在逆 F 類放大器中，集電極電壓形成半正弦波，集電極電流采用方波形式。圖 1 顯示了基本反 F 類放大器的電路原理圖。　　二次諧波峰值放大器的電路圖。

　　圖 1.二次諧波峰值放大器的電路圖。
　　正如我們從本系列的上一篇文章中了解到的那樣，這種配置被稱為二次諧波峰值放大器。然而，當(dāng)我們討論它時，我們主要關(guān)注它產(chǎn)生的波形。在本文中，我們將最仔細(xì)地研究電路本身。然后，我們將制定二次諧波峰值放大器的基本設(shè)計方程，并使用它們來舉例說明。
　　二次諧波峰值放大器的作
　　正如上一篇文章所指出的，圖 1 中的原理圖與三次諧波尖峰 F 類放大器的原理圖幾乎相同。唯一的區(qū)別是 L2-C2諧振電路調(diào)諧到第二個諧波而不是第三個諧波。
　　一起，L2和 C2元件在二次諧波處近似于開路。但是，它們在其他諧波頻率下的行為類似于短路。同樣，基波諧波諧振器 （L0和 C0） 在基頻處充當(dāng)開路，同時在所有其他諧波處有效地將輸出接地?！　D 2 總結(jié)了負(fù)載網(wǎng)絡(luò)在各種諧波下的阻抗。

　　二次諧波峰值放大器的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)在不同頻率下呈現(xiàn)的阻抗。
　　圖 2.放大器的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)在不同諧波下表示的阻抗。
　　讓我們稍微擴(kuò)展一下這個總結(jié)：
　　在基頻下， L2-C2諧振電路起到短路的作用，L0-C0連接近似于開路。因此，在基頻下，負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的阻抗為RL到晶體管。
　　在二次泛音處，L2-C2連接充當(dāng)開路。因此，集電極看到的是開路。
　　當(dāng)諧波頻率超過秒時，兩個諧振電路都充當(dāng)短路。因此，負(fù)載網(wǎng)絡(luò)有效地向晶體管造成短路。
　　電壓對接RL是正弦波形，因為 L0-C0TANK 使除基本電流分量外的所有組件短路。L 兩端的電壓2-C2tank 是二次諧波處的正弦信號，因為 L2-C2連接在該頻率下為輸出電流提供高阻抗。由于集電極電壓是負(fù)載 （RL） 電壓和 L 兩端的電壓2-C2tank 電路中，會向其添加二次諧波分量。
　　集電極電壓和電流波形
　　反 F 類放大器的目標(biāo)波形如圖 3 所示。　　反向 F 類放大器中的理想集電極電壓和集電極電流波形。

　　圖 3.理想反 F 類放大器中的集電極電壓 （頂部） 和電流 （底部） 波形。
　　正如我們在上面看到的，集電極電流是一個方波。為了產(chǎn)生此波形，二次諧波峰值級需要方波驅(qū)動信號。
　　同時，目標(biāo)集電極電壓波形為半正弦波。因為它只包含二次諧波，所以第二次諧波峰值放大器產(chǎn)生的集電極電壓只能近似于此電壓。集電極電壓可以表示為：
　　$$v_{F} ~=~ V_{cc} -A_1 \cos（\omega_0 t）~+~A_2 \cos（2 \omega_0 t）$$方程 1.
　　對于最平坦的波形，基波和二次諧波應(yīng)滿足以下條件：
　一個1 = 43Vcc和一個2 = 13Vcc　　方程 2.
　　圖 4 繪制了二次諧波峰值放大器的最大平坦集電極電壓波形。
　　逆 F 類放大器的最大平坦集電極電壓波形。
　　圖 4.二次諧波峰值放大器的最大平坦集電極電壓以藍(lán)色顯示。
　　二次諧波峰值放大器的最小集電極電壓為地。但是，最大平坦電壓波形可以達(dá)到以下峰值：
　　$$V_{c，max}~=~\frac{8}{3}V_{cc}~\approx~2.67V_{cc}$$方程 3.
　　計算輸出功率
　　現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了基波電壓分量的幅度，讓我們計算一下傳遞給負(fù)載的平均功率：
　　$$P_L~=~ \frac{（v_{o， rms}）^2}{R_L}~=~ \frac{1}{2}\frac{ A_1^2}{R_L} \quad \rightarrow \quad P_L ~=~ \frac{8}{9} ~\times~ \frac{V_{cc}^2}{R_L}$$方程 4.
　　這比 B 類平臺的輸出功率高出約 78%，B 類平臺的輸出功率由下式給出：　PL = 12 × V2ccRL
　　方程 5.
　　計算放大器的效率
　　要計算放大器的效率，我們需要確定輸出功率 （PL來自公式 4）和從電源獲取的功率 （P抄送).為了計算電源提供的功率，我們找到從電源汲取的電流的平均值 （我C、大道） 并將其乘以電源電壓：
　　$$P_{cc} ~=~ V_{cc} I_{c，ave}$$
　　方程 6.
　　如圖 3 所示，集電極電流是一個在 0 和我CP.通過采用傅里葉級數(shù)表示法，通過晶體管的方波電流可以表示為其頻率分量之和：
　　$$i_c ~=~ \frac{I_{cp}}{2}~-~\frac{2I_{cp}}{\pi} \cos（\omega_0 t）~+~\frac{2I_{cp}}{3 \pi} \cos（3 \omega_0 t）~-~\frac{2I_{cp}}{5 \pi} \cos（5 \omega_0 t）~+~...$$方程 7.
　　信號的傅里葉級數(shù)表示表示表明，從電源汲取的直流電流為 0.5我CP.因此，公式 6 可得出：
　　$$P_{cc} ~=~ V_{cc} I_{c，ave}~=~ \frac{ V_{cc} I_{cp}}{2}$$方程 8.
　　我們可以應(yīng)用公式 4 和 8 來確定放大器的效率，但前提是我們建立了我CP和V抄送.從公式 7 中，我們觀察到基波分量的幅度為 2我CP/π.該電流通過負(fù)載 （RL），導(dǎo)致基波電壓幅度為 A1= 4V抄送/3.由此，我們推斷出以下內(nèi)容：　2我cpπ × RL = 43Vcc→我cp = 2π3 × VccRL
　　方程 9.
　　將公式 8 和 9 結(jié)合起來，提供給放大器的功率為：　Pcc = π3 × V2ccRL
　　方程 10.
　　最后，我們使用公式 4 和 10 來計算效率：
　　η = PLPCC = 89 × V2ccRLπ3 × V2ccRL = 83π = 84.9 %　　方程 11.
　　需要注意的是，效率和輸出功率都不能完整評估功率放大器的性能。例如，B 類級中的峰值集電極電壓為 2V抄送.在我們一直在研究的逆 F 類階段，它是 2.67V抄送.這意味著二次諧波峰值放大器的高輸出功率是以晶體管上的更大電壓應(yīng)力為代價實(shí)現(xiàn)的。
　　輸出功率能力
　　為了評估輸出功率，同時考慮晶體管上的電壓和電流應(yīng)力，我們使用了一個稱為輸出功率能力的參數(shù)。對于功率放大器，此參數(shù)定義為：
　　$$C_p ~=~ \frac{P_{L， max}}{N I_{c， max}V_{c， max}}$$方程 12.
　　哪里：
　　PL，max是最大輸出功率
　　我c，最大是最大集電極電流
　　Vc，最大是最大集電極電壓
　　N 是放大器中的晶體管數(shù)量。
　　輸出功率能力是當(dāng)器件的峰值集電極電壓為 1 V，峰值集電極電流為 1 A 時產(chǎn)生的輸出功率。請注意，輸出功率等于P抄送乘以效率 （η），我們可以將方程 12 改寫為：
　　$$C_p ~=~ \frac{P_{L， max}}{N I_{c， max}V_{c， max}}~=~ \frac{\eta P_{cc}}{N I_{c， max}V_{c， max}}~=~\frac{\eta}{N} ~\times~ \frac{ I_{c，ave}}{I_{c， max}} ~\times~ \frac{V_{cc}}{ V_{c， max}}$$方程 13.
　　正如我們在公式 3 中看到的，二次諧波峰值放大器的最大平坦電壓波形的峰值為 8V抄送/3.從公式 7 中我們還知道，平均集電極電流與其最大值之比為 0.5。將這些值代入方程 13 中，我們得到：
　　$$C_p ~=~ \frac{\eta}{N} ~\times~ \frac{ I_{c，ave}}{I_{c， max}} ~\times~ \frac{V_{cc}}{ V_{c， max}}~=~ \frac{\frac{8}{3\pi}}{1} ~\times~ \frac{1}{2} ~\times~ \frac{V_{cc}}{ \frac{8}{3} V_{cc}} \quad \quad \rightarrow \quad C_p ~=~0.159$$方程 14.
　　相比之下，B 類級的輸出功率能力為Cp= 0.125 的這表明反向 F 類級為相同的晶體管規(guī)格提供更高的輸出功率。
　　示例：設(shè)計二次諧波峰值放大器
　　假設(shè)我們正在設(shè)計一個反 F 類放大器，具有二次諧波峰化和最大平坦的集電極電壓。如果電源電壓為V抄送= 30 V，請確定以下內(nèi)容：
　　負(fù)載電阻 （RL），輸出功率為PL= 50 W，如果電源電壓為 30 V。
　　晶體管必須承受的最大電流和電壓。
　　讓我們從負(fù)載電阻開始。將給定的輸出功率和電源電壓值代入公式 4，得到：
　PL = 89 × V2ccRL→50 = 89 × 302RL
　　方程 15.
　　它產(chǎn)生RL= 16 Ω.
　　從公式 3 中我們知道，此類放大器的最大集電極電壓為：
　　$$V_{c，max} ~=~ \frac{8}{3} ~\times~ V_{cc} ~=~ \frac{8}{3} ~\times~ 30~=~80 ~\text{V}$$方程 16.
　　最后，根據(jù)公式 9，最大集電極電流由下式給出：
　　我cp = 2π3 × VccRL = 2π3 × 3016 = 3.93 一個　
　　方程 17.