Усилитель класса F

Работа усилителя класса F во многом подобна работе усилителя класса B. Ток в рабочем режиме через транзистор протекает ровно половину периода (угол отсечки равен 90°). Поэтому усилители класса F подходят для усиления сигналов с видами модуляции, содержащими амплитудную составляющую. Отличие рассматриваемых схем от усилителей класса B заключается в схеме нагрузки. За счет этой схемы в данных высокочастотных усилителях мощности обеспечивают в момент протекания тока напряжение на транзисторе близкое к нулю. Поэтому в усилителях класса F теоретически достижим к.п.д., близкий к 100%.

Для выполнения поставленного условия напряжение на стоке транзистора необходимо максимально приблизить к прямоугольной форме. В простейшем случае достаточно к синусоидальному напряжению полезного сигнала добавить третью гармонику, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Суммирование нечетных гармоник напряжения на стоке полевого транзистора

Учитывая, что в спектре тока транзистора, работающего при угле отсечки 90°, присутствует третья гармоника входного сигнала, достаточно просто выделить ее. Обычно третья гармоника выделяется при помощи параллельного контура, работающего как заграждающий фильтр (фильтр-пробка). Типовая принципиальная схема усилителя класса F приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема усилителя класса F

В приведенной на рисунке 2 схеме индуктивность L1 и конденсатор C2 образуют схему согласования сопротивления. Напряжение смещения, необходимое для реализации угла отсечки 90°, подается на затвор транзистора через дроссель L2. Напряжение питания на сток полевого транзистора подается через дроссель L3. Усилитель класса F реализуется за счет настройки контура L4C5 на третью гармонику усиливаемого сигнала. Параллельный контур L5C6 настроен на частоту усиливаемого сигнала.

В области высоких частот вместо параллельного контура в усилителях класса F применяются четверть волновые полосковые линии передачи, настроенные на третью гармонику полезного сигнала. Они обеспечивают параллельный резонанс не только на третьей гармонике, но и на пятой, седьмой и т.д. гармониках. В результате форма напряжения на стоке транзистора становится почти прямоугольной. Упрощенная схема такого усилителя мощности приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Упрощенная схема усилителя мощности класса F с последовательной четверть волновой линией передачи

Временные диаграммы напряжения и тока на стоке транзистора в усилителе класса F приведены на рисунке 3.

Рисунок 4. Временные диаграммы тока и напряжения на стоке полевого транзистора

Как видно из этих графиков, напряжение и ток практически не пересекаются. В результате при максимальном значении мощности выходного сигнала, когда напряжение на стоке транзистора практически равно нулю, мощность практически не рассеивается и почти полностью преобразуется в полезный сигнал.

В усилителях класса F так же как и в усилителях класса B коэффициент полезного действия сильно зависит от уровня выходного (а, значит, и входного) сигнала. Максимальное значение получается при предельных уровнях мощности. Типовая зависимость к.п.д. и коэффициента усиления показаны на графиках, приведенных на рисунке 5.

Рисунок 5. Типовая зависимость к.п.д. усилителя класса F и его коэффициента усиления от уровня входного сигнала

Обратите внимание на зависимость коэффициента усиления от входного сигнала. Из графика видно, что усилитель класса F обладает существенной нелинейностью, поэтому в передатчиках чаще всего используется одна из схем линеаризации выходного сигнала.

Литература:

Steve C. Cripps RF Power Amplifiers for Wireless Communications — ARTECH HOUSE, INC., 2006
Marian K. Kazimierczuk RF Power Amplifiers — John Wiley & Sons, Ltd 2008
Радиопередающие устройства: учебник для ВУЗов; под ред. В. В. Шахгильдяна. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 2003.

Радиотехника Классы усилителей Реальная физика ТОЭ ТЭЦ Работы с генератором Тесла

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира