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(1) [高频功率放大器]什么是高频功率放大器,有什么作用?
什么是高频功率放大器,有什么作用?
高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在 “低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的了类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至 20000 Hz，高低频率之比达 1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。
(2) [高频功率放大器]高频功率放大器电路原理图
高频功率放大器电路原理图
为了在较宽的通带内使功率放大器增益相对稳定,电路由甲类、丙类两级功率放大器组成。甲类功率放大器的输出信号作为丙类功率放大器的输入信号,丙类功率放大器作为发射机末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率。电路原理如图1所示。
根据设计要求和晶体管实际参数,采用Philip s公司的NPN型高压晶体管2N5551作为放大管,三极管Q1、电感L1、电容C2组成甲类功率放大器,工作在线性放大状态。三极管Q2和由电感L3、电容C7、C6构成的负载回路组成丙类功率放大器。R1、R2、R3、R4 组成第1 级静态偏置电阻,调节R2、R3可改变放大器的增益。L1、C2组成一级调谐回路,L2、R5、C4组成的部分在丙类功率放大器基极处产生负偏压馈电, R7为射级反馈电阻,调整R7 可改变丙类功率放大器的增益。C6、C7、L3组成末级调谐回路, C6 用来微调谐振频率以获得最佳工作状态。C8、C9和L4 组成滤波回路,起到改善波形的作用。R9和C10、R11和C11以及R8和C12均为负载回路外接电阻。集电极可选择连接不同的负载。
当基极输入的正弦信号频率取值在L1、C2 谐振频率附近时,集电极输出正弦信号电压增益最大。C5为射级旁路电容,有效地控制了可能由于射级电阻R3、R4过大而引起电压增益下降的问题。当甲类功率放大器输出信号大于丙类功率放大器三极管Q2的be间负偏压时, Q2才导通工作。当L3、C7处谐振频率与从甲类功率放大器集电极获得的放大输出正弦信号的频率一致时,丙类功率放大器工作于谐振状态,集电极将获得最大的电压增益,达到功率放大的目的。(责任编辑：电路图)
(3) [高频功率放大器]高频功率放大电路图
最后建议朋友们不要把损坏的模块立即丢弃，检查一下，也许还能派上大用场。我们撬开模块的塑料封盖，可以看到陶瓷基板上除了一些贴片元件和微带电路外，有两块晶体管芯片；靠近输出端那块大的是功率管芯片，靠近输入端那块小的是激励管芯片。用万能表电阻档测晶体管的方法，检测这两块芯片(小心不要把芯片至基板的触须弄断了)。有些损坏的模块，其实烧毁的仅仅只是激励管，而功率晶体管还是完好无损的。若真如此，您就幸运了。用刻刀撬掉激励管芯片，找一截细铜丝(越短越好)上好锡，把此管的基极和集电极接点相连、焊接好。再用AB胶把塑料封盖和基板重新胶好，就OK了。用它做VHF/ 2米段的高频功放，由于模块本身已经具有微带滤波器构成的输出、输入匹配电路，故其输出端可直接加载50Ω室外天线、输入端可用手持机的输出直接激励。一般情况下，2W左右的激励功率，已能推动模块满功率输出了。注意调试时激励功率应由小到大逐步增加，不要直接使用手持机的大功率(5W)输出！要知道，过激励也是造成功率晶体管击穿的主要原因。浙江金华的爱好者BD5DJH就是按此方法，把一块损毁的M57741—L修复后，作为IC—H6机的后续功放，几年来使用效果很好。
电路图供实验时参考，有关说明如下：
1、RFC是高频扼流圈，为加强功放级电源的高频退藕而设。找一只废旧开关电源上的小磁环，用QZ 0.8mm线穿绕而成，绕满即可，无特殊要求。
2、收、发切换继电器的放大、控制晶体管，可用一般的NPN中功率管3DG130、2SC1815等，无特殊要求。由于不同型号手持机RF输出的差异及晶体管参数的离散性，电阻R的值在实验中可适当进行调整。以阻值尽可能大时，按下手持机PTT键，继电器能立即快速吸合为准。
3、虚线框内的低通滤波电路，能提高工作效率、降低谐波发射，是为进一步实验而设的。实践中也可以不用，但工作电流最大可达7A或7A以上，故效率较低、对散热要求较高。
滤波电路安装完成后，一般应接上50Ω假负载进行仔细调校以取得最佳效果。我们通过对比会发现，不但模块的发热量降低了，天线的有效输出也增大了。电路图中电感用QZ 0.8mm线在直径φ6.5mm的钻头上绕制(脱胎)而成。
怎么样？比用功率管装配、制作高频功率放大器，要方便多了吧？其实，修旧利废、变废为宝也是我们业余无线电爱好者DIY的真谛，您不想试试吗？
