功率放大器模型设计精品.pptVIP

* MESFET 功率放大器设计：小信号法 作者： Al Sweet 基本工程问题: 没有大信号器件模型,怎样设计功率放大器? *许多器件供应商不提供其器件的大信号模型. *通常提供的唯一设计数据是器件的小信号S参数和静态IV曲线. *利用前面STEVE CRIPPS 介绍的负载线法,根据这些数据足以设计第一类的功率放大器. 功率放大器是大信号器件，因为在接近功率饱和时其特性呈现非线性。但许多场合，设计师仅有一组小信号S参数，在电路仿真时，作为表示有源器件的根据。由于这些S参数只适用于小信号，在大信号时怎样设计最大射频输出功率和线性，并不清楚。Steve Cripps提出一种方法，可以用器件的静态IV曲线确定大信号负载线阻抗（RL），设计第一类放大器。RL用做目标阻抗，即用输出匹配电路表示的管子漏极负载。用该方法设计师可以对RF最大输出功率优化输出电路，同时对最佳输入匹配和最大增益优化输入电路。通常输出匹配较差，这是因为为了输出最大RF功率，有意造成一定失配（即：输出匹配对RL优化，而不是对器件的S22优化）。 * MESFET 功率放大器设计：小信号法 该方法的局限性 *仅对最大Psat优化 *仅对A类和AB类工作状态有效 *无法计算交调产物：IM3，IMR5，IP3 *无法计算谐波电平 *无法计算ACPR（对数字调制） 小信号设计技术有其局限性。输出电路对最大RF饱和功率优化，但不一定对最大线性功率。就是说无法直接计算1dB压缩点输出功率。而且也无法直接计算放大器的二音交调性能：IM3，IM5，IP3和IP5。为了计算这些重要参数，设计师必须依靠测量法或“经验（rules of thumb）”。MESFET放大器的两个重要“经验”是： *P-1dB比Psat约低1dB。 *IP3比P-1dB约高10—12dB。 * 以上的分析假定P1，P2……Pn功率相等。只所以这样假定是因为当P1＝P2＝……＝Pn时，他们的交调产物的功率最大，这是worst case情况。 所以常见的分析都是以该假定作为前提的 * 工作状态 15dB到30dB，交调失真特性也不够好，在低射频输入时通带的起伏较大。 甲乙类功率放大器适用于电子干扰发射机、功率放大器、发射机、高功率行波管替代器和电视放大等。 (3)甲乙类工作状态 甲乙类功放的优点是输出功率功率较大，可以高达几千瓦，有较高的效率，尺寸紧凑，线性也比较好，失真小，工作温度较低，因而可靠性也高，用得比较广泛。但它的不足之处是动态范围有限，一般从 * 工作状态 丙类功放的优点是效率非常高，尺寸紧凑，输出功率高，可达几千瓦，工作温度比乙类还要低，可靠性较高，在要求失真不严的系统中得到广泛应用。它的最大缺点是动态范围非常窄，只能在0dB到6dB范围内变化，如果信号减小到额定电平以下，丙类功放将呈现急剧变化的趋势。此外，丙类功放不能用于调幅信号的放大。 丙类功率放大器适用于对流层散射通信系统、电子干扰机、行波管替代器、战术空军导航系统和雷达系统。 （3）丙类工作状态 如图7-16所示，功率放大器在信号周期内存在工作电流的时间不到半个周期，即导通角?小于180?。此时，功率放大器处于丙类工作状态。 * 匹配电路 成功地设计固态微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。 在任何一个微波功率放大器设计中，错误的阻抗匹配将使电路不稳定，同时会使电路效率降低和非线性失真加大。 在设计功率放大器匹配电路时，匹配电路应同时满足匹配、谐波衰减、带宽、小驻波、线性及实际尺寸等多项要求。 当有源器件一旦确定后，可以被选用的匹配电路是相当多的，企图把可能采用的匹配电路列成完整的设计表格几乎是不现实的。 设计单级功率放大器主要是设计输入匹配电路和输出匹配电路； 设计两级功率放大器除了要设计输入匹配电路和输出匹配电路外，还需要设计级间匹配电路。 * 输入匹配电路和输出匹配电路 （1）输入匹配电路 输入匹配电路和输出匹配电路主要是对一端是50?，另一端是实数部分较小的复数阻抗进行匹配。 当大功率管的输入阻抗是容性、低电阻值时，通常可以采用下述五种输入匹配电路 图7-17 输入匹配电路 （a）电路A；（b）电路B；（c）电路C；（d）电路D；（e）电路E。 当大功率管的等效输入阻抗呈感性，它的实部比较小时，可以采用并联电容的输入匹配电路，把等效输入阻抗中的电感分量谐振掉，这种输入匹配电路应该是低通匹配网络，能匹配较低的阻抗。通常，输入匹配电路的谐振电容可以用微带短截线实现。当放大器的工作频率及功率管选定后，谐振实阻抗值可能小于50?，也可能是很大的数值。当谐振实阻抗低于50?时，低通匹配电路很容易使它与50?阻抗匹配。 * 输入匹配电路和输出匹配电路 （1）输入匹配电路 如果采用微带匹配网络时，谐振实阻抗不能太高，原因是