射频电路设计技术第八章概要.ppt

单向转换增益的表达式可分解为三个因子的乘积： 等增益圆簇必须与稳定圆簇联合使用，因为： 当K1时，高增益圆簇可能部分或者全部落入不稳定区域内； 当K1时，最大增益点将位于不稳定区域之内。由于存在不稳定性，所以不得不接受无法达到最大转换增益的现实。 当K1时，能够安全地获得最大增益，通常称之为最大稳定增益（MSG），MSG定义为： 第8章 功率放大器 8.1 前 言 随着放大器件的资用增益提高，不同功能的电路更加紧密地集成在一起，形成了典型的集成电路设计。 在微波低频段电路的设计中，将越来越多地使用有源匹配和直流耦合技术，因为采用这些技术能实现高封装密度。 功率放大器设计技术中低噪声系数、高输出功率和低直流功耗是最关心的性能。 在毫米波频段晶体管增益受到限制，短截线匹配和阻抗变换器等传统的匹配技术仍将继续发展。 本章描述了用于设计射频功率放大器的最重要的技术，简要地回顾了S参数、双端口稳定性、单向转换增益的理论及分析方法。在介绍各种各样的射频功率放大器拓扑结构之前，首先介绍了功率放大器的分类设计。 8.2 功率放大器的分类 功率放大器的最重要的指标是输出功率与效率。由此出发，可将功率放大器分为A类、B类、C类、D类、E类和F类放大器。 ① 如果按照信号一周期内晶体管的导通情况分，即按晶体管的导通角大小，功率放大器可分为A类、B类、C类放大器。 在信号的一周期内管子均导通，导通角（在信号周期一周内，导通角度的一半定义为导通角），称为A类放大器； 一周期内只有一半导通的称为B类，即； 导通时间小于一半周期的称为C类，此时。 ② 如果按照晶体管的等效电路分类，则A、B、C三类放大器是属于同一类，它们的特点是：输入均为正弦波，晶体管都等效为一个受控电流源。而D、E、F三类属于另一类功率放大器，它们的特点是：输入是矩形波，晶体管被等效为受输入信号控制的开关，它们的导通角都近似为，都是属于高效率的非线性功率放大器。 8.3 功率放大器的分析 8.3.1 功率放大器的特点及主要研究对象 (1)对电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益、输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。 (2)功率放大电路则不同，它主要要求获得一定量的不失真（或失真较小）的输出功率，通常是在大信号状态下工作。 1．输出功率尽可能大 为了获得大的输出功率，要求功放管的电压与电流都有足够大的输出幅度，因此，往往要求其在接近极限运用状态下工作。 2．高效率 由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率与电源供给的直流功率之比。这个比值越大，意味着效率越高。 3．非线性失真要小 功率放大电路是在大信号条件下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重。 4．双极型晶体管的散热问题 在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电极上，使结间温度和管壳温度都升高。 8.3.2 提高功率放大器效率的主要途径 在甲类放大电路中，电源始终不断地输送功率： ① 在没有输入信号时，这些功率全部消耗在晶体管和电阻上，并以热量的形式耗散出去。 ② 当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输出功率，信号越大，输送给负载的功率越多。 甲类放大电路的效率最高只能达到50%。 甲乙类放大和乙类放大，虽然减小了静态功耗，提高了效率，但都出现了严重的波形失真。 因此，既要保持静态时管耗小，又要使失真不太严重，这就需要在电路结构上采取措施，加以改进，以便达到预期的效果及功效。 8.4 功 率 器 件 8.4.1 双极型晶体管 通常双极型晶体管有一个大面积的集电结，为了使散热达到理想情况，双极型晶体管的集电极衬底应与其金属外壳保持良好的接触。 1．表征散热能力的重要参数——热阻 热的传导路径，称为热路。 阻碍热传导的阻力称为热阻。 真空不易传热，即热阻大；金属的传热性好，即热阻小。 2．功率双极型晶体管的散热等效热路 在双极型晶体管中，集电极损耗的功率是产生热量的源泉。 8.4.3 微波晶体管功率放大器的结构 宽带功率放大器的电路结构，即： （1）反射无耗匹配网络的单端或平衡带通型功率放大器； （2）有耗匹配网络的功率放大器； （3）电阻反馈式功率放大器； （4）分布式或行波型功率放大器。 8.4.4 功率模块 功率模块是指由若干双极型晶体管、场效应晶体管或BiFET组合而成的功率部件。其包括： （1）双极型晶体管达林顿模块； （2）功率场效应晶体管模块； （3）绝缘栅双极型晶体管模块等。 它的突出特点是： （1）电流大； （2）功耗低； （3）电压和电流范围宽，电压高达1200