F類與逆F類功率放大器的效率研究
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分析逆F類功率放大器，將其電壓和電流波形通過傅里葉級數(shù)展開，各變量如圖1所示。
根據(jù)F類計(jì)算效率的方法，同理可得逆F類功率放大器的效率
從式(5)和式(10)可以看出，當(dāng)V0=V0’時(shí)，兩種模式的功率放大器的效率因電流imax和i’max的不同而產(chǎn)生差異。如果晶體管的導(dǎo)通電阻Ron為零，則兩種模式功率放大器的效率都將達(dá)到100％。然而現(xiàn)實(shí)中的功率管，都存在一定的導(dǎo)通內(nèi)阻，當(dāng)Ron存在時(shí)，兩種模式的功率放大器的效率會產(chǎn)生怎樣的差異。
為研究這種差異，需要有相同的輸出功率和相同的偏置點(diǎn)，即P1=P1’，V0=V0’。由式(4)和式(9)可以列出一個(gè)關(guān)于i’max的方程，解此方程可以得到
再將此結(jié)果帶到式(10)，可得到一個(gè)η’關(guān)于imax的函數(shù)表達(dá)式。在此，假設(shè)V0=28 V，imax=6 A，將值代入式(5)和式(10)中，利用Matlab繪出η和η’關(guān)于Ron的變化曲線，如圖2所示。由圖可以看出，隨著Ron的增加，逆F類功率放大器比F類功率放大器有著更好的效率，并且針對每個(gè)Ron的值，對兩種模式效率的差異給出了定量的計(jì)算結(jié)果。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/187304.htm
2 方案設(shè)計(jì)
為在功率管漏極端獲得圖1所示的兩種模式放大器的所需波形，需要對漏極輸出端的所有諧波阻抗進(jìn)行控制。通過式(1)和式(2)可以看出，要實(shí)現(xiàn)F類功率放大器需要的方波電壓和半正弦波電流，需要在漏極端實(shí)現(xiàn)電壓的奇次諧波疊加，電流的偶次諧波疊加。同理，通過式(6)和式(7)可以看出，要實(shí)現(xiàn)逆F類功率放大器需要的半正弦波電壓和方波電流，需要在漏極端實(shí)現(xiàn)電壓的偶次諧波疊加，電流的奇次諧波疊加，可以通過在輸出端加入整形電路實(shí)現(xiàn)。F類功率放大器的輸出端電路要滿足式(12)，逆F類功率放大器的輸出端電路要滿足式(13)。
然而，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對所有諧波進(jìn)行控制顯然不可能，一般在工程應(yīng)用中，只要控制好二次和三次諧波即可?？刂聘嗟闹C波就會增加電路的復(fù)雜性，也不會對性能有明顯提高。F類輸出端整形電路如圖3所示，逆F類輸出端整形電路如圖4所示，通過整形二、三次諧波阻抗分別滿足F類與逆F類功率放大器的阻抗要求。采用電磁仿真軟件對功率管和整形電路整體進(jìn)行負(fù)載牽引設(shè)計(jì)，找出在輸出端基波的最優(yōu)輸出阻抗值。通過后端的附加匹配網(wǎng)絡(luò)將整體電路匹配到50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗。
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