功率合成线性放大器原理与制作.pdf

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1、CQ业余无线电杂志页码，1/11功率合成线性放大器原理与制作No.35 1995Dec. p18~24, by郭允晟/BA1GYS(exXU2YS),北京6111信箱  虽说QRP具有很大的魅力，吸引人们以小致胜。但它毕竟过于受制于时空条件，带有极大的偶然性。无线电业余家是进取者，他们时刻追求着全频段、全方位和高质量的工作。试观有成就的QRP驾驭者，哪个不是多种优秀通信机和复杂天线阵的拥有者？既有轻武器又有远程大炮呢？  对于DX来讲，似乎应当狠抓两件事：要有尽可能好的天线系统和尽可能大的发射功率。这恐怕是每个HAM的不断追

2、求吧！  一提起PA(功率放大器PowerAmplifier)，首先令人想到的是电子管。它以其技术成熟、不易损坏的优点，至今仍受到重视。但是其庞大的体积、望而生畏的高压，和市场上难于购到的高频高压元件，使得动手派经常想往晶体管方案冲击一下。  晶体管是当今电子设备的主流器件，它也完全适用于大功率PA的。体积小、支持元件易得、和无需高压是其明显优点。人们最担心的是偶然的过压、过流、或过功率而招致的永久性遗憾，这诚然是与电子管相比的不足之处。但是采用正确的设计(如留有足够的安全系数)和细心的调试，还是十分安全的，试观现代收发言机

3、的高可信赖性，就是明证。当然，高于1K级的短波发射机仍然是非电子管莫属的。  对于低于50MHz的PA，简单的推挽末级即可达到200W，采用新型的大功率MOS管曾有人实现了1KW推挽PA，但这器件价格是相当昂贵的。  在低频段，推挽或多管并联方法也是一种功率合成方式，只不过在高频电路中，人们不再使用多管并联；而在超高频电路中，不再使用推挽方式了，真正的功率合成技术是将多个，通常皆为偶数)可以独立工作的放大单元，利用功率分配单元，分别予以推动，然后再用功率合成网路，将各路输出功率予以合成，合成的结果为各单元之总和。  这种合成

4、技术的特点是其一路的故障不影响其它单元的正常工作。而在多管并联电路中，其一管的损坏则可能产生连锁性损坏。mk:@MSITStore:D:资料Radio_Shack_of_BV3FG_20090120.CHM::/cqm/35/35...2013-12-5CQ业余无线电杂志页码，2/11图1：功率合成放大器框图  在设计合成系统时，总是将单元功率与单元个数统筹考虑。将单元功率尽可能的大，则可以减少单元电路的个数、合成网路的复杂性、额外的损耗；通常有2、4或8路等合成方案。例如打算制作800W放大器，则可选用8x100W或4

5、x200W，而对于1600W，则只有选8x200W似乎较为合理。  本文将首先讨论采用推挽方式放大单元的设计，然后介绍功率分配与合成网路的原理，最后实际分析一部8单元1.6KW线性功率放大器电路。至于超高频功率合成技术，笔者拟再另文介绍。  顺便要提一下的是，虽然PA可以做得很大，但在实际使用时，仍然必须按照有关规定使用。短波段宽带域推挽式线性放大单元  在HF波段大功率合成系统中，各单元功放部份通常皆采用推挽式电路。这是因为与单管放大相比，有较高的效率、低的失真、和人的输出功率。对于100W左右的单元，常选用电源电压为13

6、.8V超低电压系列的功放管；而在更高的功率时，为了使电源电流不致过大，常选用28V或更高电压(如50V)的晶体管。以笔者的200W功放单元为例，介绍这种电路的设计：  本单元选用MRF422型晶体管，其主要参数为：电源电压28V工作频段2~30MHz输出功率P=150W(PEP)o最小功率增益10dB极限集电极电流(连续)Ic=20A极限V=40V,V=85VCEOCBO器件总功耗P=290W(25℃时)。D  由以上参数可见，当用在推挽方式使输出功率限制在200W时，无论从电流或功率角度上mk:@MSITStore:D:

7、资料Radio_Shack_of_BV3FG_20090120.CHM::/cqm/35/35...2013-12-5CQ业余无线电杂志页码，3/11来看，都是有较大富裕度的，可以十分安全的运行。  现在计算输出变压器的变比n：  设输出功率为200W，则在500负载上的峰值电压为：  当选用E=28V电源时，则变比为：c  式中η为变压器效率，V为晶体管饱和电压，N、N分别为初级、次级的圈数注意初级CE12的总圈数为2N。1  如果初级采用带有中心抽头的一圈，则次级N=0.5/0.178=2.8，选用3圈。晶体2管的峰值

8、电流为：I=2P/(E-U)=400/27.3=14.7ACMocCE  对于正弦波来讲，平均电流为：I≒2I/π=0.636I=9.4AavgCMCM  为了了解大功率功放的等效负载电阻是多么的小，我们不妨计算一下：R=(E-U)2/2P=186ΩUcCEo电源功率P=IE=263Wdc