不大于10W，在上述输出功率条件下考核。

3、输入信号幅度：当输出功率为5W时，要求输入电压的有效值在200mV到400mV之间。

在频率1KH Z，负载电阻8Ω条件下考核，相当于电压放大倍数30倍到15倍之间。

4、输入电阻：大于10KΩ，在频率1KH Z的条件下考核。

5、频率响应：50H Z到1KH Z。

在功率5W，负载电阻8Ω的条件下考核，并要求在频率响应范围内的所有频率点上，放大器都输出5W的功率而观察不到明显的失真。

6、温度稳定性：维持5W输出半小时，电源消耗功率应保持在10W以内。

7、放大器应该稳定可靠地工作，在测试时或当输入线、输出线、电源线移动时放大器不产生寄生振荡。

三、元器件选择范围1、二极管2CP12以及以下各种三极管或稳压管改作二极管用。

2、稳压管2CW1、2CW5、2CW11、2DW73、三极管9013,3DX201（β>80）,3DG8(β>50), 3DG130(β>80),3CG23(500Mv,β≈50)，3AD30(β>50)，2Z730C(fβ>5KH Z,β>50), 3DD15(β>60)，D73-50(β>50).4、场效应管3DJ6F5、运算放大器μA7416、电介电容器2200μf/25V，470μf/16V，100μf/25V，100μf/15V，10μf/15V。

7、金属膜电容器0.47μf，0.1μf，0.047μf，0.01μf8、云母电容器470Pf，200Pf，100Pf8、瓷解电容器4700pf，2200pf，1000pf9、电位器470Ω，4.7KΩ，10KΩ，47KΩ，100KΩ，470KΩ。