功率放大器的類別解析

英飛暢 發佈 2024-01-16T02:04:13.008898+00:00

在無線通信系統中射頻前端是核心組件,連接通信收發器和天線的必經之路。射頻前端主要包括功率放大器(PA)、天線開關(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer和 Diplexer)和低噪聲放大器(LNA)等。

在無線通信系統中射頻前端是核心組件,連接通信收發器和天線的必經之路。射頻前端主要包括功率放大器(PA)、天線開關(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer和 Diplexer)和低噪聲放大器(LNA)等。

其中功率放大器(PA)是發射器射頻前端的主放大器,將來自通信和雷達設備的小功率信號轉換為發送到天線的高功率傳輸信號。功率放大器的目標是在不降低信號質量的情況下,將信號增益提高到高功率水平。今天一起詳細了解功率放大器的不同分類。

GaAs中等功率放大器,A/AB 類,Psat 1.5 W, 800 MHz ~ 4.2 GHz,SMA,增益 31 dB,IP3 41 dBm

功率放大器的電路有很多設計方法,每種電路配置操作和輸出特性都互不相同,為了區分不同功率放大器電路的特性和性能,將功率放大器進行分類,其中分配了字母符號以標識操作方法。

  • 設計用於放大模擬信號的功率放大器屬於A,B,AB或C類

A類、B類、AB類和C類的經典受控導通角放大器(線性放大器)由波形的指定部分上的導通狀態的持續時間定義。這些放大器類別中的電晶體要麼完全打開,要麼完全關閉。這些是最常見的放大器類別,用於優化信號的保真度是最重要的。

  • 設計用於放大脈寬調製(PWM)數位訊號的功率放大器屬於D,E,F等類別

類別D、E、F、G、S、T和其他,即開關放大器,這類放大器使用脈寬調製(PWM)快速切換,這會導致硬驅動輸出進入輸出級電晶體的飽和和截止區域。這些切換功能的目標是當電晶體兩端有電壓時基本上為零電流時進行切換,而當電晶體兩端存在電流時進行零電壓切換。這些類別可以被配置為最有效的,但代價是信號質量(主要是線性和噪聲)和複雜性。由於這些放大器類型的複雜性,它們更常見於高度集成的解決方案中,這些解決方案允許更複雜的偏置和控制電路,並受益於這些類別可實現的高水平效率。

A類放大器

A類放大器是最簡單的放大器,在輸出級中只使用一個電晶體,電晶體輸出偏置在負載線中心的靜態點(Q點)周圍。通過這種方式,A類放大器可以被偏置,以避免被驅動到截止或飽和,並且可以輸出全導通周期。因此,這一類是極其線性的、低失真的和高增益的,但以效率為代價。

在此類放大器中,即使沒有輸入信號,有源元件(用於放大的電子組件,在這種情況下為電晶體)也一直處於使用狀態。在正常配置的情況下,這會產生大量熱量並將A類放大器的效率降低到25%,在變壓器耦合配置的情況下,效率會降低到50%。

B類放大器

B類放大器有一個互補電晶體的輸出級,每個電晶體只輸出一半的波形(推挽放大器)。由於這些放大器不需要在Q點附近偏置,因此它們比a類放大器使用更少的直流功率,並且以線性、失真和設計複雜性為代價更高效。

AB類放大器

AB類放大器是一種混合類,其中輸出放大器都在波形交叉點附近傳導,這消除了交叉失真,這是B類放大器線性性能的主要缺點。這些放大器在射頻功率應用中很常見,因為它們比A類更高效,比B類更線性。

GaN功率放大器,18W,1000 MHz~2500 MHz, AB類,L和S波段,效率50%,28V,SMA

C類放大器

C類放大器被偏置,使得輸出電流在超過一半的信號周期內為零。這是一種比A類、B類或AB類放大器更有效的方法,但它最容易失真。然而,這些放大器通常用於高頻振盪電路,其中C類放大器輸出脈衝可以使用LC諧振電路轉換為正弦波。

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