射頻E類功率放大器并聯電容技術研究

為了方便對非線性電容進行分析和計算，2000年A.Mediano等人提出了線性等效電容和形狀因子的概念，分別用CEQ和α表示。

線性等效電容是一個恒定不變的電容(因此可認為是線性的)，能夠代替非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)，同時在晶體管開關閉合期間的最后時刻又能產生和使用非線性電容時相同的歸一化工作狀態(即在晶體管開關開啟瞬間集電極為零電壓)，并且保持放大器其他元件的值。用這個等效電容取代非線性晶體管寄生輸出電容后，可以采用傳統設計方法設計E類功率放大器，并且能達到同樣的目的。

形狀因子用來表征并聯電容C1的非線性程度，表達式為

當α=0時，C1為線性；α=1時，放大器并聯電容完全由非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)構成。

為了計算這個等效電容，需要知道器件的輸出電容與電壓的關系。因此，每一個影響VD(t)的放大器參數都會同樣影響Cout(v)。因此，電源電壓和形狀因子在對CEQ的影響上起著重要作用，表達式為

圖3所示為不同電源電壓情況下等效電容的變化情況；圖4為晶體管漏端電壓波形受形狀因子α的影響變化情況。

要計算出準確的等效電容值，首先必須有一個完全線性的E類功率放大器電路，采用傳統功率放大器電路分析方法從中獲得線性并聯電容C1。用C1代替不是完全非線性的非線性電容，并通過不斷改變Cj0的值直到滿足最大工作效率狀態，即ZVS(zero-voltage switching)和ZVDS(zero-voltage-derivative switching)。此時得到的非線性電容值即為前文提到的線性等效電容。

3 合并聯電容的E類功率放大器設計方法

由于并聯電容對放大器電路的影響，含并聯電容的E類功率放大器設計方法與傳統方法有所不同。在設計中需要充分考慮并聯電容的影響，在不同pn結漸變系數、不同信號占空比等條件下，通過計算滿足最優化工作狀態ZVS和ZVDS時放大器的電路元件參數值，如附加電容、諧振電容和電感、補償電抗、負載等，從而獲得放大器的設計參數。文獻[5]給出了針對任意形狀因子、信號占空比、負載品質因數的E類功率放大器的詳細設計流程圖，并給出了負載品質因數為5時的設計數值結果表，為廣大設計者提供了設計參考。

4 結語

并聯電容在E類功率放大器中的作用十分重要，受到了人們的廣泛關注。本文對E類功率放大器中的并聯電容進行了詳細的介紹，并給出了計算方法；對并聯電容在E類功率放大器中的作用進行了分析，同時還給出了含并聯電容的E類放大器設計方法，以方便E類功率放大器的設計。