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技術(shù)專題
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。通過添加或去除一些諧波成分，可以使用這種簡單的技術(shù)來設(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？
回答這個(gè)問題需要對(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。不同的放大器類具有不同的拓?fù)?，并且可以在飽和狀態(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)放大器類別是A類放大器，其中輸出只是輸入正弦波的放大版本。理想情況下，輸出中沒有額外的諧波含量?？梢詫?/span>AB，B和C類視為經(jīng)過整流的線性輸出，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類和F類功率放大器，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。波形整形是通過在特定頻率下提供諧振并從輸出中去除某些頻率來執(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，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限的。這些電路提供了一種通過增強(qiáng)或消除正弦輸諧波來調(diào)諧輸出波形的簡單方法。
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，該傳輸線的長度應(yīng)能在特定頻率下產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振。這是通過考慮線路的輸入阻抗來完成的?？梢詫⒌?/span>n次諧波看到的輸入阻抗寫為諧波數(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。