功率放大器的基本知識(shí)課件

1、1功率放大器的基本知識(shí)目錄放大器簡(jiǎn)介概述高功放的基本原理高功放的線性度表征高功放的效率高功放的發(fā)展現(xiàn)狀高功放在直放站中的應(yīng)用功放的性能分析與評(píng)價(jià)2放大器的簡(jiǎn)介 放大器是將有用信號(hào)進(jìn)行放大的單元，按使用頻段不同可分為低頻放大器、高頻放大器、微波放大器。按用途不同可分為低噪聲放大器、推動(dòng)放大器、功率放大器；功率放大器又分為非線性功率放大器和線性功率放大器；為了大家在工作中對(duì)公司的產(chǎn)品有個(gè)深刻的理解,在這里，我們重點(diǎn)介紹高頻功率放大器。3一、概述高頻功率放大器是頻率從幾百KHz一直到幾百M(fèi)Hz，輸出功率從幾毫瓦到幾十千瓦的放大器。按工作狀態(tài)分，高頻功率放大器可分為A(甲)類(lèi)（ =180）、AB(甲乙

2、)類(lèi)（ 90 180） 、B(乙) （ =90）類(lèi)、C（丙)類(lèi)（ 90）狀態(tài),( 為電流導(dǎo)通角）。其中A類(lèi)功放屬于線性功放；AB類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)功放都屬于非線性功放，為了提高效率、后來(lái)又出現(xiàn)了D類(lèi)、E類(lèi)、S類(lèi)等開(kāi)關(guān)型功放。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出：由于工作在高頻段、信號(hào)電平高和要求高效率，因而工作在高頻狀態(tài)和大信號(hào)非線性狀態(tài)是高頻功率放大器的主要特點(diǎn)。4二、高功放的基本原理5信號(hào)輸入信號(hào)輸出預(yù)放大推動(dòng)放大末級(jí)放大環(huán)行器高功放主放大電路原理1. 預(yù)放大部分器件的選用由于預(yù)放大器輸出信號(hào)比較小，因此，預(yù)放大器一般選用微波單片集成電路（MMIC）。自上世紀(jì)70年代以來(lái)，微波固態(tài)電路取得了高速的發(fā)展，隨著微波單片集

3、成電路技術(shù)的發(fā)展，直到目前，相續(xù)推出了GaAs、HEMT、HBP的單片集成電路（MMIC）。62.推動(dòng)級(jí)放大器及末級(jí)放大器選用推動(dòng)級(jí)放大器根據(jù)功放的不同要求，可以選擇中功率的MMIC或GaAs MES FET或LDMOS管。LDMOS管是近十年研制的一種新型的MES FET，它的特點(diǎn)是輸出功率大、效率高、性能穩(wěn)定、抗靜電能力強(qiáng)等。是目前最應(yīng)用最廣泛的一種放大管。目前，高功放一般都選用LDMOS作為末級(jí)管輸出。為了得到較大的功率輸出及較高的效率，末級(jí)管一般工作在AB類(lèi)。7高功放功能電路1、開(kāi)關(guān)電路： 功放開(kāi)關(guān)電路有多種；常用的有射頻開(kāi)關(guān)型、電源開(kāi)關(guān)型、柵壓控制型等。2、檢波電路高功放要求對(duì)輸出信

4、號(hào)及輸出的反射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)功率控制及駐波告警，通常的檢波電路有平方律檢波、峰值檢波、平均值檢波；一般窄帶信號(hào)用前兩種檢波方式，復(fù)數(shù)的調(diào)制信號(hào)一般用平均值檢波。8電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路用來(lái)檢測(cè)功放的工作電流，從而實(shí)現(xiàn)自激告警及過(guò)流保護(hù)功能。溫度檢測(cè)電路高功放要求對(duì)內(nèi)部溫度進(jìn)行檢測(cè)，用來(lái)對(duì)功放進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)功能。9三、高功放的線性度表征理想的放大器是線性放大，用電壓傳遞方程表示為： Vout(t)=K*Vin(t) 其中K表示放大器的電壓增益。如下圖所示：10非線性放大器是指輸出電壓與輸入電壓呈非線性放大：用電壓傳遞方程表示為： Vout(t)=K1*Vin(t)+ K2*

5、V2in (t)+ K3*V3in (t).轉(zhuǎn)移曲線如下圖所示： 111、1dB壓縮點(diǎn)1dB壓縮點(diǎn)是指放大器在增益下降1dB時(shí)輸入功率，常用1dB壓縮點(diǎn)時(shí)的輸出功率(P-1)來(lái)表征放大器的線性度，如圖所示：122、三階交截點(diǎn)三階交截點(diǎn)是指放大器三階與理想線性特性的交叉點(diǎn)，表征放大器線性表征的另一個(gè)重要的參數(shù)。如圖所示：133、雙音互調(diào)抑制（IM3）雙音互調(diào)測(cè)試是測(cè)量放大器三階互調(diào)的常用方法，也是表征放大器線性度的最簡(jiǎn)單的方式之一：雙音互調(diào)產(chǎn)生： fim =mf1+nf2 (其中m、n為整數(shù)） fim3 =2f1 f2 fim3 =2f2 f1 14雙音互調(diào)測(cè)試方法：在放大器輸入端輸入一定間隔兩

6、個(gè)單音信號(hào)，按下圖連接線： 15放大器輸出后的信號(hào)經(jīng)衰減器接入頻譜儀，得出以下頻譜：通過(guò)測(cè)量基波信號(hào)和三階信號(hào)輻度的差值即為雙音互調(diào)抑制，用dBc表示：IM3=Pf1- Pf2f1-f2164、鄰道功率比（ACPR）近幾年隨著CDMA及擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用、提出了新的放大器的線性標(biāo)準(zhǔn)ACPR，有些也稱ACLR。ACPR（Adjacent Channel Ratio)鄰信道功率比是指主信號(hào)對(duì)相鄰信號(hào)的功率比17四、高功放的效率功率放大器的效率是指功放輸出功率與電源的輸入功率之間的百分比：(Pout/PDC )*100%；功放效率是衡量功放將直流電源轉(zhuǎn)換高有用信號(hào)的能力漏極轉(zhuǎn)換效率：是指漏極輸出功率與漏

7、極電源功耗的比，A類(lèi)放大器的理想效率為50 %；B類(lèi)理想效率為78.5%、所以為了提高功放率，通常工作在AB類(lèi)。18五、高功放的發(fā)展現(xiàn)狀功率回退：傳統(tǒng)的功率放大器一般采用回退技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功放要求，是目前主要采用的技術(shù)。這種方法優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方便、難度不高；缺點(diǎn)是成本較高、線性度不高、對(duì)CDMA和WCDMA的高功率放大器線性度比較難滿足。前饋技術(shù)： 采用前饋技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能大大改善功放的線性度，缺點(diǎn)是成本較高、難度大、功放的效率會(huì)比較低，這種技術(shù)近幾年在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。其基本原理如下：1920預(yù)失真技術(shù)預(yù)失真又分這模擬預(yù)失真（APD）和數(shù)字預(yù)失真（DPD）1、模擬預(yù)失真是指在功放輸入前加入一

8、個(gè)預(yù)失真器，這種預(yù)失真器產(chǎn)生的非線性與功放產(chǎn)生的非線性相們相反，從而可以實(shí)驗(yàn)非線性的矯正，模擬預(yù)失真又分為射頻預(yù)失真和中頻預(yù)失真。這種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、技術(shù)難度小、成本低；缺點(diǎn)是線性度改善不高。 2122基本原理如下圖：2、基帶數(shù)字預(yù)失真技術(shù)基帶數(shù)字預(yù)失真技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)，是線性功放發(fā)展的主流。這項(xiàng)技術(shù)目前還不是很成熟、是未來(lái)線性功放發(fā)展的方向。其優(yōu)點(diǎn)是線性度高、效率高；缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)難度較大。原理是將功放輸入的信號(hào)取樣，下變頻到中頻、經(jīng)數(shù)字中頻處理后、提取基帶數(shù)字信號(hào)的輻度和相位信息，再將輸出的非線性的信號(hào)同樣變頻到基帶，并提取相應(yīng)的信息，兩者相比較，再通過(guò)相位和輻

9、度調(diào)整電路將輸入信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地矯正。23基帶數(shù)字預(yù)失真的硬件原理24六、高功放在直放站中的應(yīng)用高功放應(yīng)用的范圍很廣，如廣播、有線電視、微波通訊、蜂窩通訊、雷達(dá)、軍用通訊等。直放站作為蜂窩通訊系統(tǒng)的輔助設(shè)備，和基站有所不同，是將接收下來(lái)的下行信號(hào)進(jìn)行高功率放大。其中高功放就是在直放站中起功率放大作用，位于信道單元和雙工器之間，是直放站系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一。其位置如下圖：2526七、功放性能分析與評(píng)價(jià)滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求是功放的首要前提。 功放作為通訊（或其它）系統(tǒng)中的一個(gè)部件，首先滿足系統(tǒng)的指標(biāo)要求。主要指標(biāo)包括：增益（GAIN）、輸出功率（Pout)、三階互調(diào)抑制（IMD）、鄰道功率比（ACPR）、帶寬及帶內(nèi)波動(dòng)（ripple)、效率等。其次，穩(wěn)定性是功放性能的重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。 由于功放是高功率的有源器件，必然會(huì)產(chǎn)生比較大的功耗，長(zhǎng)時(shí)間工作性能會(huì)產(chǎn)生變化，于是高低溫性能變化、平均無(wú)間斷工作時(shí)間（MBTF）是衡量功放穩(wěn)定性的常用方法。27再次，可生產(chǎn)性也不可忽視. 可生產(chǎn)性是指功放批量生產(chǎn)的可行性、可操作性、一致性的綜合。良