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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F35290

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F357298

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FT299

8.6 含有二次谐波的射频功率放大器F2304

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F24315

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F246323

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Fk323

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≤DT389

11.4.4 时间区间：DT＜t≤T390

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