射频功放设计翻译资料

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1、第 1 页 共 68 页功放设计Philip Semiconductors2003.3第 2 页 共 68 页目目 录录1 工作类及偏置 11.1 A 类 11.1.1 失真 11.1.1.1 两音互调失真测试 11.1.1.2 三音测试电视差转机中的应用 31.1.1.3 两音和三音测试结果之间关系 41.1.2 偏置 41.1.2.1 设计举例 41.1.2.2 元件值计算 51.2 AB 类 61.2.1 失真 71.2.1.1 负载阻抗的影响71.2.2 偏置81.2.2.1 设计举例91.3 B 类101.4 C 类101.5 E 类111.6 驱动级互调的影响112 匹配112.1

2、 窄带（测试）电路112.1.1 总体要求122.1.2 可调 L 和 T 网络 142.1.2.1 网络 1142.1.2.2 网络 2152.1.3 UHF 网络162.1.4 双网络172.1.5 网络182.1.5.1 VHF 频段18第 3 页 共 68 页2.1.5.2 UHF 频段202.1.5.3 低阻抗管子网络的修正212.2 宽带电路212.2.1 HF 频段222.2.1.1 输出补偿222.2.1.2 输入补偿262.2.2 VHF 频段低端282.2.2.1 输出补偿292.2.2.2 输入网络302.2.3 VHF 频段高端322.2.3.1 单网络匹配322.2.

3、3.2 双网络匹配332.2.4 UHF 频段低端382.2.5 UHF 频段高端392.2.5.1输出网络402.2.5.2输入网络452.3 级间网络493 选择印制板和元件准则493.1 印制板材料493.1.1 环氧玻璃纤维493.1.2 聚四氟乙烯玻璃纤维503.2 元件选择513.2.1 电感513.2.2 固定电容523.2.3 微调电容器534 放大器结构544.1 混合耦合器544.2 并联544.2.1 VHF 和 UHF 频段 544.2.2 HF 频段 55第 4 页 共 68 页4.3 推挽（平衡）连接555 其它585.1 射频放大器调试585.2 寄生振荡抑制61

4、第 5 页 共 68 页1 工作类别和偏置1.1 A 类A 类工作的特征是恒定的集电极（或漏极）直流电压和电流，该类应用于对线性要求极高的功放，包括：SSB（单边带）发射机的驱动级，其两音三阶互调至少要求40dBTV（电视）发射机的驱动级，所引起增益压缩非常低，即不能超过1dB 压缩点的十分之一TV 差转机的各级，用三音信号测试，其三阶互调必须低于55dB60dB。驱动级所引起的互调只占整个互调的一小部分，所以其效率比末级低（这是降低 A 类放大器失真的唯一途径）虽然 A 类放大器效率理论值为 50%，因为线性的要求，实际上，在上述应用中的前两种，A 类放大器的效率不超过 25%。在电视差转机

5、中末级效率只有 15%，驱动级还要低。A 类放大器晶体管的增益大约比工作在 B 类的同种管子高 34dB，这是因为 A 类漏极的导通角为 3600，而 B 类只有 1800，因此，B 类有效的传导只有 A 类的一半。1.1.1 失真SSB 调制主要应用于 HF 范围，1.530MHz，Philip 用标准的 28MHz 测试频率对该应用的晶体管进行测试。由于其幅度不断变化，SSB 信号对失真很敏感。1.1.1.1两音互调失真测试三阶和五阶这是最常用的失真测试。测试中，两个相隔 1kHz 的幅度相同的信号加在第 6 页 共 68 页被测放大器的输入上，实际的放大器不可能完全线性，所产生的最重要的

6、失真是三阶和五阶互调，因为它们处于或最靠近工作频带。如果两个输入信号频率表示为 p、q，则 2p-q、2q-p 为三阶互调，见图 1-1。3p-2q、3q-2p 为五阶互调，通常其幅度要小些。注意，同阶的两个互调，其幅度不一定相同，其原因可能是电源电压非理想去耦合，即不能对所有频率去耦合。如果 p 和 q 信号为 10W，那么其组合的平均功率（热量）为 20W，该两信号或同相或反相，因此射频信号的幅度是变化的。当两信号为同相时，其幅度是单个信号的两倍，因此功率是单个信号的 4 倍（该例为 40W） ，这个最大功率叫峰值包络功率（PEP） ，一般公布在晶体管的数据手册中。当两信号为反相时，其组合

7、信号幅度为零。理想的情况，即无失真，组合信号的包络是一个半正弦波，见图 1-2。图 1-1 两音测试主要互调失真的位置 p、q 为输入音调图 1-2 两音调信号峰值包络功率第 7 页 共 68 页在 A 类的应用中，失真几乎总是和输入测试音的幅度有关，作为一般性的准则，在 A 类放大器的线性区，输入功率降低 1dB，三阶互调降低 2dB。1.1.1.2三音测试在电视差转机中的应用在 TV 差转机中，图像和声音同时被放大，对线性的要求苛刻，因此互调的测试一般用三音调信号。最流行的测试方法是（DIN45004B，PARA，6.3）三音相对于被称为峰值同步功率的 0dB 参考功率电平，其电平分别为8

8、dB、16dB 和7dB。第一个音（8dB）代表图像载波；第二个音（16dB）是一个边带，也就是彩色载波；第三个音是声音载波。这些音的组合，其峰值功率非常接近 0dB 参考功率电平，即：0.02844 或 +0.66%。另一个重要的关系是平均功率与 0dB 参考功率电平的比值，该值为0.3831，因此，0dB 电平可以用平均功率（热量）乘 2.61 获得。在三音测试中，7dB 音的频率比8dB 音高 5.5MHz，而16dB 音的频率在这两个音之间变化，以产生互调。如果这些音的频率分别表示为 p、q和 r，我们最感兴趣的三阶互调为 p+r-q，该三阶互调落于带内，而且幅度最大，见图 13。该测

9、试要求电视差转机的三阶互调相对于 0dB 参考电平要达到51dB，也就是说，对末级的要求相当严格（典型值为55dB） ，对驱动级的要求就图 13 三音测试，三阶互调 d3位于 p+r-q第 8 页 共 68 页更苛刻（典型值为60dB） 。另一种三音测试方法中，声音载波从7dB 减小到10dB，这会产生重大影响：实际的峰值功率只有 0dB 电平的 76.2%平均功率（热量）只有 0dB 电平的 28.36%对互调的要求更加苛刻，因为三音中的一个降低 3dB，在处的qrpf互调也要降低 3dB，以使放大器工作在线性区域1.1.1.3两音和三音测试结果之间关系理论上，第一种三音测试方法和 SSB

10、放大器的两音测试方法是有对应关系的。当（仅当）两音测试的 PEP 和三音测试的 0dB 电平相等时，其二者之间互调失真相差总是 13dB。例如：如果在两音测试中互调为40dB，那么三音测试互调为53dB，再者，二音互调相对于两个幅度相等音进行测量，三音调互调相对于 0dB 电平进行测量。电视差转机和发射机 A 类放大器的性能类似于 SSB 驱动级，因此，输出功率降低 1dB，三阶互调降低 2dB。1.1.2 偏置 对于 MOS 晶体管，偏置非常简单。IDVGS曲线的温度系数在最佳工作点几乎为零，因此，用可调的分压电阻就足够了。对双极晶体管，因为温度和和有关，情况要复杂得多。FEhBEV在音频放

11、大器中，常用发射极电阻和基极分压器的方法来稳定工作点，然而，在射频放大器中，更愿意将发射极接地以获取最大的功率增益，见图1-4。1.1.2.1设计举例第 9 页 共 68 页本例中，设计的偏置电路使 BLW98 射频晶体管工作在和VVCE25mAIC850辅助晶体管为 PNP 音频小功率管 BD136。由于末级电路存在一个大的负反馈，对于严重的温度变化和 BLW98 的漂移，BLW98 的工作点都非常稳定。FEh例如：如果环境温度的升高引起增高，BLW98 集电极电压将降低少许，FEh引起 BD136 集电极电流降低，从而 BLW98 基极电流降低。BA315 二极管用来补偿 BD136 的

12、VBE温度系数，与二极管串联的可变电阻用于调整 BLW98 的 Ic，使其准确地达到设计值。1.1.2.2元件值的计算BD136 集电极电流选择的供电电压比 BLW98 的 VCE高 23V，即 28V（为了提供足够的负反馈） ，BLW98 的可以从 15100 之间变化，为了减少 BD136 的 Ic 变化，在FEhBLW98 基极和发射极之间加一个预负载电阻（图 1-4 中的） ，BLW98 的可1RBI以在 8.557mA 之间变化，而为得到 850mA Ic 的 VBE电压约为 0.98V。如果流经的电流为 30mA，为 0.98/0.0333。1R1RBD136 的 Ic 值在 38

13、.5mA87mA 之间，平均值为 51mA，BD136 的典型FEh图 14 A 类偏置电路，发射极接地以获取最大的功率增益第 10 页 共 68 页值为 100。因此，其约为 0.5mA，其平均发射极电流为 51.5mA。流经BIBLW98 集电极电阻的电流为：0.850.05150.9015A。对于 3V（2825V）的压降，3.33 电阻（3/0.9015）的标定功率应该大于 2.7 W（30.9015） 。保护电阻为了保护 BLW98 以及减小 BD136 的消耗，需要在 BD136 集电极与 BLW98基极之间加一个电阻，阻值的计算应该以 BLW98 的最小以及 BD1363R3RF

14、Eh最大 Ic 电流 87mA 为基础。由于 BLW98 的 VBE约为 1V，而 BD136 的 VBE（保和）小于 1V，因此，R1 最大压降必须小球 3V，这就意味着 R3 的最大值23/0.087264，比如 220，R1 的最大功耗 0.08722201.67W。基极分压器最后来确定 BD136 基极分压器的组成（R4，R5和 BA315） 。分压器的电流要高于 BD136 的 IB（比如 1020IB） ，其 13mA 值取较合适，且与数据手册中的测试电路相一致。由于 BD136 的 VBE约为 0.7V，BA315 的压降为 0.8V，则可变电阻上的压降为 2.9V，因此，可变电

15、阻的阻值为 2.9/0.013223，一个 150330 范围的阻值调整在实际使用中已经足够了。跨接电阻 R5 的压降为 24.3V，电流为 13.5mA，因此，其阻值为 24.3/0.01351.8K。注意，不象其它一些偏置电路，该电路不能承受因高环路增益引起的寄生振荡。1.2 AB 类AB 类的特征是一个恒定的集电极电压和一个随驱动功率增加而增加的静态集电极电流（不同于 A 类） ，AB 类的失真也与 A 类不同。AB 类用于对线性要求不太严格的线性放大器，包括：第 11 页 共 68 页单边带发射机的末级，要求两音三阶互调约为30dB电视发射机的末级，其最大压缩增益为 1dB。蜂窝无线电通信基站的末级。在最大功率时效率最高，尽管理论上 AB 类的最大效率为 78.5%，实际中总是比它低，其原因为：在晶体管和输出匹配电路中存在阻性损耗因为要考虑失真的原因，集电极交流电压不能被驱动至最大值存在一个非常小的静态电流（对双极晶体管，约为最大功率集电极电流的 2%；对于 MOSFET，约为最大功率漏极电流的 12%）对 HF 和 VHF 放大器，在二音情况下，平均效率约为 40%，相对于最大功率（PEP 情况）效率约为 6065%，对更高的频率，效率会降低一些。AB 类放大器的功率增益介于 A 类和 B 类之间。1.2.1失真A 类的互调