E类放大器的符号分析.pdf

E 类放大器的符号分析 陈 　文 　丘水生 (华南理工大学电子与通信工程系 　广州 　510641) 摘 　要 　根据等效小参量法原理提出了 E 类放大器的一种符号分析方法 ,可得到包含高次谐波的 ( ) 输出电流 或电压 的符号表达式。容易分析 E 类放大器的参数灵敏度、谐波畸变及其它性能如集 电极峰值电流、集射极峰值电压、输出功率能力等。这一表达式适用于任意电路参数及工作周期 D ,且考虑了开关导通电阻。实际验算表明 ,此方法解析性强 ,精度较高 ,对放大器的设计具有重要 的指导性意义。 关键词 　符号分析 ; E 类放大器 ; 非线性电路 中图资料分类号 　TM 133 自1975 年 Sokals 首次提出 E 类高效率开关功率放大器以来 ,E 类放大器的分析及设计一 直 是人们热衷于研究的课题[ 1～6] 。大多数文献中的方法都假设负载因数 Q 为无穷大或至少要 大于某一值。文献[ 6] 提出一种精确的解析方法, 适用于任意 Q 及开关占空比 D , 但它假定开 关导通电阻为零。事实上, 在与最佳状态偏离不远时内阻的损耗是主要的。而且文献[ 6] 得到 的表达式解析性不强, 物理意义不明显。更进一步, 如果电路的拓扑发生变化, 就需重新推导公 式, 而这一计算过程是比较复杂的。本文利用等效小参量法原理, 从非线性时变电路的角度来 分析 E 类放大器 ,首先建立描述 E 类放大器的非线性时变微分方程 ,然后求解可得到包含基 ( ) 波、二次谐波、三次谐波及更高次谐波的输出电流 或电压 波形解析表达式。其中 , 电路参数、 负载因数 Q 、开关占空比 D 及导通电阻 R 1 等都以符号形式表示。利用这一符号表达式可以方 便地分析参数灵敏度、输出电压谐波畸变及其他性能, 如集电极峰值电流、集射极峰值电压、输 出功率能力等。因此, 此方法可分析任意电路参数的 E 类放大器的工作情况及性能 ,提高了设 计者洞察电路性能的能力 ,对 E 类放大器的设计具有重要的指导意义。特别是可以方便地计算 出设计完成以后由于实际电路参数取值的变化而引起的偏离最佳状态的性能变化。 1 　分析方法原理 1 . 1 　E 类放大器系统方程建立 E 类放大器基本电路如图 1 所示。在假定 C1 、C2 、L 2 是理想的及 RF 扼流圈无损耗且感抗 足够大的情况下, 其等效电路如图 2 所示 。图中, R 1 是开关晶体管的导通电阻, 且 1 　　　　　0 t ≤D T δ= t h0 　　　　　D T t ≤2 π 　第 8 期 陈 　文等 : E 类放大器的符号分析 　　　89 图 1 　E 类放大器基本电路 图2 　E 类放大器等效电路 Fig. 1 　Basic circuit of class E amplifier Fig. 2 　Equivalent circuit of class E amplifier ( ) δ ( ) ( ( ) 当开关断开 闭合 时 = 1 0 , T 为开关周期, D 为开关占空比 即开关关断 off 时间与一 ) 周期时间 T 之比 。取负载电流 i2 为状态变量 x , 由图2 写出 E 类放大器的系统方程为 :