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第1章 绪论 1

1.1 射频发射机 1

1.2 便携式电子产品的电池 1

1.3 射频功率放大器原理框图 2

1.4 射频功率放大器的分类 3

1.5 射频功率放大器的信号波形 5

1.6 射频功率放大器的参数 5

1.6.1 射频功率放大器的漏极效率 5

1.6.2 发射机平均效率的统计特性 7

1.6.3 栅极驱动功率 8

1.6.4 功率附加效率 8

1.6.5 输出功率能力 9

1.7 发射机的噪声 10

1.8 功率放大器效率为100％的条件 10

1.9 功率放大器100％效率时输出功率非零的条件 13

1.10 E类ZVS放大器的输出功率 15

1.11 E类ZCS放大器 17

1.12 天线 18

1.13 电磁波的传播 20

1.14 频谱 21

1.15 双工器 23

1.16 多址技术 23

1.17 发射机的非线性失真 24

1.18 载波信号的谐波 24

1.19 互调失真 27

1.20 AM/AM压缩和AM/PM转换 31

1.21 功率放大器的动态范围 31

1.22 模拟调制 32

1.22.1 幅度调制 34

1.22.2 相位调制 39

1.22.3 频率调制 40

1.23 数字调制 44

1.23.1 幅移键控 44

1.23.2 相移键控 44

1.23.3 频移键控 45

1.24 雷达 46

1.25 射频识别 47

1.26 本章小结 48

1.27 复习思考题 49

1.28 习题 50

参考文献 50

第2章 A类RF功率放大器 52

2.1 引言 52

2.2 功率MOSFET器件的特性 52

2.2.1 MOSFET器件漏极电流的平方律 52

2.2.2 沟道长度调制 53

2.2.3 MOSFET的低中频小信号模型 54

2.2.4 MOSFET高频小信号模型 54

2.2.5 单位增益频率 55

2.3 短沟道效应 56

2.3.1 电场对电荷载流子迁移率的影响 56

2.3.2 欧姆区 57

2.3.3 沟道夹断区 58

2.3.4 宽禁带半导体器件 61

2.4 A类射频功率放大电路 63

2.5 A类射频放大器中的信号波形 64

2.5.1 假设 64

2.5.2 电流和电压波形 65

2.5.3 输出功率波形 66

2.5.4 晶体管功率损耗波形 67

2.6 A类射频功率放大器的能量参数 71

2.6.1 A类射频功率放大器的漏极效率 71

2.6.2 A类射频功率放大器的统计特性 73

2.6.3 最小漏极-源极电压非零时的漏极效率 76

2.6.4 A类射频功率放大器的输出功率能力 76

2.6.5 栅极驱动功率 77

2.7 并联谐振电路 77

2.7.1 并联谐振电路的品质因数 77

2.7.2 并联谐振电路的阻抗 78

2.7.3 并联谐振电路的带宽 80

2.8 并联谐振电路的功率损耗和效率 80

2.9 带有电流镜的A类射频功率放大器 83

2.10 阻抗匹配电路 86

2.11 A类射频线性放大器 89

2.11.1 用于变包络信号的放大器 89

2.11.2 用于恒包络信号的放大器 91

2.12 本章小结 91

2.13 复习思考题 92

2.14 习题 92

参考文献 93

第3章 AB类、B类和C类射频功率放大器 94

3.1 引言 94

3.2 B类射频功率放大器 94

3.2.1 B类射频功率放大器的电路 94

3.2.2 B类射频功率放大器的波形 94

3.2.3 B类射频功率放大器的功率关系 98

3.2.4 B类射频功率放大器的漏极效率 99

3.2.5 B类射频功率放大器漏极效率的统计特征 100

3.2.6 A类与B类射频功率放大器的漏极效率比较 102

3.2.7 B类射频功率放大器的输出功率能力 103

3.3 AB类和C类射频功率放大器 105

3.3.1 AB类和C类射频功率放大器的波形 105

3.3.2 AB类、B类和C类射频功率放大器的功率 110

3.3.3 AB类、B类和C类射频功率放大器的漏极效率 110

3.3.4 AB类、B类和C类射频功率放大器的输出功率能力 111

3.3.5 θ＝120°时AB类射频功率放大器的参数 112

3.3.6 θ＝60°时C类射频功率放大器的参数 114

3.3.7 θ＝45°时C类射频功率放大器的参数 116

3.4 推挽互补式AB类、B类和C类射频功率放大器 119

3.4.1 推挽式射频功率放大电路 119

3.4.2 推挽式放大器消除偶次谐波 119

3.4.3 推挽式射频功率放大器的功率关系 120

3.4.4 器件应力 121

3.5 变压器耦合的B类推挽式射频功率放大器 123

3.5.1 波形 123

3.5.2 功率关系 125

3.5.3 器件应力 126

3.6 变包络信号的AB类、B类和C类射频功率放大器 127

3.7 本章小结 129

3.8 复习思考题 130

3.9 习题 131

参考文献 131

第4章 D类射频功率放大器 132

4.1 引言 132

4.2 MOSFET开关 132

4.3 D类射频功率放大器的电路描述 133

4.4 D类射频功率放大器的工作原理 135

4.4.1 工作频率小于谐振频率 137

4.4.2 工作频率大于谐振频率 139

4.5 电压型D类射频功率放大器的拓扑结构 140

4.6 分析 141

4.6.1 假设 141

4.6.2 谐振电路的输入电压 141

4.6.3 串联谐振电路 142

4.6.4 串联谐振电路的输入阻抗 145

4.7 D类功率放大器的带宽 148

4.8 工作在谐振频率处的D类射频功率放大器 150

4.8.1 理想D类射频功率放大器的特性 150

4.8.2 D类功率放大器电流和电压应力 151

4.8.3 D类射频功率放大器的输出功率能力 151

4.8.4 D类射频功率放大器的功率损耗和效率 151

4.8.5 栅极驱动功率 152

4.9 带有幅度调制的D类射频功率放大器 155

4.10 工作在谐振频率外的D类射频功率放大器 157

4.10.1 电流和电压应力 160

4.10.2 工作在短路和开路条件下的D类射频功率放大器 162

4.11 半桥式D类功率放大器的效率 163

4.11.1 传导损耗 163

4.11.2 接通开关损耗 163

4.11.3 断开开关损耗 167

4.12 设计实例 168

4.13 变压器耦合的推拉式D类电压开关型功率放大器 169

4.13.1 波形 169

4.13.2 功率 171

4.13.3 电流和电压应力 171

4.13.4 效率 171

4.14 全桥式D类射频功率放大器 173

4.14.1 电流、电压和功率 173

4.14.2 全桥式D类射频功率放大器的效率 176

4.14.3 工作在短路和开路条件下 177

4.14.4 电压传递函数 177

4.15 全桥式D类射频功率放大器的相位控制 178

4.16 电流开关型D类射频功率放大器 180

4.16.1 电路和波形 180

4.16.2 功率 181

4.16.3 电压和电流应力 181

4.16.4 效率 182

4.17 变压器耦合的推拉式D类电流开关型射频功率放大器 183

4.17.1 波形 183

4.17.2 功率 185

4.17.3 器件应力 185

4.17.4 效率 185

4.18 桥式D类电流开关型射频功率放大器 188

4.19 本章小结 191

4.20 复习思考题 192

4.21 习题 192

参考文献 193

第5章 零电压开关的E类射频功率放大器 195

5.1 引言 195

5.2 电路描述 195

5.3 电路工作原理 196

5.4 零电压开关和零微分工作状态下的E类放大器 198

5.5 次优工作状态 198

5.6 电路分析 199

5.6.1 假设 199

5.6.2 电流和电压波形 199

5.6.3 电流和电压应力 201

5.6.4 串联谐振电路两端的电压幅度 202

5.6.5 负载网络的元件参数值 203

5.6.6 输出功率 205

5.7 理想E类放大器的漏极效率 205

5.8 射频扼流电感 205

5.9 E类放大器的最大工作频率 206

5.10 占空比为0.5时的放大器参数小结 206

5.11 效率 208

5.12 基本的E类放大器设计 210

5.13 谐振电路的阻抗匹配 213

5.13.1 分接电容的π1a型阻抗匹配谐振电路 214

5.13.2 分接电感的π2a型阻抗匹配谐振电路 216

5.13.3 π1b型阻抗匹配谐振电路 218

5.13.4 π2b型阻抗匹配谐振电路 220

5.13.5 1/4波长阻抗变换器 222

5.14 带有非线性并联电容的零电压开关E类射频功率放大器 224

5.15 推挽式零电压开关E类射频功率放大器 228

5.16 带有有限直流馈电电感的零电压开关E类射频功率放大器 229

5.17 带有并串联谐振电路的零电压开关E类射频功率放大器 231

5.18 输出电压非正弦的零电压开关E类射频功率放大器 233

5.19 带有并联谐振电路的零电压开关E类射频功率放大器 236

5.20 零电压开关E类射频功率放大器的幅度调制 240

5.21 本章小结 241

5.22 复习思考题 242

5.23 习题 242

参考文献 243

第6章 零电流开关的E类射频功率放大器 248

6.1 引言 248

6.2 电路描述 248

6.3 电路工作原理 248

6.4 电路分析 250

6.4.1 稳态电流和电压波形 250

6.4.2 峰值开关电流和电压 252

6.4.3 电流和电压的基频分量 252

6.5 放大器的功率 253

6.6 负载网络的元件参数值 254

6.7 设计实例 254

6.8 本章小结 255

6.9 复习思考题 256

6.10 习题 256

参考文献 256

第7章 DE类射频功率放大器 257

7.1 引言 257

7.2 DE类射频功率放大器分析 257

7.3 电路组成元件分析 262

7.4 元器件应力 264

7.5 电路的设计方程 264

7.6 电路的最大工作频率 265

7.7 仅有一个并联电容的DE类放大器 266

7.8 电路的输出功率 268

7.9 晶体管输出电容的非线性消除方法 268

7.10 DE类射频功率放大器的幅度调制 269

7.11 本章小结 269

7.12 复习思考题 269

7.13 习题 270

参考文献 270

第8章 F类射频功率放大器 272

8.1 引言 272

8.2 含有三次谐波的F类射频功率放大器 273

8.2.1 放大器F3的最大平坦度 276

8.2.2 放大器F3的最大漏极效率 282

8.3 含有三次和五次谐波的射频功率放大器F35 290

8.3.1 放大器F35的最大平坦度 290

8.3.2 放大器F35的最大漏极效率 296

8.4 含有三次、五次和七次谐波的射频功率放大器F357 298

8.5 带有并联谐振电路和1/4波长传输线的射频功率放大器FT 299

8.6 含有二次谐波的射频功率放大器F2 304

8.6.1 漏极矩形波电流的傅里叶级数 304

8.6.2 放大器F2的最大平坦度 306

8.6.3 放大器F2的最大漏极效率 311

8.7 含有二次和四次谐波的射频功率放大器F24 315

8.7.1 放大器F24的最大平坦度 315

8.7.2 放大器F24的最大漏极效率 319

8.8 含有二次、四次和六次谐波的射频功率放大器F246 323

8.9 带有串联谐振电路和1/4波长传输线的射频功率放大器Fk 323

8.10 本章小结 327

8.11 复习思考题 327

8.12 习题 328

参考文献 328

第9章 射频功率放大器的线性化和效率提高技术 330

9.1 引言 330

9.2 预失真技术 331

9.3 前馈线性化技术 332

9.4 负反馈线性化技术 333

9.5 包络消除及恢复技术 337

9.6 包络跟踪技术 338

9.7 Doherty放大器 339

9.7.1 大功率变化范围的高效率条件 340

9.7.2 阻抗调制 341

9.7.3 Doherty放大器的等效电路 341

9.7.4 Doherty放大器的功率和效率 342

9.8 异相功率放大器 344

9.9 本章小结 345

9.10 复习思考题 346

9.11 习题 346

参考文献 347

第10章 集成电感 351

10.1 引言 351

10.2 趋肤效应 351

10.3 矩形直线导体的电阻 353

10.4 矩形直线导体的电感 355

10.5 折线电感 357

10.6 圆形直线导体的电感 359

10.7 环形绕线电感 360

10.8 两个平行线圈的电感 360

10.9 矩形绕线的电感 361

10.10 多边形绕线的电感 361

10.11 键合线电感 361

10.12 单圈平面电感 362

10.13 平面方形环电感 364

10.14 平面螺旋电感 364

10.14.1 平面螺旋电感的几何形状 364

10.14.2 方形平面电感的电感值 365

10.14.3 六边形螺旋电感的电感值 372

10.14.4 八边形螺旋电感的电感值 373

10.14.5 圆形螺旋电感的电感值 373

10.15 多层金属螺旋电感 374

10.16 平面变压器 375

10.17 MEMS电感 375

10.18 同轴电缆的电感 377

10.19 双传输线的电感 377

10.20 集成电感中的涡流 377

10.21 射频集成电感的模型 378

10.22 PCB电感 379

10.23 本章小结 380

10.24 复习思考题 381

10.25 习题 381

参考文献 382

第11章 带有动态电源的射频功率放大器 386

11.1 引言 386

11.2 动态电源 386

11.3 幅度调制 387

11.4 工作在CCM模式下的PWM降压型变换器直流分析 387

11.4.1 电路结构 387

11.4.2 假设 389

11.4.3 时间区间：0＜t≤DT 389

11.4.4 时间区间：DT＜t≤T 390

11 4.5 CCM模式下的器件应力 391

11.4.6 CCM模式下的直流电压传递函数 391

11.4.7 无耗降压型变换器CCM模式和DCM模式的边界条件 392

11.4.8 有耗降压型变换器CCM模式和DCM模式的边界条件 394

11.4.9 电路中的电容元件 395

11.4.10 CCM模式下降压型变换器的电压纹波 396

11.4.11 带有线性MOSFET输出电容的开关损耗 401

11.4.12 CCM模式下降压型变换器的功率损耗和效率 402

11.4.13 CCM模式下有耗变换器的直流电压传递函数 406

11.4.14 MOSFET的栅极驱动功率 407

11.4.15 用做幅度调制器的CCM模式降压型变换器设计 407

11.5 用做幅度调制器的同步降压型变换器 415

11.6 多相降压型变换器 419

11.7 版图设计 419

11.8 本章小结 420

11.9 复习思考题 421

11.10 习题 421

参考文献 422

第12章 振荡器 425

12.1 引言 425

12.2 振荡器分类 426

12.3 振荡器设计基础 426

12.3.1 振荡器传递函数 426

12.3.2 振荡的极坐标条件 427

12.3.3 振荡的直角坐标条件 427

12.3.4 振荡器的闭环增益 428

12.3.5 振荡器的特征方程 428

12.3.6 振荡器的不稳定性 429

12.3.7 闭环增益的根轨迹 429

12.3.8 振荡器的奈奎斯特图 431

12.3.9 振荡频率的稳定性 432

12.3.10 振荡幅度的稳定性 432

12.4 带有反相放大器的LC振荡器拓扑结构 434

12.5 带有运算放大器的Colpitts振荡器 435

12.6 仅含单个晶体管的Colpitts振荡器 437

12.7 共源型Colpitts振荡器 439

12.7.1 共源型Colpitts振荡器反馈网络传递函数 439

12.7.2 共源型Colpitts振荡器的放大器电压增益 441

12.7.3 共源型Colpitts振荡器的环路增益 442

12.7.4 共源型Colpitts振荡器的闭环增益 443

12.7.5 共源型Colpitts振荡器的奈奎斯特图 445

12.7.6 共源型Colpitts振荡器的根轨迹 446

12.8 共栅型Colpitts振荡器 447

12.8.1 共栅型Colpitts振荡器的负载品质因子 448

12.8.2 共栅型Colpitts振荡器的反馈系数 449

12.8.3 共栅型Colpitts振荡器的特征方程 450

12.8.4 共栅型Colpitts振荡器的放大器电压增益 452

12.8.5 共栅型Colpitts振荡器的环路增益 452

12.8.6 共栅型Colpitts振荡器的闭环增益 454

12.8.7 共栅型Colpitts振荡器的根轨迹 455

12.8.8 共栅型Colpitts振荡器的奈奎斯特图 456

12.9 共漏型Colpitts振荡器 457

12.9.1 共漏型Colpitts振荡器的反馈系数 457

12.9.2 共漏型Colpitts振荡器的特征方程 459

12.9.3 共漏型Colpitts振荡器的放大器增益 460

12.9.4 共漏型Colpitts振荡器的环路增益 461

12.9.5 共漏型Colpitts振荡器的闭环增益 462

12.9.6 共漏型Colpitts振荡器的奈奎斯特图 464

12.9.7 共漏型Colpitts振荡器的根轨迹 464

12.10 Clapp振荡器 465

12.11 晶体振荡器 466

12.12 CMOS振荡器 470

12.13 Hartley振荡器 471

12.13.1 运算放大器的构成Hartley振荡器 471

12.13.2 单晶体管构成的Hartley振荡器 472

12.14 Armstrong振荡器 474

12.14.1 带有运算放大器的Armstrong振荡器 474

12.14.2 单晶体管构成的Armstrong振荡器 475

12.15 带有同向放大器的LC振荡器 476

12.15.1 带有同向放大器的单晶体管LC振荡器 477

12.15.2 带有同向运算放大器的LC振荡器 478

12.16 交叉耦合型LC振荡器 481

12.17 文氏桥RC振荡器 483

12.17.1 环路增益 483

12.17.2 闭环增益 486

12.18 负阻振荡器 488

12.19 压控振荡器 491

12.20 振荡器的噪声 492

12.20.1 热噪声 492

12.20.2 相位噪声 495

12.21 本章小结 499

12.22 复习思考题 500

12.23 习题 500

参考文献 501

附录 504

A 功率MOSFET的SPICE模型 504

B SPICE简介 506

C MATLAB简介 508

D 三角函数式傅里叶级数 512

E 电路定律 514

F SABER电路仿真器 515

部分习题解答 518

索引 522