可以通过调整所有较高的谐波组件，而不仅仅是第三个来提高这种效率。在本文中，我们将了解旨在做到这一点的F类放大器。它被称为传输线峰值放大器，在理想条件下具有100％的效率，可在VHF（30至300 MHz）和UHF（300 MHz至3 ghz）FM无线电发射机中广泛使用。
传输线峰值放大器的电路图如图1所示。如您所见，其负载网络包含平行谐振电路和基本频率下的四分之一波长传输线。
要了解该电路的工作原理，我们首先需要了解以下内容：
我们将在本文的接下来的两个部分中讨论这些概念。之后，我们将检查理想传输线峰放大器的波形并计算其效率。，我们将通过一个设计示例来结束文章。
图2显示了A和周期t的峰值峰值幅度的方波。
上述波形可以通过采用傅立叶级数表示来分解为其频率组件：
$ f（t）?=?\ frac {a} {2}?+?\ frac {2a} {\ pi} {\ pi} \ sin（\ omega_ {0} t） pi} \ sin（3 \ omega_ {0} t）
从公式1中，我们看到方波是奇数谐波频率下的无限序列正弦。我们知道，要将给定的谐波组件添加到我们的波形中，我们需要一个调谐到该谐波的谐振电路。因此，接近方波需要模拟无限谐振器阵列的结构。
图1中的电路通过与负载串联使用四分之一波长线来实现这一目标。本文的下一部分解释了如何以及为什么起作用。
无损四分之一波长线的输入阻抗由以下方式给出：
zin?=? fracz20zl
在哪里：
z 0是线路的特征阻抗
Z L是负载阻抗。
我们在上面看到，四分之一波长线的输入阻抗与负载阻抗成反比。在传输线峰值放大器的情况下，我们的四分之一波长传输线终止于短路。从等式2中，在这种线的输入处看到的阻抗是开路。
现在我们已经讨论了输入阻抗，下一步是检查收集器以不同的谐波频率看到的负载阻抗：
我们将从基本频率开始。
在图1中，L 0 -C 0储罐被调整为基本频率。在此频率下，它充当开路，导致四分之一波长在r l处终止。应用公式2，在基本频率下传输线的输入阻抗（如收集器所见）是一个纯电阻值：
rin?=? fracz20rl
如果线的特性阻抗等于载荷阻抗（z 0 = r L），则获得r in = r l。
在图1中，L 0 -C 0储罐在所有谐波处将输出节点短路接地。在均匀的谐波下，线的长度成为信号半波长的整数倍数。例如，在第二个谐波中，该线是半波长线。在第四个谐波，该线是全波长线。
当线的长度是半波长的整数倍数时，在线的输入处看到的阻抗等于其载荷阻抗（z in = z l）。为了理解这一点，我们首先指出，半波长可以分为两个四分之一波长线。
然后，我们可以使用方程式2来证明无损半波长传输线的输入阻抗等于其载荷阻抗（Z L），无论该线的特性阻抗如何。因此，在谐波中，收集器看到了连接到线路右端的阻抗，这是一个短路。
在奇数谐波频率下，该线有效地成为四分之一波长的奇数倍数。因此，输出处的短路将在这些频率下转化为收集器的开路。要理解这一点，请参见等式1。
终结果是负载网络等效于无限数量的并联电路。这在图3中说明了这一点，该图显示了z 0 = r l的不同谐波处的等效输入阻抗。
在偶数谐波和奇数谐波时均匀终止的短路终止时，收集器电压波形被迫仅包括基本频率和奇怪的谐波。结果，可以使用方波收集器电压。
图4显示了在传输线峰放大器中观察到的典型波形。
施加到晶体管输入的信号是偏置正弦波，它偏向设备的交通电压处的晶体管（对应于180度的传导角）。在半周期期间，收集器电压（V C）为零。
我们知道V C是一波浪潮。由于在理想的RF扼流圈上没有直流电压下降，因此我们也知道V C的直流分量等于V CC。在半周期期间，占用比为50％，V c = 0，我们可以得出结论，在半个周期期间，收集器电压应等于2 V cc 。
方波电压具有所有奇数的谐波组件。但是，由于负载网络在基本基本上方的奇数谐波上呈现一个开路，因此它仅在基本频率下进行电流。因此，输出电流（I O）是基本频率下的正弦波。
这也意味着晶体管的电流是半周期期间的正弦曲线。由于收集器电流在半周期期间为零，因此结果是半个波收集器电流。
总结：
在理想的情况下，电流波形和电压波形与D类放大器的波形相同。
，对上述波形的目视检查揭示了V C和I O的基本组成部分之间的相位差。这是因为当电流（或电压）波经过四分之一波长传输线时，相位差为90度。结果，v C的基本组成部分将I O降低了90度。
假设收集器电压是一个方波，峰值峰值电压摇摆为2 V cc。从方波的傅立叶级数表示（方程1）中，我们知道V C的基本成分的幅度为：
vc，，，，1 = 2π × 2vcc = 1.27 × vcc
当传输线连接到匹配的负载时，沿传输线长度的电压信号的幅度恒定。因此，对于匹配的终止（z 0 = r L），我们可以得出结论，输出电压的幅度也为v o =（4/π）V cc。请注意， V O的振幅大于V CC ，这是在B类放大器中观察到的挥杆振幅的典型极限。这类似于在第三谐波峰放大器中观察到的行为。
功率放大器效率的公式为η= p l / p cc。如果我们知道输出电压，我们可以按以下方式计算输送到负载的平均功率：
pl = v2o，，，，rmsrl = 12rl（（4πvcc）2→pl = 8π2 × v2ccrl
为了计算供应能力，我们发现从电源中得出的平均电流（图3中的中间曲线的平均值），然后将其乘以电源电压。然后，我们使用傅立叶级数表示表达半波整流的收集器电流作为其频率成分的总和：
我c = 我pπ + 我p2罪（（ω0t） - 2我p3πcos（（2ω0t） - 2我p15πcos（（4ω0t） + …
鉴于平均收集器电流为i p /π，因此电源的功率输出计算为：
pcc = 我pvccπ
我们可以使用公式5和7来计算放大器的效率，但是只有在我们建立I P和V CC之间的关系后，我们才能使用。为此，我们注意到I C的基本组成部分的幅度是I P /2。该电流流入负载（R L ），并产生v O =（4/π）V CC的基本电压振幅。因此，我们有：
我p2 × rl = 4πvcc→我p = 8π × vccrl
现在，我们可以组合公式7和8，以从供应中找到功率：
pcc = 8π2 × v2ccrl
比较等式5和9，我们看到负载功率和供应能力是相同的。因此，放大器的理论效率为100％。
请注意，这是一个简化的分析 - 我们假设晶体管充当理想的开关，其抗性，无限的非抗性和无输出电容。我们还假设开关动作是瞬时且无损的。
我们可以设计传输线以使外部负载与收集器的阻抗相匹配。这使我们能够以基本频率化输出功率。
为了计算此情况的输出功率，我们注意到输送到无损线的输入的平均功率等于输送到其终止的功率。应用公式4，然后发现输出功率为：
pl = 12 × v2c，，，，1r我n = 12r我n（（4πvcc）2→pl = 8π2 × v2ccr我n
其中r是线的输入阻抗。
为了帮助巩固这些概念，让我们仔细研究设计示例。
假设我们正在设计一个f类放大器，如图1所示。对于此放大器，该线的特征阻抗为z 0 =50Ω，电源电压为v cc = 30 v。确定以下内容：
步是通过应用公式10来找到线路的所需输入阻抗。
pl = 8π2 × v2ccr我n→7.3 = 8π2 × 302r我n
解决输入阻抗的求解为≈100Ω。既然我们有一个r的值，我们使用四分之一波长线的输入阻抗方程来计算r l：
r我n = z20rl→100 = 502rl
r l =25Ω的作用。
从图4中，收集器电压为2 V cc = 60 v。它仅留下收集器电流，我们通过在等式8中使用r in而不是r l找到。
我p = 8π × vccr我n = 8π × 30100 = 0.76 一个
传输线峰值F级放大器使用由四分之一波长传输线和平行谐振电路组成的负载网络。收集器电压包括基本和奇怪的谐波组件，而收集器电流包括基本组件以及均匀的谐波组件。因此，功率仅在基本频率下产生，导致理想效率为100％。
如前所述，这种放大器广泛用于VHF和UHF FM无线电发射机中。但是，我们必须牢记，将传输线实施到F类放大器IC中可能会具有挑战性。即使在2.4 GHz的频率下，四分之一波长的传输线的长度超过3厘米。
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