功率放大器

• 前馈技术的特点是电路中不存在反馈回 路，具有良好的稳定性（优点），但依赖 于信号幅度和相位的精确匹配，需要延迟 线来达到相位的匹配，因此会引入损耗并 且不易集成，对相加器的要求很高（缺 点），往往只能用低损耗的无源器件。
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2、反馈 负反馈电路对非线性失 真具有自动调节作用。 例如，若基本放大器的 非线性失真使其输出信 号产生正半周幅度大、 负半周幅度小的失真波 形，则通过反馈网络的 反馈信号也是失真的， 它与输入正弦信号相减， 得到的基本放大器净输 入信号将是正半周幅度 小、负半周幅度大的失 真波形，从而阻止了输 出信号正半周幅度变大 和负半周幅度变小的趋 势，因此在保持输出信 号幅度相同的条件下， 它的波形更接近于正弦 波，减小了非线性失真。
• 4、LINC(Linear
amplification with Nonlinear Components) • 这种技术的原理是：一个非 恒包络信号可以分解为两个 恒包络信号之和，把两个恒 包络信号分别采用非线性功 率放大器进行放大后再合成 一个非恒包络信号。 • 这种方法的难点在于：两路 信号必须具有良好的匹配， 相加器必须提供足够的隔离 度和尽可能小的损耗，同时， 两个调相信号的产生也具有 相当大的难度。
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• 在功率放大器的设计中，通常采用 Load-Pull 方 法来设计所需要的输出负载。具体方法是：采用 两个可调的测试设备分别接在待测器件的输入和 输出端。其中接输入的可调源的作用是推动待测 电路的功率增益，因此输入匹配首先被固定在接 近最佳匹配点上。通过改变输出可调设备的负 载，得到相应的输出功率和功率增益。在 Smith 原图上将相同的功率增益对应的负载点连起来得 到等增益圆。对设计者来说，更关心的是 1dB 和 2dB 等增益圆，因为它能最接近地反映待测电路 能够提供的最大功率增益和最大功率输出。
AB 类功率放大器
B 类功率放大器，假设晶体管工作在理想状态，即 有信号时导通，无信号时截止，没有偏置电流。 但实际上晶体管在工作时，导通和截止特性不可 能是理想的，所以 B 类功率放大器经常出现交越 失真，即在负载上合成的电流波形的正负半周不 能相互衔接。为了避免交越失真的出现，通常给 晶体管加上一个小的偏置电流，这样就构成了 AB 类功率放大器。正如其名称所示，AB类功率放大 器的线性和效率介于 A 类和 B 类功率放大器之间。 AB 类功率放大器兼源自文库了线性度和效率，是实际应 用比较多的一类功率放大器。
功率放大器的分类
• 功率放大器分为线性放大器和非线性放大器
• A 类放大器是线性放大器，在整个工作周期里,功 率管都是导通的，它的线性度最好，但是功率管 自身消耗的功率也最多，因此功率转换效率最差。 由此演变出 AB 类、B 类和 C 类放大器，这些类 型放大器的共同特点是功率管在整个工作周期内 并不是一直导通，降低了管子本身的消耗功率， 提高了功率转换效率，但是线性度也受到影响。 此外，还有工作在开关状态的功率放大器如 D 类、 E 类等.
线性分析
• 基本的线性化技术原理方法是以输入信号 包络的振幅和相位作为参考，与输出信号 比较，进而产生适当的矫正。以下是几种 线性化技术。
提高线性化方法
• 1、前馈 (Feedforward)： 非线性失真后的 信号可以看作一 个线性信号与一 个误差(error)信 号之和，前馈技 术将这一误差信 号从放大后的信 号中取出来并去 除。
A 类功率放大器
A类放大器特点
• 电路的工作原理为：通过选择合适的偏置 条件，让 MOS 管工作在饱和区（对于双极 性晶体管，应该工作在线性区）。输入信 号在一定的范围内，输出信号被线性放大。 A 类功率放大器属于线性功率放大器，在一 个信号周期内，晶体管的导通角度为 360 度，输出信号是输入信号的线性复制。在 所有种类的功率放大器中，其线性度是最 高的。A类功率放大器的一个特点是其效率 较低。效率最高能达到50%。
5、包络消除与再生 一个非恒包络信号可以分解为一个低频的包 络信号和一个高频的恒包络信号，这样可 以使用一个高效率的非线性放大器去放大 高频恒包络信号，这个放大器的增益由包 络信号线性控制(调制)，包络信号则由一个 低频放大器放大(不需要大功率)。
• 包络消除
• 包络再生
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• 负反馈方法存在的问题是： • 反馈回路的引入降低了高频环路增益，同 时存在严重的稳定性问题，因此希望环路 在低频工作，这样环路中将包含变频电路； 环路的高频通路引入了可观的相移，因此 需要在解调时进行补偿，相移的控制是一 个难点。
• 3、预失真 (Predistortion) • 预失真又分为模拟 预失真和数字预失 真。现在很多电路 都采用这种技术， 特别是数字预失真 得到了 • 很多应用。但电路 的规模和复杂程度 大大增加，并且由 于功率放大器还存 在一定的记忆效应， 导致 • 了预失真电路或算 法也变得非常复杂。
PA DESIGN
功率放大器介绍
• 射频功率放大器的主要功能是放大射频信 号，并且以高效率输出大功率为目的。它 主要应用于各种无线电发射机中。射频功 率放大器的输出功率范围，可以小到便携 式发射机的毫瓦级 ，大到无线电广播电台 的几十千瓦，甚至兆瓦级。射频信号的功 率放大，其实质是在输入射频信号的控制 下将电源功率转换成高频功率，因此除要 求射频功率放大器产生符合要求的高频功 率外，还应要求具有尽可能高的转换效率。
稳定性分析
• 放大器的稳定性分为：绝对稳定和有条件 稳定。 • 绝对稳定：信号源与负载可以任选。 • 有条件稳定：信号源和负载有条件选取。 • 理想的情况下S12=0，但是，S21也会影响 其稳定性，同样系数下，S12、S21越大， 反馈功率越强。
1 | S11 | | S 22 | | S11S 22 S12 S 21 | K 2 | S12 S 21 |
B类功率放大器
B类功率放大器特点
• B 类功率放大器一般做成推挽结构。通过选 择合适的偏置条件，在一个信号周期内， 两个晶体管分别在信号的正半周和负半周 导通，在导通的半周内，输出电流为半个 正弦波，两个半波在负载上合成为一个正 弦波。B 类功率放大器仍然是线性功率放大 器，但其线性度比 A 类的要差。B 类功率 放大器中晶体管的导通角度为 180 度，只 有 A 类功率放大器的一半，并且没有信号 时无静态功耗，所以其效率要比 A 类功率 放大器高。效率为78.5%。
放大器的技术指标
• • • • • • • • • 增益及增益平坦度（dB） 工作频率和带宽（Hz） 输出功率（dBm、mW） 直流输入功率（Ampere） S 网络参数（dB） 输入输出反射系数（dB） 稳定因子K 噪声系数（dB） 功率附加效率 PAE：（输出功率-输入功率)/直流 输入功率
Load-Pull 的设计方法介绍
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| S11S22 S21S12 |
上式为放大器稳定公式，K>1，无条件稳定，K<1,有条件 稳定。 同时，为了不产生震荡，要对输入和输出的阻抗值加以控 制，避开不稳定区域，或使用负反馈来改变其S参数，使 其绝对稳定，但是对输入端进行阻抗变换会影响其噪声性 能，一般都是在输出段进行阻抗调整。