图1 E类功放原理图
当输入电压大于阈值电压时,场效应管工作在线性区,相当于开关闭合,由于漏源间电阻ron很小,因此VD近似为0;而当输入电压小于阈值电压时,场效应管截止,相当于开关断开,ID为0。此时,C开始充电,引起VD增加,调谐网络从VD中滤出基波,传输到负载电阻上。当开关再次闭合时,有VD=0和dVD/dt =0,从而使得场效应管上的电压和电流不同时出现,消除了由于充放电带来的(1/2)CV2的损耗,晶体管理想效率达到100%。
除了高效率,E类功放还有一个优点就是功率可调节性,即在保证输出效率的同时能较大范围的调节输出功率。因为场效应管相当于开关,所以输入电压的幅值不会影响输出功率的大小。同样的,当场效应管处于三极管区时,漏源间的电阻ron上会有功率消耗PLOSS,这是E类功放的最主要功率损耗。由于PLOSS与VD2成正比,我们可以将漏极效率表示为:
(1)
其中,C为常数。这样,通过调节电压保证一定的输出功率,E类功放就能保持较高效率。
存在问题
E类功放同样也具有不少的局限性。例如,因为VD比VDD大上三倍左右,所以在设计的时候就必须考虑到击穿电压的影响,这样会使得输出的功率范围有很大的局限性。此外,为了减少ron带来的损耗,必须尽可能地增大宽长比,但是晶体管的面积越大,就会造成栅极的电容越大,使得在输入端需要更小的电感来进行耦合,这会对输入端信号提出更高的要求,很难通过BiCMOS工艺精确实现。而且大的栅漏电容会引起输出端到输入端的强反馈,这导致了输入和输出之间的耦合。最后,单端输出电路每个周期都要向地或者硅衬底泄放一次大的电流,这可能会引起衬底耦合电流的频率和输入、输出信号的频率相同,从而在输出端产生了错误的信号。
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