400元进口电子管功放MRF154在固态线性功放中的应用

400元进口电子管功放MRF154在固态线性功放中的应用 ：TM ：A ：1007-0745(xx)08-0161-01 摘要：介绍了一种新型的大功率场效应管MRF154的技术参数和特点，给出了由MRF154 组成的一款推挽式高频功率放大器的具体电路，对该电路进行了详细分析，并对实际应用中的有关工艺问题和散热问题作了说明。 关键词：MRF154 功率放大器 射频通路 直流偏压 散热 一、概述 随着高频功率晶体管价格的不断降低，固态大功率线性放大器在无线通信领域也越来越流行，尤其是射频功率场效应管的应用在近几年得到了很大的发展。与双极晶体管相比，场效应管具有更高的输入阻抗、具有更小的反馈电容（c-b或d-g极间电容）、更好的热稳定性、抗辐射性和较低的噪声。MRF154是Motorola公司开发的一种线性大功率、N沟道增强型MOS场效应管，常用于线性及非线性功率放大电路的研发设计。 二、应用电路 图1所示是使用一对MRF154的优化宽带功放电路的电路原理图，它的工作频率为250MHz，推挽输出功率容量为1.2KW，考虑到输出匹配的影响和互调失真的要求，该电路的实际输出功率大约为800W左右。 图1 250MHz放大器电路图 3.1 直流偏压电路 图1中的g极直流电压校准器（IC1）采用可调电压或固定的电源电压，只有保持场效应管的g极直流偏压和空载电流为常数即可。由于IC1的最大工作电压只有40V，因而本电路中使用了一个齐纳二极管（DI）来保证它的安全。为了稳定温度变化时的空载电流，安装时通常要求热敏电阻R9在物理连接上应与场效应管的安装盘良好接触。 场效应管的g极电压应分别可调（可通过图1中的R1和R2来进行），以使g极开启电压与场效应管相匹配。R10、R11和C3、C4组成RC滤波器，这样，在出现很强的射频磁场时，利用它们可以保护电压校准器。为了调整空载电流，R1和R2必须调到最小值，然后调节R3以使电压校准器的输出电压（IC1的3脚）约为场效应管g极门限电压的两倍。在调节R1以获得所需的空载电流时，应严密监测主电源电压端的电流，并使其典型值处于800mA1A之间，然后调节R2使该电流值加倍，这样就可以使两个场效应管的空载电流相等。当全部调整完以后，R1R3的状态应保持不变。 3.2 射频通路 本放大器被设计成标准的50输入/输出界面，并用宽带射频变压器来实现与场效应管的低阻抗匹配，输入变压器（T1）和输出变压器（T2）都是所谓的传统型变压器。输出阻抗变换器的阻抗比一般为1:4、1:9和1:16。其中1:9的阻抗变换器在800W1000W输出时可以达到最佳匹配，而在输出较低功率时效率较差，这时可以采用降低电源电压的方式来提高效率。 为了更方便地调谐，可以在变压器T1的前端焊接一个云母微调电容器。并可在场效应管的d极端线旁的输出变压器每一边的电路板金属箔上开槽，以增大某些高频窄带应用时的串联电感，这样可以减小场效应管的部分输出容量而使得效率提高。但是，在频率较低时（80MHz以下），由于它们会增加内阻损耗，故应短接。C9的定位应选择在合适的位置，否则将影响到30MHz以上频率时的输入驻波比（VSWR）。 旁路电容C10C12必须选择高Q值的电容。在电路平衡时，T2的中心抽头应无射频信号，但实际情况并非如此，在某些情况下这些电容器可辅助完成电路平衡。有L3和C13构成的一个附加滤波器可防止射频能量反馈到电源上，需要特别注意的是，开关电源对射频信号特别敏感，因此，实际电路中有可能会被它毁坏。 反馈网络L1R14和L2R15用于提供反馈，目的是对频率响应产生一个相对平坦的功率增益。同时改善输入回波损耗，以稳定放大器在低频的增益，如果没有这些反馈网络，放大器在低频段的功率增压只有2530dB。这些反馈量在高频端时最小，低频端时最大，它们的绝大部分功率耗散在R14和R15上。 四、散热问题 本放大器在50%效率的情况下，每个场效应管将耗散500W的热量，因此场效应管必须安装在具有低热阻的铜热扩散器上，然后将铜热扩散器紧贴在一个稍差的热阻材料制成的散热片上（例如铝）。散热器至少三面应超过场效应管安装盘面边缘大约3mm，可以将热扩散器与放大器本身做成一样大小，这样可以时所有的PCB电路板垫片具有相同的高度。铜热扩散器，全部热界面必须涂抹导热硅脂或强力散热膏。场效应管的安装工艺应按要求进行，其中包括螺丝的转矩。 五、结束语 本文详细介绍了一种新型的1KW短波宽带固态线性功率放大器的电路形式和工艺方法，可以看出，本放大器在中、大功率等级的短波发信机中具有很高的实用价值。 尽管本放大器在30MHz及以上频率时，所有的谐波都被抑制在基波以下25dB或更多，但是为了更好地提高整机的谐波抑制和杂散性能，使用时可以在本放大器输出端加一个高功率的滤波器。 _： 1Motorola Inc.Semiconductor Sector Application Notes AN-749.AN-758.AN-347.1990 2RF Power Fied Effect Transistor MRF154.Motor