第15章RF功率放大器教材课程.ppt

2018-8-7 1 第十五章RF 功率放大器 张艺蒙 西安电子科技大学微电子学院 zhangyimeng@xidian.edu.cn 2018-8-7 2 主要内容 功率放大器性能参数 功率放大器类型 功率放大器调制 RF功率放大器设计 2018-8-7 3 功率放大器性能参数 输出功率 效率 功率利用因子 功率增益 线性度 2018-8-7 4 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。 在绝大多数通信时段内，功率放大器的输出功率 会远小于最大输出功率。为了保证在最坏情况下， 通信系统依然有较好的通信质量，功率放大器必 须按最大输出功率进行设计和优化。 2018-8-7 5 效率 衡量放大器将电源消耗的功耗转化为射频输出功率的能力。 功率增加效率 漏极效率 Pout是放大器输出到负载上的射频输出功率， Pin是放大器的驱动信号功率，而Psupply是 电源上消耗的功耗。 Pdelivered是功率增益级输出到下一级电路的 射频信号功率。漏端效率反应了有源器件所消 耗的功耗与电源消耗的功耗的比值。 漏端效率仅考虑了电源上的直流功耗转化为射频输出 功率的能力，而功率增加效率将功率放大器的驱动信 号功率也考虑在内，因此功率增加效率能更准确的反 应功率放大器的效率性能。 2018-8-7 6 功率利用因子 功率利用因子（Power Utilization Factor: PUF）是用来衡量功率放大器是否充分发挥了晶体管输出功率潜能的一个性能参数。 定义为功率放大器的实际输出功率与利用同一晶体管构成的理想A类功率放大器输出功率的比值。 2018-8-7 7 功率增益 定义为放大器的输出信号功率与驱动信号功率的比值： 2018-8-7 8 线性度 1dB压缩点和三阶交调点 相邻信道功率比ACPR（Adjacent Channel Power Ratio） 错误向量幅度（error-vector magnitude：EVM） ：发射机发射信号错误向量的长度 引入的信号功率与发射机本身信道内的总信号 功率的比值，可以衡量发射机因非线性对相邻 信道所产生的干扰。 2018-8-7 10 通用功率放大器模型 负载 电阻 将DC功率送到晶体管漏极 防止负载中有任何DC功耗 优点 1、晶体管的输出电容被吸收进 振荡回路。 2、振荡回路提供的滤波功能削减 了由非线性引起的频带外发射。 2018-8-7 11 A类功率放大器 立体声设备中的一个标准范例的小信号放大器 设计中的假设是选择偏置的大小使得晶体管工作在线性区。 与小信号放大器的区别 在功率放大器（PA）的信号电流是偏置电流 的很大一部分，可能存在严重的失真。 2018-8-7 12 理想A类放大器漏极电压和电流 2018-8-7 13 A类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 信号功率 DC输入功率 效率（漏极效率） 功率因子 2018-8-7 14 B类功率放大器 偏置设成使输出器件在每个周期的一半时间内关断。 2018-8-7 15 B类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 输出功率 DC功率 效率 功率因子 2018-8-7 16 C类功率放大器 栅偏压设成使得晶体管在小于一半时间内导通 2018-8-7 17 C类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 效率 当导通角减小至零时，效率接近100%。 输出功率趋近于零。 2018-8-7 18 AB类功率放大器 A类放大器在100%的时间内导通 B类放大器在50%时间内导通 C类放大器在0~50%之间的某段时间内导通 AB类放大器在50%~100%时间内导通，效率与线性度在A类和B类之间 19 传统功率放大器性能比较 输出电流 类型 导通角 A AB B C 2018-8-7 20 D类功率放大器 输出端采用RLC串联网络 输入端保证了在一定时间内只有一个晶体管被驱动（一个晶体管工作在正半周，另外一个工作在负半周） 输出变压器T2得每个初级终端被交替地驱动至地，在初级绕组两端产生一个方波电压 当一个漏极电压为零伏时，变压器的作用使得 另外一个晶体管的漏极电压为2VDD。 输出滤波器则允许这一方波的基波分量流入到负载 2018-8-7 21 D类功率放大器性能 晶体管如同开关，D类放大器的理论效率为100% 放大器归一化传递能力 2018-8-7 22 4 D类和E类功率放大器简介 1. D类功率放大器的原理分析 D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路 ui ub1 ub2 uL uA ub1和ub2是由ui通过变压器T1产生的两个极性相反的输入激励电压