基于宽禁带功率器件的F类放大器的研究与设计

F类射频功率放大器作为开关模式放大器的一种,其理想效率为100%。传统F类功率放大器的设计方法是利用输出端谐波抑制,在晶体管的漏极得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率。文章通过研究电路的结构,在F类功率放大器的输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络,能够更有效提高输出功率和功率附加效率;结合宽禁带功率器件,在S波段完成一款电路的设计,在3.45~3.55GHz频带内,输入激励为28dBm条件下,测试得到最大PAE能够达到78.3%,输出功率40.5dBm,实验结果和仿真结果基本吻合。     

输入端谐波抑制S波段高效率F类功率放大器的研究

传统的F类功率放大器设计方法是对其输出端进行谐波抑制,在输出端得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率.新型高效率F类功率放大器在输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络能够有效提高输出功率和功率附加效率;在S波段完成一款电路的设计并进行测试,在电路设计中采用新的负载牵引、源牵引仿真方法,实验结果和仿真结果非常吻合.在输入激励为28dBm条件下,测试结果表明,最大PAE能够达到75.4%,输出功率40.3dBm.     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

高效E类射频功率放大器的设计

E类射频功率放大器是一种新型高效率的放大器,理论效率可以达到100%,有广阔的发展前景.文章研究了E类RF放大器的电路结构、工作原理、存在的问题,以及解决的方法--差分和交叉耦合反馈结构,最后给出了E类放大器的实例.     

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.     

基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

E类放大器是磁共振无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统中常用的高频电源,其开关效率是评价WPT系统整体性能的关键指标.针对E类放大器中开关器件的效率和电压应力与负载的紧耦合关系导致其输出效率的不稳定,根据锂离子电池的充电特性和E类放大器的输出效率特性,选用合理的谐振补偿网络结构,提出了一种通过电容和电感阵列实现E类放大器零电压开关状态的主动控制策略.结果表明:在20 cm气隙条件下实现了功率输出为1.1 kW、逆变部分效率高于95％以上的WPT系统实验,大大提高了采用E类放大器的WPT系统的稳定性,验证了所提出控制策略的有效性.     

基于GaN器件的平衡式逆F类功率放大器的研究与设计

针对功率放大器效率低和输入输出端反射损耗较大的缺陷,采用平衡式结构研究了工作于2.6 GHz的逆F类功率放大器,并基于GaN器件CGH40010F设计该放大器验证电路。根据功放管输出寄生参数的等效网络,将负载阻抗转换到封装参考面上,在输出匹配电路中对二、三次谐波进行抑制处理。并且考虑栅源寄生电容对输入信号的影响,在输入拓扑结构中加入二次谐波抑制电路,进一步提高了放大器的效率。同时,在栅漏极偏置电路中,采用扇形微带线代替短路电容,使电路结构更为紧凑。经仿真优化,采用Rogers4350b板材制作该功放电路板。实测表明,饱和输出功率为42.32 dBm,最大漏极效率为77.91%,最大功率附加效率(power added efficiency, PAE)达到72.16%,输入输出驻波系数(voltage standing wave ratio, VSWR)均小于2。实测结果与仿真数据基本吻合,验证了设计方法的可行性。     

前馈型轨到轨恒跨导恒增益CMOS运算放大器

设计了一种恒跨导恒增益的轨到轨运算放大器.输入级采用一倍电流镜控制的互补差分对结构,实现轨到轨和恒跨导.通过分析运算放大器电压增益随共模电压变化的原因,提出了一种前馈型恒增益控制模块,可以根据共模电压开启或关闭附加电流源,使运算放大器电压增益保持恒定.输出级采用前馈型AB类输出结构,以达到轨到轨输出效果.采用Chartered公司0.35μm工艺进行流片,仿真及测试结果表明:该运算放大器的直流开环增益为125dB,单位增益带宽为8.879MHz,在整个共模范围内电压增益最大变化率为1.69%.     

电源电压对伺服放大器动态特性的影响

针对常用的电流并联负反馈放大器,研究电源电压对伺服放大器动态特性的影响。建立伺服放大器的线性模型和考虑饱和特性的非线性模型。利用两种模型研究阶跃信号输入时,电源电压变化对伺服放大器控制电流建立时间的影响。随着电源电压的增大,控制电流建立时间减小,当电源电压达到伺服放大器额定控制电流所对应的输出电压的３￣４倍以上时,电源电压对提高伺服放大器动态性能的作用明显减弱。若考虑伺服放大器效率及电源功率等因素     

数模转换器构成的可编程放大器

介绍了一种实用的数模转换器构成的可编程放大器。该放大器利用外接参考电源及无放大器类的DA转换器,以参考电压端为输入信号端,外加入大器反馈电阻产生较大的电压增益,从而完成了大的动态范围多级增益的可编程放大器。     

D类音频功放芯片自恢复过流保护电路

针对高功率D类功放芯片使用过程中可能出现的短路操作导致芯片损坏的风险,设计并实现了一种具有自恢复能力的D类功放过流保护电路。在功放芯片输出管脚发生对地短路、对电源短路、或者2个输出管脚之间相互短路时,能够及时关闭功率电路输出以保护芯片不会损坏。芯片测试结果表明,5 V/4 Ω条件下,该D类功放输出最大功率2.75 W,效率90%。过流保护电路工作正常,过流域值约为3A。较之其他电路方案,本方案的优点在于,当短路事件去除后,能够及时自动恢复正常输出,克服了传统保护方案需要芯片复位才能恢复正常工作的缺点。     

应用于无线通信基站的Doherty功率放大器

采用Doherty技术设计并实现了一款应用于无线通信基站的S波段高效率功率放大器,通过非对称功率输入的方式使得整个功放在更宽的功率范围内获得高效率。设计中采用了安捷伦公司的先进设计系统软件(advanced design system,ADS),选取恩智浦公司型号为MRF7S21080H与MRF8S21100H的横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)功放晶体管,两款晶体管的工作频率均为2.14~2.17 GHz。经过电路仿真与实物调试,最终设计并实现了功率回退达到7 dB的功率放大器,其增益为13.5 dB,并且在7 dB功率回退点上效率达到35%,峰值功率效率达到42%。相比其他功率放大器,该放大器具有较大的功率回退范围与更高的效率。结果证明,通过不对称输入方式所设计的Doherty功率放大器可以获得更宽的功率回退范围。     

宽带GaAs MMIC功率放大器的设计

概述了GaAs MMIC放大器的技术发展,探讨了功率单片的设计技术。介绍了一种S/C波段宽带GaAs MMIC功率放大器的设计与工艺制作情况。该芯片采用有耗匹配电路结构,利用HFET工艺制作,在3~6GHz频段内饱和输出功率达到3W,功率增益大于23dB,输入、输出驻波比均小于2.5:1,效率为18~25%。     

光子带隙结构用于改善功率放大器的性能

利用一种渐变尺寸的光子带隙结构的带阻特性，来抑制功率放大器输出端的二次谐波分量，通过减小消耗在二次谐波分量上的能量来提高功率放大器的输出性能。为了尽量减小PBG结构对功率放大器基频分量的影响，对所选择的PBG结构的尺寸参数进行了优化。通过实验分析证明了优化后的PBG结构可以在很宽的频段内（6.9-7.5GHz)有效地改善功率放大器的输出特性。     

虚地输出式高精度数控电源设计

为了解决传统电源输出电压幅度不高的问题,设计了一款高精度、高质量的直流稳压电源——虚地输出式数控电源.它采用ATmega8单片机和高精度16位DA转换芯片——DAC8532进行程序控制,通过差分放大电路、运算放大电路和设置不同的参考点来进行电压放大和输出,并通过负反馈来提高电压输出精度.该设备能够产生较高的输出电压,具有安全方便、自动快捷等优点.     

PWM功率放大器在磁浮主轴中的应用

主要分析了ＰＷＭ功率放大器在主动型磁浮轴承（ＡｃｔｉｖｅＭａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓ）中的应用。为了提高磁浮轴承刚度及主轴转速，要求其电流功率放大器效率高，能提供大电流，而且通频带宽。磁浮系统的负载为电感线圈，普通的线性功率放大器效率低不能满足上述要求，为此作者设计了带电流负反馈的ＰＷＭ型功率放大器。实验表明，这种功率放大器，效率高、通频带宽、线性范围大、信号失真小，从而提高了控制系统的稳定性。     

开关电源时变模型的新型PID算法

针对开关电源模型的复杂性和时变性,传统PID控制无法很好满足其控制要求等问题,提出一种新型的免疫反馈PID控制器。该控制方法性能在模型时变的系统中优于常规PID控制。在此基础上,利用IGBT作为主要开关器件,采用全桥式带变压隔离器的BUCK变换器作为主电路结构,以TMS320F2812作为控制电路核心,研制出一种新型数字化车载110 V高频开关电源。将所提出的控制方法应用于样机,通过测试发现样机输出精度达到1%,高于传统车载110 V控制电源的精度5%;此外,其响应速度迅速,谐波小,可靠性强。     

基于FPGA的三相变频电源系统设计

基于现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray,FPGA）设计了一种单相输入三相输出的数字式控制变频电源．将单相市电输入该系统后,经过整流、升压、滤波、三相桥式逆变和低通滤波输出三相近似正弦交流电．根据三相异步电动机的调速特性,系统由控制器改变内部调制波的幅值和频率,进而调节三相正弦脉冲宽度调制（SinusoidalPulsewidthModulaton,SPWM）波的脉宽和频率,最终实现三相交流异步电动机的变压变频调速（VariableVoltageVariableFreguency,VVVF）控制．系统调制结果证明该电源的设计是可行的,且系统操作方便快捷、界面友好,可为实现全数字智能控制提供参考．