短波射频功率放大器末级设计原理分析探讨

次仁白姆

【摘要】广播电视在播出中，其发射机的信号大小是非常重要的 ，它是保证电视播出正常的前提和基础。下文简要阐述了一种短波射频功率放大器末级设计方案，采用本工作设计的功率放大器末级电路可以高保真、高效率的对前级送来的信号进行放大，然后通过后面的谐波滤波和天馈系统发送出去，以达到通信信号增加的目的。

【关键词】短波射频功率放大器;末级;滤波器

1. 短波射频功率放大器末级设计分析

射频功率放大器的设计原理是通过相应的有源器件，通过技术结合，达到信号发射增强的效果。在设计工作中要注意器件的模块建设、阻抗匹配的结合和放大器的稳定性和实用性。功率放大器设计质量的评价是在稳定的工作条件下，以最小的放大器串联，实现最大的功率增益。为了信号放大的稳定性，其需要计算有源器件不稳定工作的潜在区域。同时，要避免频率发生寄生振荡，考虑不同频率范围的稳定电路技术。

2. 电路设计

2.1 末级推挽放大电路在发射系统中的作用

對于整个短波通信，功率放大器直接关系到信号是否能发射出去，功放的末级放大直接决定需要发射的功率大小，发射功率的大小决定通信距离。那么末级放大电路的作用如下图1：

上图是整个发射机的流程图，功放末级放大处于整个系统的中间环节。激励器对我们要发射的信号进行一系列处理，包括信号的产生、调制、小信号的选频放大等，此信号的功率大约是100mW。然后送给功放的前置放大，前置放大后的功率大约是10W。然后送给末级放大达到250W 的发射功率。功率放大后交给滤波器进行滤波，最后送到天馈系统发射出去进行通信。

2.2 放大电路的电路设计

此电路采用乙类推挽放大电路，利用两只功放管以乙类工作方式各自导通正负半周期，并在负载上完成一个周期波形，其理想效率可以达到78.5%。其电路图2如下：

图2的设计是采用变压器乙类推挽放大电路，其中最核心的元件Q1、Q2，这两个是完全相同的晶体管，这两个晶体管是由摩托罗拉生产的MRF448型号的晶体管。放大倍数一般在20-40dB。其Q1、Q2是功率放大管，它们构成相应的对管。同一个信号周期内时，轮流导电，其可以在工作互相结合。T1是输入变压器，其主要是为输入信号进行倒相，让其产生两个相同大小、极性相反的信号电压，激励Q1与Q2工作。T2是输出传输变压器，其主要是将V1、V2输出信号合成完整的正弦波。T3为平衡转为不平衡输出。

Q3、Q4组成一对开关管，其中Q3是三极管BD679，Q4是三级管BD437，这两个三极管受前面激励器控制，当激励器发射时三极管工作。由上图可知当激励器发射时输出一个15V的控制信号。当15V到达上图时通过电阻R309降压后到达Q3的基极，此时Q3导通。此时24V引脚的24V到达Q4的基极，然后通过电阻R306下地，24V通过R305、R306、R307组成的偏置网络衰减后送到Q1、Q2的基极。

Q1、Q2的工作电压为直流45V，分别加到两个放大管的集电极。

R2、R3、R4、R5、C14、C15分别组成反馈电路。

D1、D2、D3、D4组成检测电路，分别检测出放大信号的电压值，当放大电压值超过设置最大电压值时，二极管导通输出一个报警信号，然后切断前面的15V电压，使整个放大电路不工作，从而达到一个保护作用。

依靠不同的设计路径，放大器有不同的偏置条件。其工作状态对应于电路中有源器件的不同偏置状态。

我们假设晶体管没有进入饱和区，而且在线性工作区内输出电流和输入电压成比例。对于场效应晶体管，电压V*对应于阈值电压;对于双极结晶体管，电压V*对应于基极-发射机内建电压。

根据所谓的传导角来划分不同的工作条件，传导角对应的电流在一个信号周期内流过负载的时间。一般甲类工作条件下，集电极电流存在于整个信号周期，即传导角全范围。如果晶体管在线性区域的传输特性近似于线性函数，则所传输的信号是没有任何失真和放大的输入信号。但在实际应用中，总会产生一定程度的非线性效应，导致放大器的输入信号失真。

乙类工作条件下，这时有一半的信号周期具有集电极电流，其对应于周围一半的的传导角。在信号周期的下半个周期中，晶体管在没有集电极电流流过的情况下进入截止状态。甲乙类的工作状态结合了甲、乙类工作特性，传导角在180～360度，这种放大器通常用于射频信号的高功率放大。

而丙类的放大器只在信号的半周期内传输电流，所以输出信号失真会很大。

2.3 偏置网络

现阶段有两种类型的偏置网络，分别为有源偏置网络和无源偏置网络。无源偏置网络是一种简要的偏置网络。它一般是电阻网络构成，是为晶体管提供合适的电压及电流。但因对晶体管比较敏感，其稳定性比较不理想，所以一般情况下，我们通常采用有源偏置网络。

下图3是整个放大电路Q1、Q2放大管的偏置网络 。其中我们采用一个低频晶体管Q3、Q4共基极为放大电路提供必要的基极电流。电阻R6与Q3的发射极相连改善了静态工作点的稳定度。如果晶体管Q1和Q2具有相同的温度特性，那么这种偏置网络还将具有良好的温度稳定性。

上图3中当15V的PTT信号加到Q4的基极时，Q4开关管打开，打开后的电压加到Q3的基极，使Q3开关管打开，然后通过由R6、R7、R13、C17、C20组成的衰减网络为Q1、Q2提供基极电流。通过调整R6的大小就可以调整放大电路的静态电流，使电路处于线性放大状态。

3. 结论

综上所述，对短波射频放大器电路的设计进行了分析，阐述了电路的阻抗匹配问题，阻抗匹配在射频放大电路中占据又非常关键的地位，最后对电路的设计方案探讨，还有没考虑周全的地方，以待以后改进。

参考文献：

[1]罗旭权，2-30MHz功率放大器的设计[J]，通信与广播电视，2009，（03）.

[2][美]Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko，射频电路设计-理论与应用[J]，电子工业出版社出版.

[3]康华光，电子技术基础，高等教育出版社.