课程设计报告课程文献检索和科技论文写作题目D类射频功率放大器的设计与研究院别物理与电子工程学院年级四年级专业电子科学与技术班级 1 、2 学号050209212 、050210102 、104 、113学生郭成、栋、杰、黄海明指导教师吴银忠职称教授设计时间2013年10月5号D类射频功率放大器的设计与研究郭成、栋、杰、黄海明常熟理工学院10电科（1）班电科（2）班摘要：在现代无线通信系统中，功率放大器有着举足轻重的作用，其性能的优劣将直接影响整个无线通信系统的工作。

其中射频功率放大器的主要作用就是放大射频信号，以输出大功率为目的。

在这种需求之下，D类射频功率放大器成为首选。

它的最大特点就是能够在保持低失真的前提下得到高效率。

如今，快捷、便利、高效的AWR电子设计仿真技术，已经取代了传统的以电子电路实验为基础的电路设计分析方法，从而实现了真正意义上的电子设计自动化。

关键词：D类射频功率放大器AWR 工作频率输入/输出功率效率目录引言 (3)第一章检索过程和结果分析 (4)1.1放大器的主要参数 (4)1.2 射频功率放大器的分类 (5)1.3 D类射频功率放大器的优缺点 (6)1.4 D类射频功率放大器的原理及等效电路 (8)1.4.1 电流开关型D类放大器 (8)1.4.2 电压开关型D类放大器 (11)第二章D类射频功率放大器的效率 (14)2.1 D类射频功率放大器效率 (14)2.2晶体管输出特性分析 (16)2.3 D类放大电路失真分析 (17)第三章总结 (19)参考文献 (20)引言随着人类社会进入信息时代，无线通信技术有了飞速的发展，尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。

高频电磁波具有一些频率低端无法比拟或无法实现的特点和优点，如微波、毫米波能够穿透地球大气电离层，实现航天通信，所以丌发射频微波通信具有现实意义。

频率高端中的微波频段是目前研究与应用的热点，这导致了射频有源电路研制的繁荣。

在几乎所有的射频微波系统中，都离不丌对信号的放大，射频放大器在有源电路中占据了突出的位置。

射频功率放大器的应用领域比较广泛，比如在雷达、通信、导航、卫星地面站、电子对抗设备中都需要它。

D类功率放大器效率高、体积小等优点，为其赢得了广泛的市场。

射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。

在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。

为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。

无论在通信系统还是在通信对抗系统中,发射机系统末级的功率放大器是一个重要部件,而末级功率放大器占发射机整个系统功耗的60%~70%,从而制约了整个系统性能,尤其是弹载、星载系统对功放的体积功耗等要求更为苛刻。

传统A、B 功率放大器的理想效率都在70%以下,实际器件限制更是降低了效率值。

因此,提高功放效率,有着重要的意义，为此发展了D类开关模式的功率放大器]1[。

第一章检索过程和结果分析在检索过程中我们通过进入学校图书馆主页，找到电子资源目录。

分别在中国期刊全文数据库CNKI，Web of Science，万方博硕士全文数据库等数据库中搜索关于大学生社会适应能力的文章，在检索结果中找到和所需文献相关的信息，最后下载全文进行阅读。

从中我们主要了解了关于D类射频功率放大器的以下知识。

简介：1.1放大器的主要参数（1）1db功率压缩点通信系统中输出功率单位通常以dBm表示：mW10dBm(1.1.1)P)log()(out当放大器在非常低的输入功率时，功率增益为常数，放大器工作在线性区。

当输入功率增加时，收到放大管非线性特性影响，放大器功率增益逐渐被压缩，限制了最大输出功率。

在此区域，有线性失真、谐波和交互调变失真现象发生。

若继续再增加输入功率，则因放大管已工作在饱和区，其输出功率几乎维持不变]2[。

通常以输出增益（Gout）比线性增益小1db的位置来定义放大器工作围的上限，也就是1dB 输出功率压缩点（P1dB ），则P1db 点所对应的输出功率值表示式为P1db （dBm ）—Pin （dBm ）=Gout （dB ）—1 (1.1.2)（2）功率增益① 小信号增益：当输入多少的功率时，就会依照其放大功率来放大，这是理想的放大器，但事实上这是不可能做的出来。

一个真正的放大器就会因其放大管之特性不同而有不同的饱和区，以致会导致其在一个区段之增益有所不同。

② 输出功率增益比：在不同的输出功率，其增益也会有所不同。

故有些放大器会特别标示，其在多少的输出功率时的增益是多少。

(3) 效率因为在输入功率转换成输出功率工程中，一定会有功率损耗的情形发生，并且效率与线性度往往都是互相抵触的，因此在设计放大器电路时必须视系统要求而作适当取舍。

以下为一般放大器效率的定义：集电极效率：DCDC Out DC out C I V P P P ⨯==η (1.1.3) 功率附加效率： DCIN out PAE P P P -=η (1.1.4) 总效率： INDC Out T P P P +=η (1.1.5) （4） 失真 信号失真主要是由有源元件的非线性引起的。

其失真主要为谐波失真、AMto PM Conveision、互调失真。

1.2 射频功率放大器的分类射频功率放大器按照电流导通角 的不同，可分为甲（A）类、甲乙（AB）类、乙（B）类、丙（C）类。

射频功率放大器还有使功率器件工作在开关状态的丁（D）类放大器和戊（E）类放大器。

还有另外一类高效率放大器，即F类等放大器]3[。

根据输入与输出信号间的大小比例关系，功率放大器可分为线性放大器与非线性放大器两种。

属于线性放大器的有A类、B类及AB类放大器；属于非线性的则有C类、D类、E类、F类等类型的放大器。

（1）A类放大器是所有类型功率放大器中线性最高的，其功率元件在输入信号的全部周期均导通，即导通角为360°，但其效率却非常低，在理想状态下效率仅达到50%，而在实际电路中，则仍限制在30%以下。

（2）B类功率放大器的功率元件只在输入正弦波之半周期导通，即导通角仅为180°，其效率在理想状态下可达到78%，但在实际电路中所达到的效率不会超过60%。

（3）AB类功率放大器的特性介于A类和B类放大器之间，其功率元件偏压在远比正弦波信号峰值小的非零直流电流，因此导通角大于180°但远小于360°。

一般情况下，其效率介于30%~60%之间。

（4）C类功率放大器的功率元件的导通时段比半周期短，即导通角小于180°。

其输出波形为周期性脉冲，必须并联LC滤波电路后，才可得到所需要的正弦波。

在理论上，C类放大器的效率可达到100%，但在实际电路中仅能达到约60%的效率。

（5）D类、E类的功率放大器基本上都是所谓的开关模式放大器，其原理是将功率元件当作开关使用，并借助输出级的滤波及匹配网络使输出端得到完整的输出波形。

（6）F类功率放大器可算是C类功率放大器的延伸，他们的偏执方式相似，但F类放大器在功率管输出端与负载间加入了频波控制网络，一次提高效率。

在理论上他们都可以达到100%的效率，但在实际电路中仍受到开关切换时间等因素的控制而无法达到理想值。

设计功放电路前必须先考虑系统规格要求的重点，再来选择电路架构。

以射频功率放大器而言，有的系统需要高效率的功率放大器，有的需要高效率且线性度佳的功率放大器，有的需要较宽的操作频带等，然而这些系统需求往往是相互抵触的，如B类、C类、D类、E类架构的功率放大器皆可达到比较高的效率，但信号的失真却较为严重；而A类放大器是所有放大器中线性度最高的，但它最大的缺点是效率最低，这些缺点虽然可用各种Harmonic Termination电路的设计技巧予以改进，但仍无法提高到与高效率的功率放大器相当的水平。

具有高效率、高线性度及高功率的功率放大器自然成为电路设计者所努力的一个目标。

1.3 D类射频功率放大器的优缺点优点：（1）效率高。

在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右），B类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。

这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式，无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。

工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通，理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。

（2）功率大。

在D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。

（3）失真低。

D类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。

在D类功放中，没有B类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。

（4）体积小、重量轻。

D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。

而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片，使得整个D类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。

（5）能量转换效率极高，可靠性高。

耗电量仅为同功率等级模拟放大器的三分之一。

其电源实际使用效率可以高达90%以上，节约能源，也符合环保要求。

由于D类功放极高的效率，半导体器件的温升明显减小，失真率也就显著减小。

（6）可连接的最低负载阻抗可以很低，并且无论负载阻抗高低而电源转换效率基本保持不变。

（7）瞬态响应好，即“动态特性”好。

由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为功率输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特征。

由于D类功放采用的FET管导通的时候，Vds的压降极小，故D类功放的输出负载电压最大幅度接近于供电电压。

而线性功放，由于静态偏置和Vces的影响，输出负载最大电压幅度是和供电电压还有一定差距，在低压系统中，这个现象更加明显。

（8）适合于大批量生产。

产品的一致性好，生产中无需调试，可靠性好，只要保证元器件正确安装即可。

不足：（1）输出功率功率晶体管并不是纯粹的开关，也不是匹配得很好，会带来畸变失真。

（2）功率输出电路是用两只功率晶体管接成的桥路，一只功率晶体管导通，另外一只关闭，这之间存在死区。

（3）对采样时钟的抖动很敏感，采样时钟频率的细微抖动都会引来较大的失真。

实际D 类功放的缺点正通过技术的改进不断得到改善，而它固有的效率高的优点也不断的得到加强，相信以后D 类功放将会全面的取代A/B/AB 类的功放，特别是在追求较大功率和较高效率的场合。