高頻功率放大器的中和問題

1.前言

以真空電子管為核心放大器件的大功率高頻功率放大器，理論上電子管柵極電壓對(duì)陰極的控制作用，完全是通過柵極電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)陰極發(fā)射出的電子加速作用而實(shí)現(xiàn)的，但實(shí)際上由于電子管極間電容的存在，尤其是板極和柵極之間的極間電容，使電子管的柵極回路和板極回路互相耦合，引起高頻功放電路直通和反作用的不良影響，從而引起高頻功放工作不穩(wěn)定。板柵極間電容對(duì)高頻功放電路的影響程度與放大器使用頻率有關(guān)。在長(zhǎng)波發(fā)射機(jī)中，由于頻率低，板柵極間電容的影響可以忽略不計(jì);對(duì)中波機(jī)來說就要考慮其影響，對(duì)于短波機(jī)特別是超短波發(fā)射機(jī)來說，不但要考慮極間電容的影響，還要考慮引線電感的影響，這主要是隨著工作頻率的升高，極間電容容抗會(huì)隨之變小，而引線電感的感抗會(huì)隨之產(chǎn)生且逐漸變大。所以，在實(shí)際工作中，必須采取有效的措施，采用中和電路的方式，消除電子管極間電容及線路引線等效電感對(duì)高頻功放的危害，使高頻功率放大器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.極間電容所產(chǎn)生的不良影響

2.1 直通作用

如圖1-1(a)所示為電子管共陰電路，電路中除有用的激勵(lì)電壓Ug和板極諧振回路外，還有元件結(jié)構(gòu)性引起的極間電容，板極和柵極之間的板柵極間電容Cag,板極和陰極之間的板陰極間電容Cak,柵極和陰極之間的柵陰極間電容Cgk等寄生參量。

Cak、Cgk可分別合并為輸入和輸出回路，而Cag跨接在兩個(gè)回路之間，這樣激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的高頻電流的一部分通過Cag直接送到了板極回路，在諧振回路兩端產(chǎn)生壓降，等效電路如圖1-1(b)所示，其工作頻率越高，則影響越大，這個(gè)現(xiàn)象就叫直通。

直通作用所造成的不良影響是，當(dāng)電子管的板極電流截止時(shí)，由于直通的存使激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的高頻電流的一部分會(huì)通過Cag直接送到了板極回路，使板極回路的電流不能完全的截止，當(dāng)有調(diào)幅時(shí)，得不到100%的調(diào)幅，造成調(diào)幅信號(hào)的失真，同時(shí)也增加了激勵(lì)信號(hào)的功率消耗。

2.2 反作用

在探討電子管極間電容對(duì)高頻功放電路的反作用之前，首先對(duì)電子管高頻功率放大器典型的、被廣泛使用的電路形式進(jìn)行一下說明，電子管高頻功率放大器以電子管的陰極作為高頻公共點(diǎn)，信號(hào)被送到柵極和陰極之間，從板極和陰極之間輸出，以諧振回路作為負(fù)載，工作在丙類(效率高)狀態(tài)，具有較高功率增益，板極諧振回路形式多用并聯(lián)諧振回路。高頻功率放大器要實(shí)現(xiàn)最大功率值輸出，就是主要完成板極回路電容、電感的調(diào)諧，滿足其并聯(lián)諧振的條件。在回路諧振時(shí)，電路中的電壓、電流參量有如下特征：柵壓和板壓反相1800;板流直流分量和柵流直流分流量變化相反，板流直流分量最小與柵流直流分流量最大值應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)。

下面我們就探討電子管極間電容對(duì)高頻功放電路的反作用，反作用就是板極電流的一部分通過Cag反饋到本級(jí)柵極回路，引起輸入回路阻抗變化而失諧的影響。

如圖1 - 1 ( a ) 所示， 反作用電流為：

反作用電流對(duì)激勵(lì)電壓的影響可用導(dǎo)納來表示，即：

由于在諧振時(shí)，柵極回路電壓與板極回路的相角差為零，故有：

這說明反作用是輸入導(dǎo)納變成容性，輸入電容的數(shù)值為：

它使放大器的輸入阻抗變化，且因起前級(jí)板極回路失諧，工作不穩(wěn)定。對(duì)于本級(jí)板流來說，因柵極失諧，使諧振時(shí)板流的最小值和柵流的最大值不同時(shí)出現(xiàn)。這就是電子管極間電容對(duì)高頻功放電路的反作用。

除了電子管極間電容，板極和柵極之間還會(huì)存在其他的雜散耦合，還有板極、柵極元件布局，各槽路間高電位和低電位之間，也都會(huì)產(chǎn)生類似極間電容那樣的寄生耦合。

3.消除極間電容不良影響的方法

電子管的極間電容，放大器各級(jí)和板、柵極之間產(chǎn)生寄生耦合，都會(huì)因直通和反作用影響高頻功率放大器的穩(wěn)定工作。而消除此不良影響的方法有以下幾種：

●采取中和電路。就是在原電路中加入另外一個(gè)電路，其作用與Cag作用相反，以抵消其對(duì)電路所產(chǎn)生的影響。

●選用隔離效果更好的四、五極是電子管。雖然Cag不大，但還是可能產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以也必須加中和電路。

●采用倍頻法。由于倍頻器的柵極和板極回路的諧振頻率相差很遠(yuǎn)，因此，直通和反作用將大為減弱。但此法應(yīng)用有限，一般僅在激勵(lì)器中使用。

●采用柵極接地電路，即柵地電路。