طراحی تقویت کننده توان کلاس e با شبکه تطبیق جدید

رشد روز افزون فناوری بی سیم همراه و در خواست ها برای سیستم هایی با عمر باطری بیشتر، نیاز به توجه بیشتر به سوی طراحی هایی با مصرف توان کمتر را ایجاب می کند. در این بین تقویت کننده های توان به دلیل مصرف توان زیاد، نیاز به طراحی دقیقی دارند. تلاش های زیادی برای افزایش بازدهی تقویت کننده های توان چه در سطح مداری و چه در سطح سیستمی صورت گرفته است. در سطح مداری، یکی از پرکاربردترین روش ها استفاده از تقویت کننده های توان سوئیچ شونده، به ویژه تقویت کننده های کلاس e می باشد. در تقویت کننده ی کلاس e به دلیل بهره گیری از شرایط سوئیچ شوندگی نرم و عدم انطباق ولتاژ و جریان المان فعال، بازده 100% در تئوری قابل حصول است. البته، عوامل غیر ایده آل مربوط به المان فعال همچون مقاومت حالت روشن غیر صفر، زمان گذار روشن به خاموش غیر صفر و اندوکتانس پارازیتی، و همچنین ضریب کیفیت محدود المان های غیر فعال باعث تنزل بازدهی آنها می شوند. در نظر نگرفتن عوامل پارازیتیکی در طراحی تقویت کننده ی کلاس e می تواند به عملکرد بد تقویت کننده یا خرابی آن منجر شود. بنابراین نیاز به بررسی دقیق تأثیر چنین المان های داریم. توان خروجی و فرکانس کاری تقویت کننده های توان، همچنین، دو مشخصه ی اصلی از تقویت کننده های توان را شامل می شوند. برای حصول توان های بالا از تقویت کننده ی کلاس e، نیاز به استفاده از مقاومت های بار کوچک و یا ولتاژ تغذیه ی بالا می شود، که اولی باعث افزایش تلفات المان فعال و شبکه ی تطبیق خروجی و دومی باعث افزایش ولتاژ استرس بر روی المان فعال می شود. خازن خروجی ترانزیستورها عامل محدودیت فرکانس کاری تقویت کننده کلاس e در فرکانس های بالا می باشد که مقدار خازن بهینه موازی با این خازن قابل مقایسه می شود. در این تحقیق، شبکه بار جدیدی برای تقویت کننده ی کلاس e پیشنهاد شده است. این ساختار به تقویت کننده امکان استفاده از مقاومت بار و خازن موازی بزرگتر را می دهد و ظرفیت توان تقویت کننده را افزایش می دهد. افزایش مقاومت بار به افزایش بازدهی تقویت کننده کمک می کند و افزایش خازن موازی امکان افزایش فرکانس کاری برای یک المان فعال مشخص را فراهم می کند. همچنین، مقدار هارمونیک موجود روی مدار رزونانس کاهش یافته که امکان استفاده از ضریب کیفیتهای پایین تردر مقایسه با ساختار ابتدایی کلاسe را امکان پذیر می سازد. در این طراحی ابتدا شبیه سازی ها با استفاده از سلف های ایده آل و در ادامه شبیه سازی با استفاده از سلف های اسپایرال انجام و مقایسه شده است. مدار پیشنهادی، جهت کار در فرکانس 2.4ghz برای کاربردهای wlan که نیازهای استاندارد 802.11b ieee را تأمین می نماید، طراحی شده است. مدار پیشنهادی در فرکانس کاری 2.4ghz و به ازای ولتاژ تغذیه 1.8v ، قادر است بهره ای برابر با 23.2db و توان خروجی در حدود 230mw برای بار خروجی 50? فراهم نماید. همچنین بازده افزوده توان مدار و راندمان به ترتیب برابر با 84.3% و 80.4% می‎باشد.