射頻功率放大器

摘要：介紹了中波廣播發(fā)射機(jī)中射頻功率放大器的組成，工作原理和效率分析，以及其維護(hù)、維修的要點(diǎn)，并對比實(shí)際電路做刨析。
關(guān)鍵詞：射頻功率放大器；場效應(yīng)管；工作原理；效率；維護(hù)；維修

0 引言
隨著廣播進(jìn)入數(shù)字化的發(fā)展模式，生產(chǎn)和運(yùn)行的全固態(tài)PDM和DAM中波廣播發(fā)射機(jī)中的射頻功率放大器，也就是功放末級全部采用了場效應(yīng)管橋式丁類放大器。高頻功率放大器實(shí)質(zhì)是一種受控源能量轉(zhuǎn)換器，在高頻振蕩電壓激勵(lì)下，將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成高頻交流能量。因場效應(yīng)管在低躁聲、大功率、高效益方面的性能十分優(yōu)越而得到廣泛應(yīng)用，是功率放大器最理想的放大器件，特點(diǎn)是輸入阻抗高、輸出功率大、開關(guān)速度快，通頻帶寬、高頻特性好。調(diào)制功放是全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)中的高電壓、大電流匯聚之處，是絕對的故障高發(fā)區(qū)。無論是1 kW、10 kW、50 kW的全固態(tài)PDM或DAM機(jī)中，這一塊大同小異，一般中、小功率機(jī)上調(diào)制和功放是分開的，中大功率機(jī)上則合二為一，統(tǒng)稱調(diào)制功放，多見于50 kW、100 kW、150 kW機(jī)，加工成獨(dú)立小合，便于維修和互換。

1 電路結(jié)構(gòu)和原理
射頻功率放大器不同于其它工作于甲類、乙類、丙類的電子管射頻功率放大器，不需要高電壓；也不同于其它低頻功率放大器，沒有多少帶寬。丁類放大器中場效應(yīng)管工作于開關(guān)狀態(tài)，漏極耗散功率非常低，雖然開、關(guān)過度期工作在線性區(qū)功率很大，但工作頻率高，過度期非常短，工作效率比以往功率放大器大大提高，實(shí)際上就可以做到百分之九十以上。
場效應(yīng)管丁類放大器都是由兩個(gè)或以上成對的管子組成，它們分成兩組輪流導(dǎo)通，合作完成功率放大任務(wù)?？刂茍鲂?yīng)管工作于開關(guān)狀態(tài)的激勵(lì)電壓可以是正弦波也可以是方波。實(shí)際電路有兩種，即電流開關(guān)型和電壓開關(guān)型。因?yàn)殡娏鏖_關(guān)型電路中，輸出電流是方波，工作頻率高時(shí)場效應(yīng)管開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間不能忽視，所以中波廣播發(fā)射機(jī)中采用電壓開關(guān)型電路。分為全橋和半橋兩種工作方式。
橋式功放就是現(xiàn)在生產(chǎn)和運(yùn)行的中波廣播發(fā)射機(jī)中的射頻功率放大器，橋式功放是由4個(gè)場效應(yīng)管按電橋形式連接，以丁類開關(guān)放大方式工作的連接方式被叫做橋式功放，此全橋連接方式是一個(gè)H型，故又稱為H型丁類放大器。全橋電路是由兩個(gè)半橋組合而成，左右兩部分的輸出與相對的合成變壓器初極線圈首尾相連，這種結(jié)構(gòu)類似傳統(tǒng)推挽電路形式。兩個(gè)射頻功率放大器被設(shè)計(jì)成由獨(dú)立電源系統(tǒng)供電，推動(dòng)信號(hào)也是由電橋兩部分各自獨(dú)立輸入，射頻功率放大器這個(gè)半橋工作方式就被利用到預(yù)推動(dòng)級。

2 實(shí)際電路解析
為了便于互換和維修，在發(fā)射機(jī)中，無論是預(yù)驅(qū)動(dòng)放大級，驅(qū)動(dòng)放大級，還是射頻功率放大級都采用相同的射頻功率放大器。將其做成模塊形式，即一組功率放大器為一個(gè)模塊。例如762廠生產(chǎn)的AM103S5-10 kW，DAM的機(jī)中就有42個(gè)大臺(tái)階功放模塊和6個(gè)2進(jìn)制功放模塊，還有4個(gè)功放模塊用在推動(dòng)和預(yù)推動(dòng)級。這些功放模塊隨功率大小和使用機(jī)器型號(hào)不同，加工成各種小板，便于互換。
供電電壓分別供給兩部分電源輸入端，由每組橋臂下功放管返回地面。供給大臺(tái)階功放模塊的是230VDC，供給2進(jìn)制功放模塊115VDC，30VDC，115VDC供給推動(dòng)級模塊，60VDC供給預(yù)推動(dòng)級模塊。
電源電壓經(jīng)射頻扼流圈L1，L2和保險(xiǎn)絲F1，F(xiàn)2。若電橋中半部分保險(xiǎn)絲熔斷，另外半部分會(huì)繼續(xù)工作。對于用全橋結(jié)構(gòu)的功放模塊，此時(shí)仍能放大輸出，只是輸出功率減小了，輸出到射頻變壓器初級的射頻電壓峰——峰值是原來射頻電壓的一半。
C1，C2，C3，C4為旁路電容，將不需要的射頻部分旁路到地，紅色發(fā)光二級管DS1，DS2在模塊保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)通過R1，R2點(diǎn)亮，R1，R2為限流電阻。
射頻推動(dòng)電路由變壓器T1，T2及相關(guān)并連匹配網(wǎng)絡(luò)組成。兩個(gè)射頻推動(dòng)變壓器分別用于全橋A＼B兩部分。單獨(dú)來自射頻分配器的同軸電纜把射頻推動(dòng)電壓饋送到每個(gè)模塊的A＼B兩部分，這樣兩部分推動(dòng)信號(hào)互不影響，不會(huì)因某部分推動(dòng)信號(hào)故障而影響另一部分正常工作。
射頻推動(dòng)變壓器初級分別帶有并連匹配網(wǎng)絡(luò)增寬了輸入回路的帶寬，就使中波廣播在任何頻率下工作都不用變換元件參數(shù)。變壓器T1的匹配網(wǎng)絡(luò)由L3，R3，R5組成，變壓器T2的匹配網(wǎng)絡(luò)由L4，R4，R6組成。
每個(gè)射頻推動(dòng)變壓器有兩個(gè)次極線圈，可提供兩個(gè)相位相差180度的推動(dòng)信號(hào)電壓，背靠背齊納二級管VD1，VD2，VD3，VD4是保護(hù)場效應(yīng)管控制柵免受過激損壞及產(chǎn)生的瞬間電壓沖擊。