30W功率放大器的原理分析

王劍新+楊志義

摘 要： 30W功率放大器是10KW調(diào)頻發(fā)射機中1.2KW功率放大器的前極推動。激勵器輸出的射頻信號經(jīng)過30W功率放大后去推動末極的6×300W功率放大器。

關(guān)鍵詞： 場效應管；阻抗匹配；三端可調(diào)穩(wěn)壓器

一、引言

海納公司生產(chǎn)的10KW調(diào)頻發(fā)射機共有8個功放盒，每個功放盒包括1個30W功率放大器和 6個300W功率放大器及其它的一些保護電路 和檢測電路。射頻信號由激勵器輸出經(jīng)過分配器平均送到8個功放盒的 30W功率放大器，再經(jīng)過30W功率放大器放大后平均送至末極的6個300W功率放大器進行放大。在本文中主要介紹 30W功率放大器的原理及它的一些功能 。

二、30W功率放大器的原理

30W功率放大器主要由輸入匹配電路、輸出匹配電路、場效應管、柵極偏置電路和電源調(diào)整部分組成。電路原理如圖一所示。激勵器輸出的射頻信號（約為1W）由30W功率放大器（XS1）輸入經(jīng)過一個20W、50Ω/4dB（R40）衰減器，該衰減器的作用一是防止過大激勵的輸入，二是防止阻止由于阻抗失配而反射的功率串入激勵器。送入輸入匹配電路，經(jīng)過阻抗匹配和場效應管BLF177的柵極相匹配，匹配后的射頻信號經(jīng)過場效應管BLF177進行放大（約為20W），再經(jīng)過阻抗匹配，場效應管BLF177的漏極與輸出匹配電路相匹配，將放大后的射頻信號由XS2輸出送入末極的6個300W功率放大器再進行放大。再經(jīng)過柵極偏置電路和電源調(diào)整電路對場效應管BLF177進行保護和調(diào)整，使其工作在一個正常和安全的環(huán)境中。具體的原理在下面進行詳細的介紹。

三、30W功率放大器各電路的原理

1、輸入匹配電路

輸入匹配電路是將輸入端的50Ω阻抗，通過一個LC匹配電路-采用切比雪夫微帶變阻濾波器與BLF177的柵極輸入阻抗相匹配，C3為薄膜介質(zhì)可調(diào)電容器，通過調(diào)整C3可改變其諧振點，使輸入匹配為最佳點，輸入匹配電路中的所有電感均為微帶線的形式，在原理圖中沒有標出位號，以粗黑線段表示。

2、輸出匹配電路

輸出匹配電路采用與輸入匹配同樣的阻抗變換電路，使輸出端的50Ω負載阻抗與BLF177的漏極阻抗相匹配。C15是將電源電壓與輸出端隔離并參與阻抗匹配，在輸出電路中也使用切比雪夫微帶濾波器型的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，完成阻抗匹配，還可有效地除去諧波分量，輸出匹配電路中的所有電感均為微帶線的形式，在原理圖中沒有標出位號，以粗黑線段表示。

3、場效應管

大功率場效應晶體管是近年發(fā)展起來的新型半導體器件。目前大多采用金屬-氧化物-半導體場效應晶體管。30W功率放大器采用的是飛利浦公司生產(chǎn)的BLF177晶體管，該管屬N溝道增強性型V-MOSFET功率管，該管有以下特點：

① 功率增益高

②互調(diào)失真低

③功率輸出便于調(diào)整

④溫度穩(wěn)定性好

⑤抗負載失配能力強

BLF177晶體管的參數(shù)見表一、表二。

4、柵極偏置電路

柵極偏置電路主要給BLF177提供門限電壓，由于所用的BLF177功放管是N溝道增強性型的，其柵極的柵偏壓為正電壓，該電壓由穩(wěn)壓二極管D4（4.7V）提供一個穩(wěn)定的電平，再通過可調(diào)電位器RP2來完成柵偏壓的設(shè)置。此外該電路還具有載波關(guān)斷功能，當功率放大器在沒有正常工作之前，也就是功放管V1沒有加上漏極電源時，這時的V1處于關(guān)斷狀態(tài)。當功放電源正常時，來自控制板的-12V電壓送至XS3-5上，使晶體管V3的基極偏置電壓為負，V3截止，場效應管V1的柵偏壓為正常設(shè)置，V1為導通狀態(tài)。當功放電源不正常時，控制板送到XS3-5上的電平為0V，通過R24和R26的分壓使V3處于導通狀態(tài)，這時XS3-1上的-12V電壓通過V3后與原來的正常偏壓一起加在V1的柵極上，使柵極偏壓為約-9V的電壓，V1被反向關(guān)斷，30W功率放大器輸出為0，處于不工作狀態(tài)。

5、電源調(diào)整電路

30W功率放大器的電源部分的功能是將外部送入的48V直流電壓經(jīng)過調(diào)整后加到功放管V1的漏極上，通過改變?nèi)丝烧{(diào)穩(wěn)壓器LM317HV（N2）的1腳對地電阻，以達到電源調(diào)整的目的。LM317HV是一種高壓型的三端可調(diào)穩(wěn)壓器，電壓調(diào)整范圍從1.2V-57V，輸出電流為1.5A。當功放管的漏極電流高于LM317HV的供給電流時，晶體管V6和V7作為電流擴展并聯(lián)在LM317HV一起工作，并承擔大電流情況的工作。電源調(diào)整原理如圖二所示。

四、30W功率放大器輔助電路的功能

1、輸出功率調(diào)整功能

當功放溫度過高時（≧70℃）或功放輸出的反射過大時，需自動調(diào)整功放盒的輸出，從控制板的AGC控制電路送來一個控制電壓加在XS3-4上，這個電壓的大小用來控制晶體管V2的導通程度，可實現(xiàn)對V2的輸出阻抗大小的控制。當AGC電平由小變大時，V2的輸出阻抗將由大變小，加到V1管的漏極電壓也由大變小，使30W功率放大器的功率輸出受到控制。

2、電源的過流保護功能

當功放過載或電源短路時，電源電流超過4A時，在電阻R1- R4的兩端產(chǎn)生電壓降，當這個電壓降大于二極管D1的正向壓降時，N1的3腳電平高于2腳電平，這樣N1的輸出為高電平，晶體管V4導通，這時N2的1腳電阻近似為0Ω，使3腳的輸出電壓降至很小，V5、V6和V7都處于截止狀態(tài)，功放管V1的電源被斷開，以達到保護的目的。

五、維修舉例

1、發(fā)射機一個功放盒突然出現(xiàn)無功率輸出，檢查各射頻連接都正常，各末級功放管數(shù)據(jù)正常，經(jīng)檢查30W前級功放沒有輸出，但功放管BLF177數(shù)據(jù)正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)V3擊穿導通，這時XS3-1上的-12V電壓通過V3后與原來的正常偏壓一起加在V1的柵極上，使柵極偏壓為約-9V的電壓，V1被反向關(guān)斷，所以30W功率放大器輸出為0，處于不工作狀態(tài)，這其實也是柵極偏置電路載波關(guān)斷功能的具體表現(xiàn)。

2、在維修30W功率放大器時，發(fā)現(xiàn)功放板只要一帶載，該功放板的電源電壓就會從37V掉到十幾伏，致使電源電壓不正常，功放板不能正常工作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)V6和V7管損壞，這兩個管是作為電流擴展并聯(lián)在LM317HV上一起工作的，它們一損壞，致使LM317HV穩(wěn)壓管的電流承受能力不足，不能正常進行穩(wěn)壓，更換后正常。

六、小結(jié)

通過對30W功率放大器的幾次維修，簡單的將該電路進行了原理分析和總結(jié)，理解的不到之處，請各位同行多多指導。■