Klasse F Verstekers

In dit hoofdstuk bestuderen we de klasse F versterker als een uitbreiding van de klasse C versterker. Beide versterkers zijn resonante versterkers die bestaat uit een LRC trilkring (of meerdere LC kringen) die aangestuurd wordt door een enkele transistor. Als een gevolg hiervan werkt deze versterker op een vaste frequentie of binnen een zeer beperkte bandbreedte rond deze centrale frequentie. Deze bandbreedte is typisch maximaal 1% van de resonantie frequentie. In Tabel 2 geven we een overzicht van deze verschillende versterkers.

Tabel 2 Indeling van de vermogenversterkers

	laagfrequent of breedband	hoogfrequent of resonant
1 transistor in de vermogentrap	Klasse A	Klasse C Klasse F Klasse E
2 of meer transistors in de vermogentrap	Klasse B Klasse G	Klasse D

Wanneer de gelijkaardige stroompulsen aangelegd worden op 2 parallelle LRC kringen in serie, zal dezelfde stroom door de kringen lopen, maar zullen de spanningen over beide kringen opgeteld worden.

Fig. 39 Basisschema van de klasse F versterker.

Spice Listing 5 basis Klasse F circuit spice file

* klasse F basiscircuit
Q_Q1         2 1 0 Q2
L_L1         5 3   1uH  
C_C1         5 3   10n  
R_R1         5 3   60  
V_V3         3 0   11V
V_V5         1 0   sin(0.7 0.8 1591500) DC=0.7
C_C3         5 2   10n  
L_L3         5 2   0.111uH
.model Q2  NPN(Is=14.34f BF=200 RB=200 )

Fig. 40 Spanningen op de verschillende knopen van de klasse F versterker.

Wanneer we op basis van de spanningen bekomen in de bovenstaande figuur de spanningen over de trilkring van de eerste harmonische en de spanningen over de trilkring van de derde harmonische plotten, zien we dat op moment dat de eerste harmonische een minimum bereikt, de derde harmonische piekt. Dit heeft een belangrijk voordeel, namelijk de spanning over het totale circuit wordt kleiner of er kan met dezelfde spanning een veel grotere swing bekomen worden.

Fig. 41 Verloop van de spanning over de eerste (LC1) en over de derde (LC3) harmonische.

Fig. 42 Verloop van de collector current.

Fig. 43 Basisschema van de klasse F versterker waarbij de uitgang oscilleert rond de grond.

Spice Listing 6 Klasse F circuit waarbij de uitgang oscilleert rond de grond

* klasse F basiscircuit
Q_Q1         2 1 0 Q2
L_L1         5 3   1uH  
C_C1         5 3   10n  
R_R1         5 3   60  
V_V3         3 0   11V
V_V5         1 0   sin(0.7 0.8 1591500) DC=0.7
C_C3         5 2   10n  
L_L3         5 2   0.111uH
.model Q2  NPN(Is=14.34f BF=200 RB=200 )

Fig. 44 Spice simulatie van de Klasse F waarbij de uitgang oscilleert rond de grond.

Fig. 45 Spice simulatie van de Klasse F waarbij de uitgang oscilleert rond de grond. Verloop van de spanning over de eerste (LC1) en over de derde (LC3) harmonische.