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怎樣利用實用的方法構建C類功率放大器

作者: 時間:2011-04-06 來源:網絡 收藏

為得到一款在整個相關頻帶具有常數Gα的產品,

如何利用實用的方法構建C類功率放大器

其中:GH =高頻帶側fH的增益。

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Touchstone的優化能力,可根據模型方程3設計輸入匹配網絡。

推薦的寬帶C類 PA計算機設計可被歸納為如下的系統步驟:

1. 為得到所需的輸出功率、增益和電源電壓,從器件數據手冊中在要求的頻帶內選用大信號輸入和輸出阻抗(Zin和Z*OL)。

2. 數值內插和外推技術擴展阻抗數據采樣點。當確定器件在頻率fL、fo和fH的終端阻抗時,這是一項有用技術。

3.選用合適的單端口網絡拓撲在整個頻段為上述終端阻抗建模,并用Touchstone優化其要素值。

4.在設計好建模電路后,分別在建模電路和源及50歐姆負載終端間插入輸入和輸出匹配網絡。通過一個大致的圖形設計程式,可對匹配網絡的元素進行初始估值。

5.對輸入和輸出匹配網絡實施優化以實現期望的輸入和輸出匹配。輸出匹配網絡設計成可實現共軛匹配并能在整個頻帶為晶體管輸出提供阻抗ZOL。另一方面,輸入匹配網絡設計成能在fL 到 fH間得到平坦的增益。通過選擇性地在較低頻率實施誤配,可達到上述結果。將不同采樣頻率帶入方程3可對輸入反射系數進行估算并將其存儲在外部數據文件中。然后對輸入匹配網絡進行優化以在整個頻帶對計算出的輸入反射系數進行建模。

6.在保持所要求頻率響應的前提下,基于實際情況,用Touchstone的調諧器窗對匹配網絡的元素進行調制。

為驗證上述程式的有效性,設計和搭建了一個PA電路。該C類 PA在225到400 MHz內具有10W輸出功率,最小功率增益是10dB。因零偏置發射-基結結構兼具高效和結構簡單的特點,所以,C類采用該結構。因具有優異的可靠性和耐用性,所以摩托羅拉/飛思卡爾的MRF321 UHF功率晶體管被選用。MRF321在400MHz具有10W RF功率,工作在28V。

輸入和輸出匹配網絡的設計從在器件數據手冊中選擇輸入和輸出阻抗(Zin和Z*OL)開始,然后在整個相關頻段插入這些數據(可借助Touchstone完成)。表中顯示的是插入在225 MHz到400 MHz頻帶內這些阻抗的樣本值。圖4顯示的是輸入匹配網絡的圖形設計。

中心頻率(312.5 MHz)的輸入阻抗位于點A。設計目標是當從點A移向圖表的中心時,不超過常數Q規定的范圍。其中:

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圖4顯示,低品質因數(Q)寬帶匹配網絡電路可通過多個L部分實現。匹配電路包括三個低通L型部分和一個旁路電容(C4)以補償輸入阻抗Zin的感應電抗。

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但該網絡具有一種包括兩個低通部分(L5–C5和L6–C6)、一個高通元件(C7)的帶通拓撲結構。旁路電感(L4)用于將晶體管的輸出電容中和掉。因在此例中,輸出阻抗水平更高,所以,輸出匹配電路的增益帶寬約束比輸入匹配電路簡單。該網絡的梯形形式在諧波抑制中有用。

計算機建模程式以設計可預測從fL到fH間的Zin和Zout的建模網絡開始。通過Touchstone對這些網絡進行設計和優化。圖6顯示的是這些網絡的最終優化電路元素值。

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