模拟信号的功率放大器设计

2023-06-06 08:00:59 业界科普

在模拟电路中,功率放大器用于向负载提供足够大的功率。与电压放大电路不同,功率放大电路的主要特点是要有尽可能大的输出功率和高效率,同时非线性失真要小,要加装散热和保护装置。功率放大器主要用于大信号的放大,而小信号分析中所用的微变等效电路法不再适用,应该采用图解分析法。功率放大电路的工作状态的分类可以功率放大器的末级通常要带动一定的负载,要求能输出较大幅度的电压,同时还要求输出较大幅度的电流,即要求放大器能向负载输出足够大的功率。功率放大器的失真问题十分严重,因为信号摆动幅度很大,往往超出晶体管的线性工作区,很小的饱和、截止失真都会带来较大的非线性失真。

在进行大功率射频功率放大器常规仿真设计时,需要进行馈电电路的设计,主要作用是给晶体管供给直流电压,同时防止交流射频信号耦合到直流信号当中来。对于微带电路来说,主要原理是利用四分之一波长的短截线对基波阻抗无限大的原理达到这一功能。对于集总元件来说,则是利用电阻、电感、电容的不同特性进行设计。在进行阻抗匹配时,不仅要保证增益、驻波等指标满足要求,更应该对匹配结构作合适的调整,能构成低通或高通滤波器从而减少谐波对于功放的影响。在进行阻抗匹配时,史密斯圆图上应先确定等 Q 圆,尤其是在做宽带匹配时。

在进行大功率射频功率放大器常规仿真设计时,需要进行稳定性设计,放大器稳定电路的设计具有至关重要的作用,如果出现功放管不稳定,可能产出自激震荡,造成功放管温度上升甚至击穿。在现代无线通信系统中,信息传输正朝着多载波、大容量、高速度方向迅猛发展,通信系统对射频部件的各项性能提出了更高的要求。

最后,在进行大功率射频功率放大器常规仿真设计时,需要进行整体电路仿真。得到各部分的电路原理图之后,将其转换为实际元器件模型。由于相比于理想电路,实际元器件模型包含了实际电路中的损耗因素、寄生参数等非理想因子,因此还需要进行进一步的微调,最终与晶体管模型一起形成功率放大器的最终原理图,开始整体仿真。为了得到准确的仿真结果,利用ADS的Momentum将版图和原理图联合进行仿真是一种比较合适的办法。

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