懂得此功率缩小器怎样应用四分之一波长传输线实现高达100%的效力。本文援用地点：到现在为止，咱们对F类功率缩小器的探讨重要缭绕三次谐波峰值缩小器开展。这种F类设置包括一个三次谐波分量，使其集电极电压波形相似于方波，从而进步了效力跟输出功率。正如咱们在上一篇文章中所懂得到的，三次谐波峰值缩小器的最年夜效力为90.7%。咱们能够经由过程调剂全部高次谐波分量来进步效力，而不只仅是第三谐波分量。在这篇文章中，咱们将懂得一个专门为实现这一目的而计划的F类缩小器。它被称为传输线峰值缩小器，在幻想前提下存在100%的效力，普遍利用于VHF（30至300 MHz）跟UHF（300 MHz至3 GHz）FM无线电发射机。传输线峰值缩小器的电路图如图1所示。如你所见，其负载收集由并联谐振电路跟基频四分之一波长传输线构成。图1 带有四分之一波长传输线的要懂得这个电路是怎样任务的，咱们起首须要懂得以下内容：近似方波所需的谐波分量。四分之一波长跟半波长传输线的阻抗变更。咱们将在本文的下两节探讨这些观点。之后，咱们将检讨幻想传输线峰值缩小器的波形并盘算其效力。最后，咱们将经由过程一个计划示例来停止本文。方波的谐波含量图2表现了峰间振幅为a、周期为T的方波。图2 峰间振幅为A的方波经由过程采取傅里叶级数表现，能够将上述波形剖析为其频率分量：方程式1从方程1中，咱们能够看到方波是奇数谐波频率下的无穷系列正弦波。咱们晓得，要在波形中增加给定的谐波分量，咱们须要一个调谐到该谐波的谐振电路。因而，濒临方波须要一种模仿无穷阵列谐振器的构造。图1中的电路经由过程应用与负载串联的四分之一波长线来实现这一点。本文的下一节将说明这是怎样以及为什么起感化的。四分之一波长跟半波长线的阻抗变更无损四分之一波长线的输入阻抗由下式给出：方程式2说明：Z0是线路的特征阻抗ZL是负载阻抗。咱们在下面看到，四分之一波长线的输入阻抗与负载阻抗成正比。在传输线峰值缩小器的情形下，咱们有一条四分之一波长的传输线被短路端接。依据方程式2，在这种线路的输入端看到的阻抗是开路。当初咱们曾经探讨了输入阻抗，下一步是检讨网络器在差别谐波频率下看到的负载阻抗：基频。乃至谐波频率。奇数谐波频率。咱们将从基频开端。基频下的负载阻抗在图1中，L0-C0油箱被调谐到基频。在该频率下，它充任开路，招致四分之一波长线在RL处停止。利用方程2，传输线在基频下的输入阻抗（如集电极所见）是一个纯电阻值，由下式给出：方程式3假如线路的特征阻抗即是负载阻抗（Z0=RL），则咱们失掉Rin=RL。偶谐波负载阻抗在图1中，L0-C0油箱在全部谐波下都将输出节点接地短路。在偶次谐波时，线路的长度变为旌旗灯号半波长的整数倍。比方，在二次谐波处，该线是半波长线。在四次谐波处，该线是一条全波长线。当线路的长度是半波长的整数倍时，线路输入真个阻抗即是其负载阻抗（Zin=ZL）。为了懂得这一点，咱们起首留神到半波长线能够分红两条四分之一波长线。而后，咱们能够应用方程2来证实无损半波长传输线的输入阻抗即是其负载阻抗（ZL），而与线路的特征阻抗有关。因而，在偶次谐波时，集电极看到衔接到线路右真个阻抗，这是短路。奇数谐波的负载阻抗在奇数谐波频率下，该线现实上酿成了四分之一波长的奇数倍。因而，在这些频率下，输出真个短路转化为集电极的开路。要懂得这一点，请拜见方程式1。终极成果是，负载收集等效于无穷数目的并联谐振电路。如图3所示，该图表现了Z0=RL在差别谐波下的等效输入阻抗。图3 对Z0=RL，传输线峰值缩小器在差别谐波下的等效输入阻抗在偶次谐波短路端接跟奇次谐波开路端接的情形下，集电极电压波形自愿仅包含基频跟奇次跟谐波。成果，方波集电极电压是可能的。幻想传输线峰值缩小器的波形图4表现了在传输线峰值缩小器中察看到的典范波形。图4 传输线峰值缩小器中的集电极电压（顶部）、集电极电流（中部）跟负载电流（底部）施加到晶体管输入真个旌旗灯号是一个偏移正弦波，它将晶体管偏置在器件的导通电压（对应于180度的导通角）。在导通半周期时期，集电极电压（vc）为零咱们晓得危险投资是方波。因为幻想的射频扼流圈两头不直流电压降，咱们还晓得vc的直流分量即是Vcc。在导通半周期的占空比为50%且vc=0的情形下，咱们能够得出论断，在停止半周期的集电极电压应即是2Vcc。方波电压存在全部奇次谐波分量。但是，因为负载收集对基波以上的奇次谐波浮现开路，因而它仅在基频下传导电流。因而，输出电流（io）在基频下是正弦波。这也象征着晶体管的电流在导通半周期内是正弦曲线。因为在OFF半周期时期集电极电流为零，因而成果为半正弦波集电极电流。总结一下：集电极电压被奇次谐波的高阻抗整形为方波。集电极电流是半波整流正弦曲线。在幻想情形下，电流跟电压波形与D类缩小器的波形雷同。最后，对上述波形停止目视检讨，能够发明vc跟io的基波分量之间存在相位差。这是由于电流（或电压）波在经由过程四分之一波长传输线时会阅历90度的相位差。因而，vc的基础身分当先io 90度。盘算缩小器的效力假设集电极电压是一个方波，其峰间电压摆动为2Vcc。从方波的傅里叶级数表现（方程1）中，咱们晓得vc基波分量的振幅为：方程式4当传输线衔接到婚配的负载时，电压旌旗灯号沿传输线长度的幅度是恒定的。因而，对婚配的终端（Z0=RL），咱们能够得出论断，输出电压的幅度也是vo=（4/π）Vcc。请留神，vo的幅度年夜于Vcc，Vcc是B类缩小器中察看到的摆动幅度的典范极限。这相似于在三次谐波峰值缩小器中察看到的行动。功率缩小器的效力公式为η=PL/Pcc。假如咱们晓得输出电压，咱们能够盘算出运送到负载的均匀功率，如下所示：方程式5为了盘算电源功率，咱们找到从电源中提取的均匀电流（图3中旁边曲线的均匀值），并将其乘以电源电压。而后，咱们应用傅里叶级数表现法将半波整流集电极电流表现为其频率分量之跟：方程式6假设均匀集电极电流为Ip/π，电源的功率输出盘算如下：方程式7咱们能够应用方程式5跟7来盘算缩小器的效力，但只有在树立Ip跟Vcc之间的关联后才干应用。为此，咱们留神到ic基波分量的振幅为Ip/2。该电流流入负载（RL），并发生基础电压幅度vo=（4/π）Vcc。因而，咱们有：方程式8咱们当初能够将方程式7跟8联合起来，得出从电源中提取的功率：方程式9比拟方程式5跟9，咱们能够看到负载功率跟电源功率是雷同的。因而，缩小器的实践效力为100%。请留神，这是一个简化的剖析——咱们假设晶体管作为一个幻想的开关，存在零导通电阻、无穷停止电阻跟无输出电容。咱们还假设切换举措是刹时且无损的。应用传输线停止阻抗婚配咱们能够计划传输线，使外部负载与集电极阻抗相婚配。这使咱们可能在基频下最年夜限制地进步输出功率。为了盘算这种情形下的输出功率，咱们留神到，传输到无损线路输入真个均匀功率即是传输到其终真个均匀功率。利用方程式4，得出输出功率为：方程式10此中Rin是线路的输入阻抗。为了辅助坚固这些观点，让咱们经由过程一个计划示例。示例：计划传输线峰值缩小器假设咱们正在计划一个如图1所示的F类缩小器。对该缩小器，线路的特征阻抗为Z0=50Ω，电源电压为Vcc=30V。断定以下内容：咱们应当应用负载阻抗（RL）向负载供给PL=7.3 W的功率。晶体管必需蒙受的最年夜电流跟电压。第一步是经由过程利用方程式10来找到线路所需的输入阻抗：方程式11求解输入阻抗失掉Rin≈100Ω。当初咱们有了Rin的值，咱们应用四分之一波长线的输入阻抗方程来盘算RL：方程式12其成果为RL=25Ω从图4中能够看出，最年夜集电极电压为2Vcc=60 V。这只留下了最年夜集电极电流，咱们在方程8中应用Rin而不是RL找到了这一点：方程式13总结传输线峰值F类缩小器应用由四分之一波长传输线跟并联谐振电路构成的负载收集。集电极电压包含基波跟奇次谐波分量，而集电极电流包含基波分量跟偶次谐波分量。因而，仅在基频下发生电力，从而实现了100%的幻想效力。如前所述，这种缩小器普遍利用于VHF跟UHF FM无线电发射机。但是，咱们必需记着，因为所需的线路长度，将传输线实现到F类缩小器IC中可能存在挑衅性。即便在2.4GHz的频率下，四分之一波长传输线的长度也超越3cm。小编：[db:摘要]
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