高效率逆E类功率放大器研究
高效率音频功率放大器设计文献综述【文献综述】
文献综述电子信息工程高效率音频功率放大器设计文献综述一、前言为了节约电路的成本，提高放大器的效率，采用普通的电子元器件设计高效率音频功率放大器的方法，使用基本的运算放大器，构成PWM路，形成D类功率放大器，实现了高效率，低失真的设计要求。
为了提高电路的抗干扰性能，在设计中使用了电压跟随器，差动放大器，有源带通滤波器等。
使设计获得了良好的效果。
二、主题在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。
所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。
（一）早期的晶体管功放半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。
自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。
早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。
这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。
再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。
变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。
“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因。
（二）晶体管功放的发展和互调失真随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路。
最初的大功率PNP管是锗管，而NPN管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们更多采用的是图二所示的准互补电路，通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管Q2复合，得到一只极性与PNP管类似的大功率管，降低了电路因对称性差而招至的失真。
基于2μm GaAs HBT工艺的E类功率放大器设计
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Ｅ类 功率 放 大器 的概 念 首先 由 Ｓ ｋ ｌ １ ７ ｏ ａ 在 ９ ５年
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E类功率放大器的一种优化设计方法[1]
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文章编号:1000-5080(2000)01-0061-04基金项目:河南省科技攻关资助项目(97406100)作者简介:张 涛(1969-),男,硕士生收稿日期:1999-06-21E 类功率放大器的一种优化设计方法张 涛,梁文林(洛阳工学院电气工程系,河南洛阳471039)摘要:从提高效率的目的出发,针对E 类功率放大器的工作状态进行了理论分析,利用IC AP C AE 电路仿真软件,提出了一种E 类功率放大器电路参数的优化设计方法。
应用该方法对一种800kH z 超声波发生装置进行优化设计,取得了满意的效果。
关键词:E 类放大器;最优设计;输出功率;效率;计算机化仿真《中图法》分类号:TN722.5 文献标识码:A0 前言在E 类功率放大器的设计工作中,确定最佳工作状态下电路的各项参数,是设计出高效可靠的E 类功率放大器的关键所在。
通常,E 类功率放大器工作状态的好坏是通过开关器件集电极(或漏极)电压的波形来判断的[1,2]。
电压的波形好,输出功率和效率就高;反之,波形不好,不仅会使损耗增大,输出功率和效率显著下降,而且还会出现许多不正常的现象,甚至损坏开关器件和其它元件,使E 类功率放大器工作失效。
利用集电极(或漏极)电压的波形来判断工作状态,在电路调试中具有简便、直观、易于操作的优点,然而在电路设计阶段,由于该方法无法准确地确定出最佳工作状态,只能凭经验进行判断,往往使设计出的电路并非工作在最佳工作点上。
本文提出了一种借助于IntuS oft 公司的IC AP C AE 软件确定最佳工作状态的优化设计方法,并且利用该方法设计出一种用于800kH z 超声波发生装置的E 类功率放大器。
图1 E 类功率放大器的电路及波形1 工作原理[3]图1a 为E 类功率放大器的电原理图。
其中开关器件M 为功率M OSFET ,C 1为M 的输出电容与分布电容之和,C 2为外接电容,L 1为高频扼流圈。
高效率GaN HEMT Doherty功率放大器设计
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Ｉ 工篡设计甄配网络
作 原 理 以及 效 率 。Ｙ ｎ 。 细 分 析 了采 用 分 立元 件 设 计 ａ ｇ 详 Ｄ ｈ ｒ ｙ微波功率放大器 的过程 ，其改进 的 Ｄ ｈ ｒ ｙ结构成 ｏｅ ｔ ｏ ｅｔ 为实现 Ｄ ｈ ｒ ｙ 功率放 大器的经 典拓扑结 构。 目前 实现的 ｏｅｔ Ｄ ｈ ｒ ｙ功放在 １Ｗ时的 Ｐ Ｅ在 ４ ％ ｏｅｔ ０ Ａ ０ 左右 。使用 Ｇ Ｎ Ｈ Ｍ ａ ＥＴ 器件在输 出 ６ ｗ时效率达到 ５ ％ ０ 。采用 的改进 型 Ｄ ｈ ｒ ｙ放 ｏ ｅｔ 大器结构如 图 １ 所示 ， 由输入功率分配 网络 、 两个 放大器 （ 一 个工作于 Ａ Ｂ类的主功放 ，一个工作于 Ｃ类 的辅助功放 ） 、补 偿线和阻抗变换 网络组成 。两个放大 器的输出负载阻抗 由主 【 收稿 日期 】２ １ － ８ ３ ０ １ ０－ ０ 【 作者简介 】王方 园 （ ９ ８ ，男，安徽 淮北人 、电子科技 大学电子 工程 学院集成 电路 与 系统 系硕士在读 生，研究方向 为 １８ 一） 射频微波 电路 、高效率高线性功率放 大器。
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王方 园
（ 电子科技 大学电子 工程 学院 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １０ ４
【 摘 要 】为 了提 升功率放大器的效率 ，节约能源 ，响应 国家绿 色能 源的号 召；采 用改进型 Ｄｏ ｅ ｙ功率放 大器结构 ；提 ｈｒ ｔ
出一套 快速 、 准确设计 高效 率 Ｄｏ ｅｔ ｈｒ ｙ功率放大器的方法 。 于本方法 ， 用微波 Ｃ Ｄ软件设计 一个工作在 Ｓ波段 的 Ｇａ ＨＥ 基 使 Ａ Ｎ ＭＴ Ｄｏ ｅｔ ｈｒ ｙ功率放 大器。仿真显示 ，在输 出回退 ６Ｂ （ ０６Ｂ ｄ ４ ． ｍ）时 ，功 率附加 效率为 ６ ． ｄ ６４ ％，而平衡 式放 大器为 ３ ％。 ５
e类放大器工作原理
e类放大器工作原理
E类放大器（Class E Amplifier）是一种高效率功率放大器，其工作原理基于主动开关技术。
与传统的AB类放大器相比，E类放大器在功率效率方面更高，可以在更小的尺寸和更低的功耗下提供更大的输出功率。
E类放大器的工作原理可以简单描述为以下步骤：
1. 输入信号：将输入音频信号通过一个低通滤波器转化为基带信号。
2. 整流：将基带信号经过一个开关元件（通常是MOSFET晶体管）进行整流，使得输出信号的幅值只有正半周。
3. 调制：将整流后的信号经过一个调制电路。
该电路根据输入信号的幅度和相位变化自动调整开关元件的工作状态，以使得输出信号的幅度和相位与输入信号一致。
4. 滤波：通过一个高频低通滤波器去除调制过程中产生的高频噪声，同时使输出信号恢复为正弦波。
5. 打开和关闭：开关元件只在信号的正半周期内打开，将能量存储在输出过滤电感和电容中。
在信号的负半周期内关闭，这样就实现了高功率效率。
总的来说，E类放大器利用了开关元件的开关行为和非线性特性，通过高速开关和调制技术，使得输出波形经过滤波后接近
理想的正弦波。
因此，E类放大器在低频和高功率应用中具有更高的功率效率，但其输出信号的失真会比传统的AB类放大器稍高。
2.4 GHz SiGe HBT E类高功率放大器
2.4 GHz SiGe HBT E类高功率放大器尤云霞;陈岚;王海永;吴玉平;吕志强【摘要】针对无线通信飞速发展对高功率和高效率功率放大器的需求,提出了一种Cascode结构的2.4 GHz E类高功率放大器。
它采用单端接地和单级放大的电路形式。
基于国内新研制的0.18μm SiGe BiCMOS工艺,实现了片内全集成,包括输入与输出匹配网络,具有结构简单、高集成度等特点。
同时,考虑了器件的击穿电压,高电流下的电迁移和高功率的稳定性等问题,并进行了优化设计。
结果表明,在10 V 电源电压时,放大器的输出功率高达30 dBm,效率PAE为39.69%,最大功率增益达14 dB。
%For the needs of high power and high efficiency power amplifier in the rapid development of wireless com-munication,a 2. 4GHz class E high power amplifier was designed,which was based on Cascode configuration. It employed single-ended and one stage amplification circuit format. All the devices including input and output matching networks were integrated on chip which was based on a 0 . 18 μm SiGe BiCMOS technology newly researched in a domestic foundry. It had advantages of simple structures and high integration. At the same time,it also considered devices’ breakdown voltage,electro migration with high current and stability of high power and so on problems to design optimization. Results showed that the powe r amplifier’s output power could reach up to 30 dBm,PAE to 39. 69% and maximum power gain was 14 dB of power supply 10 V.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P235-239)【关键词】功率放大器;E类;Cascode结构;功率器件【作者】尤云霞;陈岚;王海永;吴玉平;吕志强【作者单位】中国科学院微电子研究所，北京100029;中国科学院微电子研究所，北京100029;中国科学院微电子研究所，北京100029;中国科学院微电子研究所，北京100029;中国科学院微电子研究所，北京100029【正文语种】中文【中图分类】TN432;TN722.7.5随着第3代移动通信、蓝牙、Wi-Fi与Zigbee等无线通讯的飞速发展，射频收发器要求的性能也越来越高。
射频E类功率放大器并联电容技术研究
图 4 不同形状因子对应的漏端电压波形 Fig14 Drain voltage waveforms for three different form factors
要计算出准确的等效电容值 , 首先必须有一个 完全线性的 E 类功率放大器电路 , 采用传统功率 放大器电路分析方法从中获得线性并联电容 C1 。 用 C1 代替不是完全非线性的非线性电容 , 并通过 不断改变 Cj0的值直到满足最大工作效率状态 , 即 ZVS ( zero2voltage switching) 和 ZVDS ( zero2voltage2 derivative switching) 。此时得到的非线性电容值即为 前文提到的线性等效电容[5] 。
f max ( C1 , y ,
R)
=
B max
2πC1
=
1 2
y ×cos y -
y sin y
sin y
1 π2 RC1
(3) 式中 : y 为功率放大器导通角 ; Bmax为最大电纳 ; R 为输出负载 。从上式可以看出 , 放大器最大频率 和线性并联电容的函数关系 。图 2 为信号占空比为 50 %时 , 根据该函数关系的并联电容与放大器最大 频率关系的曲线图[3] 。
Sokal 和 A1D1Sokal[1]首次提出了 E 类功率放大器的电 路结构。经过 30 多年的发展 , E 类放大器以其结构简 单、效率高、可设计性强等优点 , 得到了广泛的应 用 , 其理论效率可达 100 % , 实际效率达 95 %[2] 。
在 E 类功率放大电路中 , 并联电容的作用十 分重要 , 它主要用来保证在晶体管截止的时间里 , 使集电极电压保持十分低的一个值 , 直到集电极电 流减小到零为止 。集电极电压的延迟上升 , 是 E 类功率放大器高效率工作的必要条件[2] 。因此 E 类功率放大器并联电容的研究成为国内外的热点问 题 。本文将分析 E 类功率放大器中的并联电容及 一些电路相关问题 。
高效率Doherty放大器的设计与仿真
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Ｅｆ ｃｅ ｃ ｉ ｆ ｉｎ ｙ
Ｍａｉ Ｊ ｘｍ ｍ Ｐｏ ｅ ｗ Ａｄｄ ｅｄ Ｅ ｉｉ ｃ ％ ｆ ｃｅｎ ｙ
★基金项 目 ：安徽 省教育 厅 自然科学基金重点项 目 （ Ｊ０９ ５ ） Ｋ ２０Ａ ３
多种提高效率的方法中，Ｄ ｈｒ ｏｅｙ功率放大器 （ Ｐ ｓ 相 ｔ ＤＡ ）
ｌ６ Ｂ
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２ ｏ１１７ ．
比 Ｅ ｖｌ ｅＥｉ ｎｔ ｎ＆Ｒ ｓ ｒｔ ｎ（ Ｅ ｎｅ ｐ ｌ ａｏ ｏ ｍｉ ｉ ｅｔ ａｏ Ｅ Ｒ）包络分离和恢 ｏｉ
达到了最大值 ，但未达到输出的最大功率 。此 时
大器输出的 九／ 传输线引 ４ 起的相移。主功率放大器后面 的九／ ４传输线则是阻抗变换，目 的是在辅助功率放大器工
作时 ，起到将主功率放大器的视在阻抗减小的作用 ，保证
Байду номын сангаас
辅助功率放大器工作的时候和后面的 电路组成的有 源负载
阻抗变低 ，这样主放大器输 出电流就 变大。主功率放大器 偏置在 Ｂ类或者 Ａ Ｂ类模式 ，辅助功率放大器偏置在 Ｃ类 模式。
在 理 想 的 情 况 Ｆ 电 流 源 的 阻抗 被 认 为 是 无 穷 大 的 ， ，
复技术 、 ｎｅ ｐ Ｔａｄｇ Ｅ ） Ｅ ｖ ｏ ｒ ｌ （ Ｔ 包络跟踪技术 、 ＩＣ（ ｌ ｅ ｃｎ ＬＮ 使 用非线性元件的线 『放大器 ） 生 技术 ， 结构简单 ，而且 其 不需要任何 自适应偏置控制电路 ，因此被认为最具有发展
范围内能够获得更高的效率。
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高效率逆E类功率放大器研究
功率放大器（power amplifier）是一种将小信号放大为大信号的电路装置，广泛应用于无线电通讯、音响系统和电力传输等领域。
现代通信系统中，功率放大器的能效对整个系统的功率消耗和散热控制至关重要。
因此，研究高效率功率放大器已经成为一项重要的课题。
而逆E类（inverse class E）功率放大器则是近年来备受关注的一个研究方向。
逆E类功率放大器是一种非线性的离散同步机制，它可以实现高能量利用率。
其基本原理是通过快速打开和关闭开关管来实现开关周期内的能量转移。
逆E类功率放大器的特点是仿佛一段高频的方波，其上升沿与下降沿分别对应开关管的导通和截止。
另外，逆E 类功率放大器还可以在宽带频率范围内保持较高的频率效率。
传统的E类功率放大器存在着开关元件导通和截止时的漏电流和开关过程中的电压和电流震荡等问题。
而逆E类功率放大器则采用了LLC谐振电路来减少开关过程中的振荡。
在逆E类功率放大器中，谐振电路的电感元件L和电容元件C共同构成了谐振回路，其共振频率为输入信号的频率。
谐振电路不仅能够降低功率放大器的输出谐波，而且还能有效减小开关元件的开关损耗。
在逆E类功率放大器中，需要对开关管的Va、Vb和Vc三种状态进行实时调控。
这就需要采用一种仿佛翻转的同步机制，让信号的频率成为开关管的基准去进行开关。
逆E类功率放大器中，利用PLL时钟锁相，可以将输入信号的相位和在LLC谐振电路中挥发出的谐振电流保持同步，从而达到高效的功率输出。
研究表明，逆E类功率放大器可以实现高达97%的效率，这比传统的E类功率放大器高10-20个百分点。
逆E类功率放大器还具有宽带特性，可以在不同的频率范围内工作。
此外，逆E类功率放大器对开关元件的影响较小，开关管的寿命更长，因此更加可靠。
总之，逆E类功率放大器是一种非常有前途的技术，它具有高效率、宽带和低影响的特点。
逆E类功率放大器的研究对于提高通讯和音响系统的能量利用效率具有重大意义。