F类/逆F类功率放大器效率分析

　　根据F类计算效率的方法，同理可得逆F类功率放大器的效率

　　从式(5)和式(10)可以看出，当V0=V0’时，两种模式的功率放大器的效率因电流imax和i’max的不同而产生差异。如果晶体管的导通电阻Ron为零，则两种模式功率放大器的效率都将达到100%。然而现实中的功率管，都存在一定的导通内阻，当Ron存在时，两种模式的功率放大器的效率会产生怎样的差异。

　　为研究这种差异，需要有相同的输出功率和相同的偏置点，即P1=P1’，V0=V0’。由式(4)和式(9)可以列出一个关于i’max的方程，解此方程可以得到

　　再将此结果带到式(10)，可得到一个η’关于imax的函数表达式。在此，假设V0=28 V，imax=6 A，将值代入式(5)和式(10)中，利用Matlab绘出η和η’关于Ron的变化曲线，如图2所示。由图可以看出，随着Ron的增加，逆F类功率放大器比F类功率放大器有着更好的效率，并且针对每个Ron的值，对两种模式效率的差异给出了定量的计算结果。

2 方案设计

　　为在功率管漏极端获得图1所示的两种模式放大器的所需波形，需要对漏极输出端的所有谐波阻抗进行控制。通过式(1)和式(2)可以看出，要实现F类功率放大器需要的方波电压和半正弦波电流，需要在漏极端实现电压的奇次谐波叠加，电流的偶次谐波叠加。同理，通过式(6)和式(7)可以看出，要实现逆F类功率放大器需要的半正弦波电压和方波电流，需要在漏极端实现电压的偶次谐波叠加，电流的奇次谐波叠加，可以通过在输出端加入整形电路实现。F类功率放大器的输出端电路要满足式(12)，逆F类功率放大器的输出端电路要满足式(13)。