高效率功放仿真设计
基于Proteus仿真的高频功率放大器设计及应用
高频功率放大器设计及应用摘要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。
本文介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用电子设计工具软件 Proteus对丙类功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。
关键词：高频功率放大器应用、功率放大器原理、高频功率放大器仿真设计1. 引言高频功率放大器是无线电发射机末端的重要部件 ,是评价通信系统性能的重要参数。
近年来 ,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现 ,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。
利用Proteus软件工具进行高频功率放大电路的设计 ,通过仿真结果对电路的特性进行分析 , 并逐步完善电路。
2. 高频功率放大器应用功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。
在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。
而用于家庭的hi－fi音乐欣赏，av系统放音，以及卡拉ok娱乐的功放，通常我们称为家用功放。
随着行动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝芽(Bluetooth)的普及化，高频电子设备已经成为生活中的必需品，而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。
由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升，使得高频电路的特性获得大幅的改善。
ⅧF宽带E类高效率功率放大器设计
体 管来 放大信 号 ， 然 而 在 微 波 频 段 晶 体 管 的 杂 散 电 容 和 电感 破 坏 了 Ｄ 类 功 放 的 理 想 开 关 特 性 ， 使 得 电 压 或 电
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Ｃｏ ｍｍｕ ｎｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａｎ ｄ Ｎｅ ｔ ｗｏｒ ｋ
Ⅷ Ｆ宽带 Ｅ类 高效 率功率放大器设计
佘 广 益 ，付 松 源 ，萧 赞 亮 （ 中 国 电 子 科 技 集 团 公 司 第 七 研 究 所 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ３ １ ０ ）
摘 要 ：使 用 ＡＤ Ｓ（ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 软 件 仿 真 设 计 了基 于 ２ ８ 一 Ｖ ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ器 件 的 Ｖ ＨＦ 频
（ Ｓ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ３ １ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｓ Ａ Ｄ Ｓ （ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ）ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ２ ８ 一 Ｖ ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｖ Ｈ Ｆ
基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]
![基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]](https://img.taocdn.com/s3/m/b97481d158f5f61fb73666b1.png)
基于ADS的功率放大器设计与仿真[图]0 引言随着无线通信技术的发展，无线通信设备的设计要求也越来越高，功率放大器作为发射机最重要的部分之一，它的性能好坏直接影响着整个通信系统的性能优劣，因此，无线系统需要设计性能良好的放大器。
通过采用EDA工具软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，以达到加速产品开发进程的目的。
本文仿真设计采用恩智浦半导体的LDMOS晶体管BLF6G27-10G，该晶体管工作频段在2500～2700 MHz之间，直流28V供电。
具有很好的线性度，它采用特殊工艺，具有良好的热稳定度。
同时使用EDA软件，利用负载牵引和源牵引相结合的方法进行设计，使其输出功率在频率为2.6GHz时达到6.5W。
1 功率放大器的相关设计理论对于任何功率放大器，它必须在工作频段内是稳定的，同时它应该具有最大的输出功率和最佳的输出效率，因为输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。
在功放的匹配网络设计中，需要选择合适的源阻抗和负载阻抗，而他们的选择和功率放大器的稳定性、输出功率、效率以及增益息息相关。
1.1 稳定准则稳定性是指放大器抑制环境的变化(如信号频率、稳定、源和负载等变化时)，维持正常工作特性的能力，一个微波管的绝对稳定条件是：在选定的晶体管的工作条件下若满足K>1，则此时放大器处在绝对稳定状态，若不满足此条件，则需进行稳定性匹配电路的设计。
1.2 功率增益放大器的功率增益(Power Gain)有几种不同的定义方式，在这里只介绍工作功率增益，这是设计时较为关心的量，它定义为负载吸收的功率与放大器的输入功率之比。
1.3 功率附加效率(PAE)功率附加效率是指射频输出功率和输入功率的差值与供给放大器的直流功率的比值，它既反映了直流功率转化为射频功率的能力，又反映了放大射频功率的能力。
1.4 1dB功率压缩点(P1dB)当晶体管的输入功率达到饱和状态时，其增益开始下降，或者称为压缩。
高效率F类功率放大器设计
高效率F类功率放大器设计作者：王程于洪喜来源：《现代电子技术》2014年第09期摘要： F类功率放大器是一种高效率的放大器，其理论效率可以达到100%，在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。
简要阐述了F类放大器的基本理论，并对其效率进行了分析。
设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器，仿真结果表明在工作频率1 GHz时，输出功率为38 dBm，功率附加效率为74%；输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。
关键词： F类功率放大器；高效率放大器；负载牵引法；无线通信中图分类号： TN722⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）09⁃0077⁃030 引言功率放大器作为无线通信系统中重要的前端器件，在移动通信、射频识别、雷达、电子对抗等很多领域都扮演着非常重要的角色。
射频功率放大器的损耗、效率、功率等都已经成为影响这些系统性能的关键问题。
随着无线通信系统的迅速发展，对“高效率”的需求日益增加。
由于功率放大器的效率将直接影响系统效率，因此，工作效率的提高，已经成为功率放大器研究的一个攻关难题。
F类功率放大器是非线性放大器的一种，也称为开关类功率放大器。
在F类工作模式分析中，通过谐波阻抗的峰化从而控制漏极的电压和电路的波形，最终得到效率的提高，理论效率可以达到100%。
而且由于F类功率放大器的易实现性，其得到了更加广泛的关注[1⁃4]。
1 F类功率放大器的基本理论线性放大器中，晶体管作为受控源。
晶体管的损耗造成了功率放大器主要的功率损耗。
而在非线性功率放大器中，晶体管作为一个开关，其工作状态是开或者是关，这样晶体管的电压和电流不存在交叠，晶体管管耗降低从而提高效率。
F类功放通过设计谐波网络来实现漏极电压和电流波形的控制，实现对漏极电压电流波形的整形。
从而实现漏极电流波形为半正弦波，漏极电压波形为方波。
而且在漏极电压和电流之间不存在叠加现象，这样理想的漏极效率可以达到100%。
高效率ClassF功率放大器的设计
本文为移动通信设计了一款基于 InGaP/GaAs HBT 的高效率 Class F 射频功率放大器。当电源电压 为 5V，输出功率为 37dBm 时，此时放大器效率达到 68%。本文设计的输出匹配电路，明显改善了输出匹
（下转第 38 页）
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2011·10·（总第 149 期） 31
2.Institute of RF-&OE IC, Southeast University, Nanjing 210096,China）
Abstract: A high efficiency class F RF PA （power amplifier）is realized in an InGaP/GaAs HBT（heterojunction bipolar transistor） process. The characteristics and principle of class F power amplifier is described at first, and the bias circuit, the matching network and harmonic suppression technique are focused in this paper. The measurement results exhibit that the efficiency of the PA is 68% with 37- dBm output power, when the supply voltage is 5V. Key Word: Class F; RF Power Amplifier; Harmonic Suppression; Impedance Matching
3. 2 输出匹配网络的设计
基于Multisim的音频功率放大器设计与仿真
信息工程学院课程设计报告书题目: 基于Multisimde 音频功率放大器设计与仿真课程：电子线路课程设计专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：2015 年 1 月 3 日信息工程学院课程设计任务书信息工程学院课程设计成绩评定表摘要TDA2030功率放大电路具有失真小、功率大、所需元件少、制作简单、效果良好等优点，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或MP4等小型功放再合适不过，本论文便是用TDA2030来制作音频功率放大器原件。
高效率的音频功率放大器不仅仅是在便携式设备中需要，在大功率的设备中也占有较大的比重。
随着人们居住条件的改善，高保真音响设备和高档的家庭影院也逐渐兴起。
音频功率放大器在这些设备中起到了很重要的作用。
关键字：TDA2030功率放大电路、音频功率放大器、高效率AbstractTDA2030 power amplifier circuit with small distortion, high power, which needs few components, simple fabrication, the advantages of good effect, can use it to make power computer amplifying part or MP4 small power is again appropriate however, this thesis is to make use of TDA2030 audio poweramplifier original. Audio power amplifier with high efficiency is not only the need in portable devices, also account for a large proportion in high power devices. With the development of people's living conditions improve, high fidelity audio equipment and high-end home theater also gradually on the rise. Audio poweramplifier plays a very important role in these devices.Keywords: TDA2030 power amplifier circuit, audio power amplifier, high efficiency目录1前言 (1)1.1音频放大器的发展 (1)1.2 音频放大器设计背景 (1)1.3 音频放大器设计意义 (1)2任务与条件 (3)2.1初始条件 (3)2.2要求完成的主要任务 (3)2.3设计方案 (3)3选择器件与参数运算 (4)3.1运放NE5532介绍 (4)3.2 TDA 2030介绍 (5)3.3功率计算 (6)4单元电路设计 (7)4.1主电源电路 (7)4.2调音电路 (7)4.3功率放大电路 (8)5电路设计仿真 (10)5.1仿真电路图 (10)5.2仿真结果 (10)总结 (12)参考文献 (13)1前言1.1音频放大器的发展上个世纪80 年代以前，输出功率仅几瓦的声频功率放大器都要采用分立元件来制作。
基于GaN的高效率功率放大器设计
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y 电 路 的 等 效 原 理 图,
载波放大器与峰值放大器分别等效为Vcarrier和VPeak两个
电流源。
移动通信基站中。但由于 Doh
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大器,因此不易被集成。本文尝试使用的新一代宽禁
带半导体材料 GaN,可以使得 Doh
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高效率Doherty放大器的设计与仿真
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★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 ）
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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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高效率功率放大器仿真设计
仿真设计如下：
1、晶体管I-V curve仿真
I-V curve schematic
仿真结果如下：
从仿真结果可得出晶体管偏置在VDS=28V，VGS=2.8V时，消耗的直流功率为18.761W。
2、S-Parameter simulation
仿真结果：
从仿真结果得出：该晶体管在2.6GHz处最大增益Gmax＞18dB，并且在工作频率范围内都是稳定的。
3、Load-Pull Class C simulation
仿真结果：
从仿真结果得出最佳匹配的负载和源阻抗:Z load=5.475-j5.799,Z source=7.66-j7.86 最大输出功率：46.87dBm，最大效率：65.69%。
4、PA-output match
仿真结果：
对功放输出端进行匹配，得到PA load=45.389dBm。
5、PA-Input match
仿真结果：
结果得出：该class C放大器工作在2.565-2.665GHz频率范围，带宽为100MHz；带内最大增益S21=17.8dB，最小增益S21=16.453dB；饱和输出功率Psat=46dBm；漏极效率63%。
6、IM3仿真
仿真结果：
结果得出：在放大器工作在线性区时，IM3＞35dBc，IM5＞45dBc。
总结：采用freescale公司的晶体管MRF6S27050H LDMOS功率管，所仿真设计的Class C功率放大器，指标如下：
工作频率：2.565-2.665GHz
增益（S21）：16.4-17.8dB
输出功率：46dBm
漏极效率：63%
最大功率回退6dB，IM3＞35dBc，IM5＞45dBc。