射頻功率信號放大器
隨著廣播進入數字化的發展模式,生產和運行的全固態PDM和DAM中波廣播發射機中的功率手機信號放大器,也就是功放末級全部采用了場效應管橋式丁類放大器。高頻功率放大器實質是一種受控源能量轉換器,在高頻振蕩電壓激勵下,將電源供給的直流能量轉換成高頻交流能量。因場效應管在低躁聲、大功率、高效益方面的性能十分優越而得到廣泛應用,是功率放大器最理想的放大器件,特點是輸入阻抗高、輸出功率大、開關速度快,通頻帶寬、高頻特性好。調制功放是全固態中波廣播發射機中的高電壓、大電流匯聚之處,是絕對的故障高發區。無論是1 kW、10 kW、50 kW的全固態PDM或DAM機中,這一塊大同小異,一般中、小功率機上調制和功放是分開的,中大功率機上則合二為一,統稱調制功放,多見于50 kW、100 kW、150 kW機,加工成獨立小合,便于維修和互換。
1 電路結構和原理
功率放大器不同于其它工作于甲類、乙類、丙類的電子管功率信號放大器,不需要高電壓;也不同于其它低頻功率放大器,沒有多少帶寬。丁類放大器中場效應管工作于開關狀態,漏極耗散功率非常低,雖然開、關過度期工作在線性區功率很大,但工作頻率高,過度期非常短,工作效率比以往功率放大器大大提高,實際上就可以做到百分之九十以上。
場效應管丁類放大器都是由兩個或以上成對的管子組成,它們分成兩組輪流導通,合作完成功率放大任務。控制場效應管工作于開關狀態的激勵電壓可以是正弦波也可以是方波。實際電路有兩種,即電流開關型和電壓開關型。因為電流開關型電路中,輸出電流是方波,工作頻率高時場效應管開關轉換時間不能忽視,所以中波廣播發射機中采用電壓開關型電路。分為全橋和半橋兩種工作方式。
橋式功放就是現在生產和運行的中波廣播發射機中的功率放大器,橋式功放是由4個場效應管按電橋形式連接,以丁類開關放大方式工作的連接方式被叫做橋式功放,此全橋連接方式是一個H型,故又稱為H型丁類放大器。全橋電路是由兩個半橋組合而成,左右兩部分的輸出與相對的合成變壓器初極線圈首尾相連,這種結構類似傳統推挽電路形式。兩個功率放大器被設計成由獨立電源系統供電,推動信號也是由電橋兩部分各自獨立輸入,功率放大器這個半橋工作方式就被利用到預推動級。
2 實際電路解析
為了便于互換和維修,在發射機中,無論是預驅動放大級,驅動放大級,還是功率放大級都采用相同功率的手機信號增強器。將其做成模塊形式,即一組功率放大器為一個模塊。例如762廠生產的AM103S5-10 kW,DAM的機中就有42個大臺階功放模塊和6個2進制功放模塊,還有4個功放模塊用在推動和預推動級。這些功放模塊隨功率大小和使用機器型號不同,加工成各種小板,便于互換。
供電電壓分別供給兩部分電源輸入端,由每組橋臂下功放管返回地面。供給大臺階功放模塊的是230VDC,供給2進制功放模塊115VDC,30VDC,115VDC供給推動級模塊,60VDC供給預推動級模塊。
電源電壓經扼流圈L1,L2和保險絲F1,F2。若電橋中半部分保險絲熔斷,另外半部分會繼續工作。對于用全橋結構的功放模塊,此時仍能放大輸出,只是輸出功率減小了,輸出到變壓器初級的電壓峰——峰值是原來電壓的一半。
C1,C2,C3,C4為旁路電容,將不需要的部分旁路到地,紅色發光二級管DS1,DS2在模塊保險絲熔斷時通過R1,R2點亮,R1,R2為限流電阻。
推動電路由變壓器T1,T2及相關并連匹配網絡組成。兩個推動變壓器分別用于全橋A\B兩部分。單獨來自分配器的同軸電纜把推動電壓饋送到每個模塊的A\B兩部分,這樣兩部分推動信號互不影響,不會因某部分推動信號故障而影響另一部分正常工作。
推動變壓器初級分別帶有并連匹配網絡增寬了輸入回路的帶寬,就使中波廣播在任何頻率下工作都不用變換元件參數。變壓器T1的匹配網絡由L3,R3,R5組成,變壓器T2的匹配網絡由L4,R4,R6組成。
每個推動變壓器有兩個次極線圈,可提供兩個相位相差180度的推動信號電壓,背靠背齊納二級管VD1,VD2,VD3,VD4是保護場效應管控制柵免受過激損壞及產生的瞬間電壓沖擊。
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