功率放大器教材.pdf

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功率放大器教材

清华大学微电子学研究所 May 08, 2013 功率放大器的分析与设计 池保勇 清华大学微电子学研究所设计室 参考书:池保勇、余志平、石秉学,CMOS射频集 成电路分析与设计,§10 Steve C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications, 1999 提要 晶体管的非线性模型 功率匹配与负载线匹配 描述功放的性能参数 负载线理论 传统功率放大器 开关模式功率放大器 功放设计中的稳定性问题 晶体管的非线性模型  弱非线性:由晶体管的高阶非线性效应引起,所产生的交 调失真很小( -30dBc),利用功率展开序列进行分析  强非线性:由于晶体管发生截止或者饱和(对于双极型晶 体管)等限幅行为所引起的波形失真  强弱非线性:在晶体管的饱和和截止之间的区间,晶体管 的I-V曲线不是理想线性的(直线),而是用功率序列表 示的弱非线性行为 提要 晶体管的非线性模型 功率匹配与负载线匹配 描述功放的性能参数 负载线理论 传统功率放大器 开关模式功率放大器 功放设计中的稳定性问题 功率匹配与负载线匹配  功率匹配:负载阻抗与源阻抗共轭,负载上得到的功率达到 最大(最大功率传输条件),但功放设计不能采用功率匹配 功率匹配时源阻抗消耗了同负载阻抗一样的功率,效率仅为50 % 功率匹配适用于小信号电路,功放处理大信号电路,如何定义大信号 阻抗?  负载线匹配:信号源(如晶体管)的最大可承受电压和最大 输出电流受限,这时优化负载是使信号源同时达到最大承受 电压和最大输出电流的限制条件 R ||R s L R ||R s L R ||R s L 功率匹配与负载线匹配 研究表明,即使在不同的工艺条件下,采用负载线匹配比 采用功率匹配的最大输出功率都会有所提高,提高幅度大 概在0.5dB~4dB之间 提要 晶体管的非线性模型 功率匹配与负载线匹配 描述功放的性能参数 负载线理论 传统功率放大器 开关模式功率放大器 功放设计中的稳定性问题 描述功放的性能参数:输出功率 射频功率放大器的输出功率定义为功率放大器驱动给负载 的带内射频信号的总功率,它不包括谐波成分以及杂散成 分的功率。射频功率放大器的负载通常为天线,射频天线 的等效阻抗一般为50欧姆  如果功率放大器的输出是一个包络为常数的正弦型信号 在发射机中,功率放大器处理的信号是经过调制后的信号, 它的包络可能随着信源(随机二进制序列〕的变化而变化, 因此上式计算的是功率放大器的瞬时输出功率  功率放大器的平均输出功率:利用输出功率的统计特性 平均输出功率:对瞬时输出功率在时间上平均,它可以将 功率放大器的非线性效应对输出功率的影响考虑在内,这 种计算办法需要较长的观察时间,通常用在计算机仿

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