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技術(shù)專(zhuān)題
電路設(shè)計(jì)放大器中的諧波匹配
電路設(shè)計(jì)如何從放大器輸出中在PCB級(jí)或封裝級(jí)創(chuàng)建所需的波形？
輸入諧波終端。通過(guò)添加或去除一些諧波成分，可以使用這種簡(jiǎn)單的技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)功率放大器的輸出波形。執(zhí)行此操作的標(biāo)準(zhǔn)方法是利用功率放大器電路的輸入或輸出上的傳輸線諧振。這樣可以調(diào)整放大器輸出中的不同諧波，以產(chǎn)生所需的波形。以下是利用傳輸線諧振作為諧波終端的一部分的方法。
附加諧波從何而來(lái)？
回答這個(gè)問(wèn)題需要對(duì)放大器中使用的晶體管以及它們?nèi)绾卧陬l域中成形波形有一些基本的了解。不同的放大器類(lèi)具有不同的拓?fù)洌⑶铱梢栽陲柡蜖顟B(tài)或接近飽和狀態(tài)下運(yùn)行。下圖顯示了由具有一定直流偏移的正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)，不同放大器類(lèi)別的一些理想輸出波形。
打算在線性范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)放大器類(lèi)別是A類(lèi)放大器，其中輸出只是輸入正弦波的放大版本。理想情況下，輸出中沒(méi)有額外的諧波含量。可以將AB，B和C類(lèi)視為經(jīng)過(guò)整流的線性輸出，但可以將正極性和負(fù)極性信號(hào)重新組合以重建輸入正弦波。
較高的等級(jí)（D至T）設(shè)計(jì)為輸出初始輸入正弦波形，以及一些附加的諧波含量。有兩種方法可以產(chǎn)生這種額外的諧波含量：
添加一些額外的輸入諧波成分（例如，具有方波或鋸齒波的源），并以線性方式運(yùn)行放大器。在這種情況下效率會(huì)降低。
在高度飽和的狀態(tài)下運(yùn)行放大器。這將產(chǎn)生一些更高階的諧波含量，從而在輸出中提供很高的理想化效率。
用于某些RF產(chǎn)品的功率放大器，例如J類(lèi)和F類(lèi)功率放大器，在某些直流偏移的飽和狀態(tài)下會(huì)大量運(yùn)行，并且額外的諧波含量可提供更高的有效效率。波形整形是通過(guò)在特定頻率下提供諧振并從輸出中去除某些頻率來(lái)執(zhí)行的。這是諧波終端的中心理想。
使用傳輸線和LC電路進(jìn)行諧波端接
如果您可以控制放大器輸出中無(wú)限數(shù)量的諧波，那么放大器的效率將接近100％。實(shí)際上，強(qiáng)控制僅在特定諧波下可行，并且僅某些輸出諧波將占主導(dǎo)地位。使用串聯(lián)或振蕩LC電路是在輸出頻譜中特定諧波處產(chǎn)生諧振的有效方法。基波諧波的整數(shù)倍（偶數(shù)或奇數(shù)）也可以使用具有定義的特征阻抗的短路傳輸線來(lái)控制。
使用串聯(lián)和/或儲(chǔ)罐LC電路
從柵極輸入端到地面或從輸出端到地面放置一個(gè)串聯(lián)LC電路作為并聯(lián)元件，將在特定頻率下產(chǎn)生諧振。換句話說(shuō)，該頻率下的阻抗將為零，因此電流將接地短路。如果使用LC諧振電路，則所需頻率下的阻抗將是無(wú)限的。這些電路提供了一種通過(guò)增強(qiáng)或消除正弦輸諧波來(lái)調(diào)諧輸出波形的簡(jiǎn)單方法。
對(duì)于諧波而言，二階和三階諧波最為重要，因?yàn)樗鼈儗⒕哂泻芨叩膹?qiáng)度，因此，對(duì)于這些特定頻率，必須將任何LC電路設(shè)計(jì)為帶通或帶阻濾波器，作為諧波終止的一部分。請(qǐng)注意，連接到負(fù)載的線也是傳輸線，需要設(shè)計(jì)為具有所需的特性阻抗。入的特定使用諧振傳輸線
在這種策略中，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一條傳輸線，該傳輸線的長(zhǎng)度應(yīng)能在特定頻率下產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振。這是通過(guò)考慮線路的輸入阻抗來(lái)完成的。可以將第n次諧波看到的輸入阻抗寫(xiě)為諧波數(shù)n的函數(shù)：
如果將線路放置為并聯(lián)元件，則您的目標(biāo)是進(jìn)行調(diào)整，以使所需諧波處的輸入阻抗為無(wú)窮大或零。相同的條件將適用于下一個(gè)更高的偶數(shù)或奇數(shù)諧波。盡管需要包括負(fù)載阻抗，但相同的想法適用于晶體管輸出和負(fù)載之間的串聯(lián)線。