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功率放大器為什么要關(guān)注阻抗匹配問(wèn)題?如何進(jìn)行阻抗匹配?

更新時(shí)間:2023-07-25      點(diǎn)擊次數(shù):825
  功率放大器的匹配方法在線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,為獲得最大功率傳輸,網(wǎng)絡(luò)通常采用共軛阻抗匹配方式,但由于功率放大器輸入、輸出阻抗呈現(xiàn)非線(xiàn)性,不可能實(shí)現(xiàn)共軛匹配,通常是將50Ω負(fù)載變換到這樣一個(gè)阻抗值,其實(shí)部可在輸入、輸出偏置電壓下獲得最大輸出功率,其虛部可以將晶體管內(nèi)部寄生元件調(diào)諧掉,該網(wǎng)絡(luò)變換成的阻抗稱(chēng)為最佳負(fù)載阻抗,也稱(chēng)為動(dòng)態(tài)輸出阻抗。   由于功率放大器工作于非線(xiàn)性,小信號(hào)放大器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法不再適用。通常采用以下三種方法來(lái)設(shè)計(jì)功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò):動(dòng)態(tài)阻抗法、大信號(hào)S參數(shù)法和負(fù)載牽引法。
 
  動(dòng)態(tài)阻抗法:動(dòng)態(tài)阻抗法要求提供大信號(hào)工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)輸入、輸出阻抗。動(dòng)態(tài)阻抗測(cè)試原理是:將功率管調(diào)整到最大功率輸出狀態(tài),然后分別測(cè)出從信號(hào)源向功率管輸入端看去、從負(fù)載向輸出端看去的阻抗,其阻抗值即為動(dòng)態(tài)輸入(Zin)、動(dòng)態(tài)輸出阻抗(ZOL)。
 
  大信號(hào)S參數(shù)法:利用大信號(hào)S參數(shù)可以進(jìn)行功率放大器的功率增益、穩(wěn)定性的分析和增益、平坦度的設(shè)計(jì)。用大信號(hào)S參數(shù)設(shè)計(jì)功率放大器時(shí),除了應(yīng)根據(jù)輸出功率的大小選擇負(fù)載阻抗外,還可以根據(jù)絕對(duì)穩(wěn)定條件和潛在不穩(wěn)定條件兩種情況分別進(jìn)行考慮。由于大信號(hào)S參數(shù)的測(cè)量比較困難,通常采用雙信號(hào)法或大電流直流擬合法來(lái)測(cè)量大信號(hào)S參數(shù)。
 
  負(fù)載牽引法:負(fù)載牽引法要求給出對(duì)應(yīng)各種不同的輸出功率、功率增益和效率等參數(shù)的數(shù)據(jù),由計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)系統(tǒng)較為復(fù)雜。通常對(duì)于大功率晶體管而言,廠(chǎng)家都會(huì)給出功率晶體管道動(dòng)態(tài)輸入、輸出阻抗。
 
  由于匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一般以50W(即史密斯圓圖圓心)為準(zhǔn),所以采用以上三種方法,無(wú)論是通過(guò)仿真軟件還是實(shí)際儀器如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,都要在史密斯圓圖上匹配到50W。匹配電路設(shè)計(jì)目標(biāo):
 
  輸入匹配電路:把微波晶體管的復(fù)數(shù)輸入阻抗變換為50W電阻性的源阻抗。
 
  1) 最佳噪聲:Gout1=Gopt (Zout1=Zopt=1/Yopt);
 
  2) 最大功率增:Zout1=Zin*。
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