[发明专利]混合类放大器

说明书

本发明提供了一种功率放大器(10)，配置用于在谐波频率产生阻抗，以使得功率放大器(10)在低输出幅度范围内操作于C类模式，而在高输出幅度范围内操作于F类或反相F类模式。

本申请是2008年9月1日提交的中国专利申请No.200880130947.7的发明名称为“混合类放大器”的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及一种能够在不同类模式下操作的放大器，以及更具体地，涉及用于将放大器配置为具有C类放大器的所选特征以及F类或者反相F类放大器的所选特征的机制和技术。

背景技术

移动电信服务的快速发展已经导致对于低成本、低功率和缩减尺寸及重量的设备的需求日益增加。一种这类设备存在于用于移动通话的基站和终端中的发射机中，以及用于广播和其他无线系统的发射机中。发射机采用功率放大器来对到天线的射频(RF)信号进行放大。通常，功率放大器必须是高效的，不要过热，需要额外的冷却或汲取较少功率，以增大电池使用时间并降低功率成本。

放大器效率的一方面与功率放大器所使用的电流和电压波形相关。更具体地，放大器效率与作为功率放大器一部分的晶体管上的同时电压降以及流过该晶体管的电流的量相关。电压降和流过晶体管的电流的减小导致所使用的功率减小。电压降和流过晶体管的电流的减小由晶体管处的电压和电流的波形指示。高(最大)输出功率的最优波形不同于低输出功率(相对于最大输出)的波形，并且用于获得那些波形的传统电路是彼此排斥的。为了更好地理解示例性实施例，接下来讨论功率放大器的现有技术。

传统上，根据功率放大器的电流和电压的线性和波形，将功率放大器分为不同的类。两类主要的功率放大器是线性和非线性功率放大器。A类、AB类、B类和C类对应于线性功率放大器，而D类和F类对应于非线性功率放大器。在这方面，图1A示出了线性功率放大器的输出，图1B示出了非线性功率放大器的输出。图1A和图1B的轴使用任意单位。接下来，更详细地讨论A类、AB类、B类、C类、D类和F类。每一类由电路属性(对于一些类是相同的)以及施加至晶体管的偏置(在一些类之间是不同的)来表征。

A类功率放大器定义为如图2所示的被偏置以使得输出电流始终流过的放大器，以及输入信号驱动电平保持足够小，以避免在截止区域中驱动晶体管。换言之，晶体管的导通角为360°，这意味着晶体管在输入信号的整个周期导通。这种属性使得A类功率放大器是所有放大器类型中最为线性的放大器。

B类功率放大器是其中晶体管的导通角约为180°的放大器，如图3所示。在这一类中，电流波形是半波形整流正弦波，电压由并联谐振储能电路限制于供电电压的正弦偏移。用于B类操作的理想晶体管具有截止以上的恒定跨导和正好在截止处偏置的栅极或基极。因此，直流(DC)供电电流与RF输出电流成正比(即，与半波整流正弦波的基本谐波分量成正比)。正弦RF输出电压还与RF输出电流成比例(针对公共线性负载电阻)。这使得功率放大器的效率与输出信号的幅度成比例。

恒定供电电压的B类放大器的效率与输出电压成比例，对于无损电路中的理想器件最大高达78.5％。因此，输出平均信号电平低于最大(峰值)电平(即，具有较高峰均比)的信号的B类放大器的平均效率低于最大输出处的效率。

一些晶体管(以下称为“准线性”)不具有截止以上的恒定跨导，但是可以看作为具有第一基本线性的部分，随后是基本恒定的部分(在该部分上效率通常再次下降)。在这种情况下，通过如图4所示的所谓的AB类偏置来获得最好的线性。选择施加至栅极或基极的恒定(直流)偏置电压作为跨导斜率上的点，跨导在该点周围最大程度地(奇)对称。在如图4所示的简化模型中，这个点正好在跨导曲线的线性斜率部分的中间。

由于AB类的栅极偏置处于跨导斜率的中间，因而即便不存在RF信号，晶体管也汲取电流。因此，AB类功率放大器的效率(尤其是对于低信号幅度)低于如图3所示的B类放大器的效率。AB类功率放大器的电流脉冲与B类的半波形整流正弦波脉冲类似，但在每一侧补充了“尾巴”。