射频放大器基础知识线性放大器和开关放大器的关系(射频功率放大器的线性度)

导语：射频放大器基础知识：线性放大器和开关放大器

线性放大器

图3 线性放大器电压传输特性

考虑放大器电压传输特性，如图3所示。放大器的输出通过电压增益β与放大器的输入成线性比例。输出电压与输入电压特性相同。放大器的输入和输出之间的关系可以用数学方程表示为：

当晶体管作为电压相关的电流源（压控电流源，voltage-dependent current source）工作时，可以获得放大器的线性工作模式。然后使用导通角θ来确定放大器的工作类别。根据放大器类别，导通角变化范围高达2π。当晶体管作为与控制电压相关的电流源的使用时就得到了线性工作模式，如图4所示。

图4 线性放大器工作模式的等效电路表示

线性放大器的导通角，偏置和静态工作点如表1.1所示。导通角θ定义为给定晶体管在一个周期中的导通持续时间。整个导通周期被认为是360°。与负载线的交点称为“静态（quiescent）”工作条件或“Q点（Q points）”或晶体管的直流偏置条件，它们代表工作器件的电压和漏极电流，如图5所示。

表1.1 线性放大器的导通角，偏置和静态工作点

图5 线性放大器的负载线和偏置点

A类，AB类和B类放大器已用于可能需要线性放大的幅度调制（AM），单边带调制（SSB）和方波幅度调制（QAM）等线性应用中。表1.2和1.3给出了线性放大器和C类非线性放大器的工作特性总结。

表1.2 线性放大器工作特性总结

表1.3 线性放大器性能参数总结

开关模式放大器

当晶体管用作开关时，放大器工作在非线性工作模式，可以用图6中的等效电路说明。当需要高功率高效率应用时，C，D，E和F类放大器通常用作于窄带调谐放大器。 A，B，AB和C类放大器则作为跨导放大器（ trans-conductance amplifiers）工作，它们的工作模式取决于导通角。

图6 非线性放大器工作模式的等效电路表示

在诸如D类，E类和F类的开关模式放大器中，有源器件被有意地驱动到工作在饱和区域，并且使它们作为开关而不是如图4所示的A类，AB类，B类或C放大器作为电流源来工作。理论上，开关模式放大器可以完全消除晶体管中的功率损耗，因此，开关模式放大器可以实现100％的效率。

表1.4 开关模式放大器工作特性总结

表1.5 开关模式放大器性能参数总结

表1.4给出了一些开关模式放大器性能参数的总结，包括效率，归一化RF功率，归一化最大漏极电压摆幅和功率容量。表1.5比较了基于晶体管工作和应用的每种放大器类别，并给出了每种放大器类别的优缺点。

（完）

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