功率放大器的负载牵引法ADS设计过程

基本知识积累《放大器电路识图与故障分析》P197知识摘抄。电压放大级推动级功放输出级负载电压放大级：放大信号电压推动级：放大信号电压和电流功放输出级：放大信号电流（因为前两级已经把电压放大到足够电平）注：1.P=U*I。要放大电流，输出功率才大。2.因为功放有增益的指标，所以要电压放大。具体知识（包括A、B、AB类等的区分）可参见《放大器电路识图与故障分析》P197。功率放大器设计（用FLL351，设计A类，线性好）设计指标：频率：2G输出功率：35dBm=3.5W输入VSWR：1.5第1章偏置确定与设计1第2章确定负载阻抗的第一种方法-简单法3第3章确定负载阻抗的第二种方法-负载牵引法5第1章偏置确定与设计因为要输出3.5W，而甲类（A类）放大器的效率最高只能做到50%。PdcPo，其中=50%，Pdc是直流消耗的功率。所以Pdc=7W。而FLL351的供电是10V，则需要的最大电流为7W/10V=0.7A。所以Ids至少要大于700mA，因为要考虑线性，如果效率达到50%，那么它的线性就不会很好，所以一般增大Ids，以提高线性（Ids增大了，那直流功率也增大了，那么输出功率也相应增大了，相当于功率回退）。第2章确定负载阻抗的第一种方法-简单法功率放大器的输出功率：LCEsatRVVccPo22,其中Po是功放的输出功率，单位为瓦(W)；Vcc是电源电压，单位为V；CEsatV为C极和E极之间的饱和电压，LR为功放的负载阻抗。根据前面的介绍和分析，我们这个功放的设计参数：Po=3.5W，VCC=10V，CEsatV=1V。CEsatV（即FLL351的Vds,sat）的值可在FLL351的PDF中找到，如下图：有了以上的已知条件，根据LCEsatRVVccPo22，求得最佳的负载阻抗LR=11.6欧。下面把这个11.6欧带入原理图中仿真，查看输出功率是否能达到FLL351的最大功率。注意：要仿真输出功率，要放入XDB控件。所以不采用这种方法。注：这里得到的最大输出功率为32.65dBm，而在第三章中采用负载牵引法得到的最大输出功率为35.5dBm，达到FLL351所能提供的最好指标。可见负载牵引法的优势。分析：由于最佳负载阻抗LR是根据LCEsatRVVccPo22计算的，所以计算出的最佳负载阻抗LR没有包含频率信息和虚部（只有实部）。这是这种方法的缺陷，但是好像现在很多功放设计人员还是要采用这种方式的。第3章确定负载阻抗的第二种方法-负载牵引法在出现的原理图中，将里面的FET换成我们的FET：FLL351。仿真在原理图中，上面就是把负载牵引的工具调出来。在出现的新的中，把上面得到的新的圆心和半径，输入到原理图中。重新仿真在下图中，记录下输出最大功率时所需的负载阻抗为：8.995-j*8.513。自己新建一个原理图。注：这里得到的最大输出功率为35.5dBm，而在第二章中采用的一般方法得到的最大输出功率只有32.65dBm。可见负载牵引法的优势。分析：可以看出，上面的仿真都是在一个频点上进行的（比如我们上面是采用2G时进行仿真的），即：负载牵引法一次只能在单个频点上进行，不同频点的最佳负载阻抗是不同的，这在宽带功放设计的时候就是一个缺陷！