F类与逆F类功率放大器的效率研究
摘要 为了对F类与逆F类功率放大器的效率进行研究,首先从理论方面对两种放大器工作模式各自的效率进行了计算。通过计算可以看出,在相同的输出功率下,因为晶体管导通内阻的存在,逆F类功率放大器的效率优于F类功率放大器。再通过软件仿真设计F类和逆F类功率放大器,在相同的输出功率下,逆F类功率放大器的最高漏极效率为91.8%,F类功率放大器的最高漏极效率为89.3%。关键词 F类;逆F类;功率放大器;漏极效率 随着无线通讯系统的迅速发展,对高效率射频功率放大器的需求逐渐增加。如何提高功率放大器的工作效率已成为一个重要课题。为提高效率,研究人员将大量精力专注于放大器的工作模式上,例如D类,E类,F类和逆F类功率放大器。F类和逆F类两种模式的高效率功率放大器在近几年成为研究焦点。文献中采用F类工作模式效率达到75%,文献中采用逆F类工作模式效率达到80%。两者均采用GaN功率管CGH400 10,其1 dB压缩点输出功率约为10 W,不能满足大输出功率的要求。 针对1 dB压缩点输出功率为45 W的功率管CGH40045进行设计,分别设计出F类和逆F类两款功率放大器,对两种模式的功率放大器漏极效率进行比较,并对两款功放的效率差异从理论和仿真两方面做出了定量分析。1 理论分析 图1为F类和逆F类功率放大器漏极输出端理想电压和电流的时域波形。F类功放的漏极端电流为半正弦波,电压为方波;相反的逆F类功放的漏极端电流为方波,电压为半正弦波。两者相反的漏极电压和电流波形对放大器的效率会产生不同的影响,以下是在理想情况下分别计算两种放大器工作效率,两种波形都可以通过傅里叶级数展开式展开,从而可以方便地对直流信号、基波信号和各次谐波信号进行分析。
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首先分析F类功率放大器,将其电压和电流波形通过傅里叶级数展开,各变量如图1所示。 根据傅里叶展开式分别计算出直流信号的功率和基波信号的功率,从而求出F类功率放大器的效率,其中,Ron为晶体管导通内阻。
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