30W功率放大器的原理分析

王剑新+杨志义

摘 要： 30W功率放大器是10KW调频发射机中1.2KW功率放大器的前极推动。激励器输出的射频信号经过30W功率放大后去推动末极的6×300W功率放大器。

关键词： 场效应管；阻抗匹配；三端可调稳压器

一、引言

海纳公司生产的10KW调频发射机共有8个功放盒，每个功放盒包括1个30W功率放大器和 6个300W功率放大器及其它的一些保护电路 和检测电路。射频信号由激励器输出经过分配器平均送到8个功放盒的 30W功率放大器，再经过30W功率放大器放大后平均送至末极的6个300W功率放大器进行放大。在本文中主要介绍 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功率放大器主要由输入匹配电路、输出匹配电路、场效应管、栅极偏置电路和电源调整部分组成。电路原理如图一所示。激励器输出的射频信号（约为1W）由30W功率放大器（XS1）输入经过一个20W、50Ω/4dB（R40）衰减器，该衰减器的作用一是防止过大激励的输入，二是防止阻止由于阻抗失配而反射的功率串入激励器。送入输入匹配电路，经过阻抗匹配和场效应管BLF177的栅极相匹配，匹配后的射频信号经过场效应管BLF177进行放大（约为20W），再经过阻抗匹配，场效应管BLF177的漏极与输出匹配电路相匹配，将放大后的射频信号由XS2输出送入末极的6个300W功率放大器再进行放大。再经过栅极偏置电路和电源调整电路对场效应管BLF177进行保护和调整，使其工作在一个正常和安全的环境中。具体的原理在下面进行详细的介绍。

三、30W功率放大器各电路的原理

1、输入匹配电路

输入匹配电路是将输入端的50Ω阻抗，通过一个LC匹配电路-采用切比雪夫微带变阻滤波器与BLF177的栅极输入阻抗相匹配，C3为薄膜介质可调电容器，通过调整C3可改变其谐振点，使输入匹配为最佳点，输入匹配电路中的所有电感均为微带线的形式，在原理图中没有标出位号，以粗黑线段表示。

2、输出匹配电路

输出匹配电路采用与输入匹配同样的阻抗变换电路，使输出端的50Ω负载阻抗与BLF177的漏极阻抗相匹配。C15是将电源电压与输出端隔离并参与阻抗匹配，在输出电路中也使用切比雪夫微带滤波器型的阻抗匹配网络，完成阻抗匹配，还可有效地除去谐波分量，输出匹配电路中的所有电感均为微带线的形式，在原理图中没有标出位号，以粗黑线段表示。

3、场效应管

大功率场效应晶体管是近年发展起来的新型半导体器件。目前大多采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管。30W功率放大器采用的是飞利浦公司生产的BLF177晶体管，该管属N沟道增强性型V-MOSFET功率管，该管有以下特点：

① 功率增益高

②互调失真低

③功率输出便于调整

④温度稳定性好

⑤抗负载失配能力强

BLF177晶体管的参数见表一、表二。

4、栅极偏置电路

栅极偏置电路主要给BLF177提供门限电压，由于所用的BLF177功放管是N沟道增强性型的，其栅极的栅偏压为正电压，该电压由稳压二极管D4（4.7V）提供一个稳定的电平，再通过可调电位器RP2来完成栅偏压的设置。此外该电路还具有载波关断功能，当功率放大器在没有正常工作之前，也就是功放管V1没有加上漏极电源时，这时的V1处于关断状态。当功放电源正常时，来自控制板的-12V电压送至XS3-5上，使晶体管V3的基极偏置电压为负，V3截止，场效应管V1的栅偏压为正常设置，V1为导通状态。当功放电源不正常时，控制板送到XS3-5上的电平为0V，通过R24和R26的分压使V3处于导通状态，这时XS3-1上的-12V电压通过V3后与原来的正常偏压一起加在V1的栅极上，使栅极偏压为约-9V的电压，V1被反向关断，30W功率放大器输出为0，处于不工作状态。

5、电源调整电路

30W功率放大器的电源部分的功能是将外部送入的48V直流电压经过调整后加到功放管V1的漏极上，通过改变三端可调稳压器LM317HV（N2）的1脚对地电阻，以达到电源调整的目的。LM317HV是一种高压型的三端可调稳压器，电压调整范围从1.2V-57V，输出电流为1.5A。当功放管的漏极电流高于LM317HV的供给电流时，晶体管V6和V7作为电流扩展并联在LM317HV一起工作，并承担大电流情况的工作。电源调整原理如图二所示。

四、30W功率放大器辅助电路的功能

1、输出功率调整功能

当功放温度过高时（≧70℃）或功放输出的反射过大时，需自动调整功放盒的输出，从控制板的AGC控制电路送来一个控制电压加在XS3-4上，这个电压的大小用来控制晶体管V2的导通程度，可实现对V2的输出阻抗大小的控制。当AGC电平由小变大时，V2的输出阻抗将由大变小，加到V1管的漏极电压也由大变小，使30W功率放大器的功率输出受到控制。

2、电源的过流保护功能

当功放过载或电源短路时，电源电流超过4A时，在电阻R1- R4的两端产生电压降，当这个电压降大于二极管D1的正向压降时，N1的3脚电平高于2脚电平，这样N1的输出为高电平，晶体管V4导通，这时N2的1脚电阻近似为0Ω，使3脚的输出电压降至很小，V5、V6和V7都处于截止状态，功放管V1的電源被断开，以达到保护的目的。

五、维修举例

1、发射机一个功放盒突然出现无功率输出，检查各射频连接都正常，各末级功放管数据正常，经检查30W前级功放没有输出，但功放管BLF177数据正常，经检查发现V3击穿导通，这时XS3-1上的-12V电压通过V3后与原来的正常偏压一起加在V1的栅极上，使栅极偏压为约-9V的电压，V1被反向关断，所以30W功率放大器输出为0，处于不工作状态，这其实也是栅极偏置电路载波关断功能的具体表现。

2、在维修30W功率放大器时，发现功放板只要一带载，该功放板的电源电压就会从37V掉到十几伏，致使电源电压不正常，功放板不能正常工作，经检查发现V6和V7管损坏，这两个管是作为电流扩展并联在LM317HV上一起工作的，它们一损坏，致使LM317HV稳压管的电流承受能力不足，不能正常进行稳压，更换后正常。

六、小结

通过对30W功率放大器的几次维修，简单的将该电路进行了原理分析和总结，理解的不到之处，请各位同行多多指导。■