提高放大器效率的设计方法 留言
The Maximally Efficient Amplifier
原文始发于微信公众号（actMWJC）
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Gareth Lloyd, Rohde & Schwarz, Munich, Germany
射频前端 (RFFE)的用电效率是所有无线电产品的重要指标，无论它们是用电池供电的还是用电源供电的，较高的用电效率都很重要。对于电池供电的器件和设备来说，最大程度地降低其耗电量可以延长电池充电的时间间隔；而对于用电源供电的设备，用电效率则会对产品的更多特性产生影响，例如设备的耗电量、设备的体积和重量等。由于这些显而易见的原因，工程师们发明了各种各样的射频放大器结构，希望能把无线电发射机浪费的电量降低到最低。不过，虽然各种方法都能不同程度地起到提高放大器用电效率的作用，但是其中有些方法是在无法实现的工作模式上设计的，有的则没能充分利用好器件的各种性能。
已调放大器
人们用已调放大器电路上正弦波电压的波形特性和其准线性工作模式的细微差异，来描述射频放大器特性，并据此把射频放大器分为A类、AB类、B类，和C类等1。图1是用受控电流源实现的大功率放大器的一个简化模型，在频域范围内，我们可以简单地看一下这个模型在三种频率上的工作情况：
§ 直流：直流电流流过低通滤波器和受控直流源（在本文的剩余部分会用“器件”这两个字来代表受控直流源），图中的带通滤波器和高通滤波器会把直流电流流向电路中任何其它部分的路径隔断。
§ 基波频率：流经器件的射频信号的基波频率分量按照设计只会流向阻抗为Z负载的负载，在器件和负载上产生电压。
§ 谐波频率：模型电路中的高通滤波器会把流经器件的谐波电流都短路掉，也就是说，经过器件的信号的任何谐波分量所能“看到”的是一个零阻抗，不会在其上产生电压。
器件上的电压只有直流电压和基波频率（正弦波）电压这两个分量，器件上的电压是Vd，流经器件的电流是id，电压和电流都是正弦波周期信号，两个波形有重叠的时间就是器件有功率消耗的时间。图2是A类放大器（放大器中最简单的类型）的功率消耗随时间变化的三种情况。当放大器输出信号的功率逐渐降低时，器件所消耗的功率会慢慢趋向一个固定值；当放大器输出信号的功率提高时，器件所消耗的功率就会降低。器件消耗的功率是图2中功率消耗曲线下的面积（图2中最下面的三个图）。无论放大器输出信号的功率是高还是低，供电电路给放大器提供的总能量是固定不变的。以图2中的A类放大器为例，从图a到图c，当放大器输出信号的功率不断提高时（Vd和id的峰值越来越高），器件所消耗（浪费）的功率就会不断下降——阴影的面积越来越小（请注意这里所说的放大器是包括受控电流源（器件或晶体管）和放大器电路的整体，而器件则只是指受控电流源。器件消耗的功率是被受控电流源所“浪费”而没有用于放大射频信号的能量）。
提高放大器效率的技术
那些旨在提高放大器效率的技术对效率提高有怎样的帮助呢？从按照降低已调放大器浪费功率的技术对放大器进行分类的角度看，这些提高效率的技术只涉及到器件本身，而与诸如谐波负载电路或调谐电路之类的外围工作电路无关。
