F類/逆F類功率放大器效率分析

　　根據F類計算效率的方法，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V0=V0’時，兩種模式的功率放大器的效率因電流imax和i’max的不同而產生差異。如果晶體管的導通電阻Ron為零，則兩種模式功率放大器的效率都將達到100%。然而現實中的功率管，都存在一定的導通內阻，當Ron存在時，兩種模式的功率放大器的效率會產生怎樣的差異。

　　為研究這種差異，需要有相同的輸出功率和相同的偏置點，即P1=P1’，V0=V0’。由式(4)和式(9)可以列出一個關于i’max的方程，解此方程可以得到

　　再將此結果帶到式(10)，可得到一個η’關于imax的函數表達式。在此，假設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Ron的值，對兩種模式效率的差異給出了定量的計算結果。

2 方案設計

　　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行控制。通過式(1)和式(2)可以看出，要實現F類功率放大器需要的方波電壓和半正弦波電流，需要在漏極端實現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，要實現逆F類功率放大器需要的半正弦波電壓和方波電流，需要在漏極端實現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現。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)。