F类功率放大器简介

本文探究了F类运算的基础道理，并先容了三次谐波峰值F类缩小器。本文援用地点：到现在为止，本系列文章曾经涵盖了五种差别的功率缩小器种别：A、B、C、D跟E。咱们当初筹备探讨第六类F。这些缩小器应用带有多个谐波谐振器的负载收集来进步效力跟输出功率。图1表现了基础F类缩小器的电路图。图1三次谐波峰值F类缩小器的电路图这种设置被称为三次谐波峰值F类缩小器。为了便于比拟，图2表现了单晶体管B类缩小器的电路图。图2单晶体管B类缩小器如你所见，这两条电路十分类似。独一的差别是包括了第二个谐振电路。F类缩小器经由过程采取多个调谐到旌旗灯号谐波的谐振电路来塑造其电压波形。当经由过程晶体管的电流高时，多谐振负载收集使晶体管两头的电压坚持较低，从而发生方波。为了懂得这怎样进步效力，咱们起首须要退一步，检讨B级的功耗。一旦咱们做到了这一点，咱们将筹备好探讨F类操纵怎样改良它。B类缩小器的功率消耗上一节中的B类跟F类电路都包含一个晶体管。因为实现高效力在功率缩小器计划中至关主要，因而最小化晶体管的功耗至关主要。晶体管内的功耗象征着电路在不将电源传输到负载的情形下耗费电源的功率。相反，功率在晶体管外部被挥霍，下降了效力。为了更好地懂得B类晶体管的功耗，让咱们检讨其集电极的电压跟电流波形。图3的上图表现了幻想B类缩小器的集电极电流波形。下图表现了集电极电压的波形。图3幻想B级的集电极电流（顶部）跟集电极电压（底部）在B类缩小器中，晶体管偏置在其导通点以下，并由输入旌旗灯号的正半周期驱动导通。因而，集电极电流是一个富含差别谐波的半波整流正弦曲线。如图3的下图所示，B类缩小器的输出电压在基频下是正弦曲线。为了忠诚地再现输入旌旗灯号，负载收集在基频应用高Q谐振电路。油箱使谐波分量短路，发生咱们下面看到的正弦曲线。从图3中能够显明看出，晶体管在其关断半周期内（比方，从t=t/2到t=t的距离）不会耗费任何功率，由于在这些时光距离内，零电流流过晶体管。在导通半周期（t=0至t=t/2）时期，晶体管电流跟电压均为非零，标明晶体管中的功率消耗。荣幸的是，集电极电压跟着电流的增添而下降。从效力的角度来看，这是有利的——在导通半周期内集电极电压坚持较年夜恒定值的缩小器将表示出比B级高得多的功率消耗。换句话说，在导通半周期内增添B类缩小器的集电极电压波形会下降效力。F类操纵的基础思维是经由过程相反的方法进步效力——在ON半周期内下降电压而不是增添电压。让咱们鄙人一节中进一步探讨这个成绩。懂得F类操纵图4表现了F类缩小器的集电极电流跟电压波形。咱们能够鄙人图中看到，在晶体管的导通半周期内，它将电压波形下降到B级以下。当晶体管导通时，较低的电压转化为较小的电流-电压乘积，这反过去象征着晶体管耗费的功率较少。图4存在更尖利边沿的集电极电压波形能够下降晶体管的功率消耗当集电极电压濒临矩形波形时，它会减小电压跟电流的乘积。为了在高电流前提下取得尽可能低的电压，咱们须要使电压波形的改变更清楚，并使其峰谷变平。咱们能够经由过程在晶体管两头的电压中增加存在恰当幅度跟相位的谐波分量来实现这一点。图1中的F类电路，即三次谐波峰值缩小器，代表了这一主意的罕见实现。望文生义，它经由过程增加三次谐波分量来实现所需的电压波形。咱们将在本系列的下一篇文章中研讨电路自身。当初，让咱们借助一些电压图来探讨它的基础道理。三次谐波峰值F类缩小器基本实质上，三次谐波峰值缩小器向B类缩小器增加了三次谐波分量。回首参考图3，咱们能够将幻想B类缩小器的集电极电压表现为：方程式1此中A1是基波电压分量的振幅。图3中的电压波形对应于最年夜输出摆幅（A1=Vcc）。接上去，让咱们斟酌振幅为A3的三次谐波分量：方程式2假如咱们从vB中减去v3，则新的集电极电压为：方程式3此中x=A3/A1。图5绘制了A1=Vcc=1 V跟A3=0.05时的vB、v3跟vF。在上述方程中，x被界说为三次谐波分量（A3）与基波分量（A1）的比率，因而这对应于x=0.05。图5 B类缩小器的集电极电压波形（白色）、三次谐波分量（品白色）以及包括基波跟三次谐波身分的总电压（蓝色），A1=Vcc=1 V跟x=0.05依据方程式1至3中界说的电压波形，基波跟三次谐波之间的相位差使基波的波谷与三次谐波的峰值对齐。同样，基波的峰值与三次谐波的波谷对齐。因而，与不三次谐波分量的原始（vB）波形比拟，总电压或F类电压（vF）在其峰跟谷邻近稍微平整。上述波形标明，在两个频率分量之间有恰当的相位差的情形下，咱们能够应用三次谐波分量来平整电压波形。还应留神，固然基波分量的峰间摆动为2A1=2Vcc，但复合波形vF的峰间摆幅较小，约为0.05V至1.95 V。增加三次谐波分量会减小复合波形的峰间稳定。图5中的集电极电压曲线不完整应用可用的摆幅（0到2Vcc）。为了充足应用潜伏的摆动，咱们增添了基波分量的输入功率。图6表现了Vcc=1 V、A1=1.053 V跟A3=0.053 V的波形。这些值与上例中的值一样，对应于x=0.05。图6 Vcc=1 V、A1=1.053跟x=0.05时，B类缩小器的集电极电压波形（白色）、三次谐波分量（品白色）跟由基波跟三次谐波构成的总电压（蓝色）对给定的摆动限度，咱们能够得出论断，增加三次谐波能够增添基波分量（A1）。这反过去又增添了在基础组件处通报给负载的功率。在上述示例中，基波分量（A1）从1V增添到1.053V。因而，对给定的负载阻抗，运送到负载的功率增添了1.0532=1.11倍。换句话说，与B级比拟，三次谐波峰值F级的输出功率增添了约11%。增添三次谐波的振幅怎样样？图7阐明了总电压波形（vF）怎样随三次谐波分量的差别电平而变更。图7 A1=Vcc=1 V跟x在0.05至0.25范畴内变更时的总集电极电压（vF）当咱们将x从0.05增添到约0.1时，总电压在其峰跟谷邻近变得更平整。但是，假如x超越0.1，波形中会呈现一些涟漪。总结依据咱们迄今为止所懂得的情形，最佳的三次谐波值仿佛是将集电极电压整形为方波的值。在本系列的下一篇文章中，咱们将持续探讨三次谐波峰值F类缩小器，咱们将看到这并不完整准确。但是，这种缩小器依然比咱们在B级中看到的效力跟输出功率高得多。 　　申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->