调频晶体管高频功率放大器的组成与特点
摘 要 本文简单介绍目前调频广播发射机功率放大器组成以及在功放模块中普遍使用的金属氧化物半导体场效应晶体管V-MOSFET的特点
关键词 调频；V-MOSFET晶体管；放大器； 谐波抑制度；通频带
晶体管高频功率放大器是全固态调频发送设备的重要组成部分。由于晶体管高频功率放大器具有性能稳定、可靠性高、成本低、易于小型化等优点。所以在调频发送设备中得到广泛应用。
1 晶体管高频功率放大器是由高频功放管、直流馈电及滤波电路、输入、输出匹配电路以及散热器（装置）、屏散盒（罩）等组成
如下图所示：
调频发射机晶体管高频功率放大器方框图
1） 输入匹配回路的功能是将信号源或前级输出的能量高效率、不失真地传输给功放管的输入端，作为功放管的控制信号。同时将管子的输入阻抗，高效率的变换为功率放大器的标称输入阻抗50Ω；
2） 输出匹配回路的功能是将功放管的输出功率高效率，不失真地传输给负载，同时将功率放大器的标称负载阻抗50Ω，高效率地变换为功放管所需的输出阻抗；
3） 直流馈电电路是供给功放管各级直流电压，以保证管子正常工作。即给功放管提供直流输入功率和保证所需的工作状态的实现；
4） 滤波电路是为了各级馈电电路和偏置电路提供必要的去耦滤波功能，确保功率放大器工作稳定；
5） 散热器是用来保证功放管的工作温度符合该晶体管技术指标规定的温度范围；
6）屏蔽盒是用来抑制电路间的寄生耦合，防止高频辐射能量干扰低频部分或其它信号。
2 调频晶体管高频功率放大器的特点
调频晶体管高频功率放大器所放大的信号是调频立体声编码器输出的立体声复合信号，经过频率调制后的射频信号。其复合信号的特点决定了对高频功放、功放管和工作状态的选择。
调频发射机高频功放电路的主要性能指标是输出功率、效率和谐波抑制度。为此放大器一般采用丙类工作状态，以提高放大器的效率。
当高频功率放大器负载发生变化时，功率放大器具有以下特点：
1）放大器工作于放大状态，则功率放大器等效电路中的电源接近于恒流源；
2）放大器工作于饱和状态，则功率放大器等效电路中的电源接近于恒压源；
3）放大器工作于临界状态，则功率放大器能获得最大输出功率；
4）放大器若工作于弱饱和状态，则功率放大器能获得最高效率。
由于调频广播频率范围是87MHZ---108MHZ，其二次谐波全部落入电视广播的 Ⅲ 频段，必须提高高频功率放大器的谐波抑制度，同时在末级功放输出端插入抑制谐波用的低通滤波器，以满足整机谐波抑制度的要求。
高频功率晶体管是组成晶体管高频功率放大器的关键器件。功放管的功率等级决定着功率放大器的功率等级，也决定着整机的功率等级。而且功率放大器非线性失真的产生主要源于功放管，所以对功率管的选择显得十分重要。目前，在全固态调频广播发射机中，高频功率放大器普遍采用N沟道增强型的V-MOSFET功率管，由于V-MOSFET的沟道短，栅漏间的电容较小，工作频率可达到20GHZ.其最大特点是利用严格控制扩散结深的方法来控制沟道长度，来提高它的高频特性。
MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor
场效应晶体管）它的特性是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
MOSFET功率管的内部结构：
1）按导电沟道可分为：P沟道和N沟道。
2）按栅极电压幅值可分为：耗尽型（当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道）和增强型（对于N沟道栅极电压大于零时存在导电沟道；对于P沟道器件栅极电压小于零时才存在导电沟道）。
功率MOSFET的工作状态：
（1）截止状态：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移
区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
（2）导通状态：在栅源极间加正电压U，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少量电子吸引到栅极下面的P区表面。
（3）当栅源电压U大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
可见，从结构和工作原理上看，金属氧化物半导体场效应晶体管中的V—MOSFET具有很多优点：
1）输入、输出阻抗高，容易实现宽带匹配；
2）功率增益高，输出功率大，且驱动小，容易实现功率控制；
3）漏源击穿电压高，对安全可靠工作有利；
4）正向跨导大，且跨导线性好；
5）通频带宽，高频特性好；
7）具有负温度参数，温度稳定性好；
8）低导通电阻，既能提高最大输出功率，又能保持较低的耗散功率；
9）输入、输出间的反馈电容小，线路便于设计和调整。
因此，V—MOSFET成为我们设计晶体管高频功率放大器的首选器件。目前使用较多的是飞利浦公司生产的BLF278、BLF177和摩托罗拉公司生产的MRF151G等。 对于V—MOSFET的测量主要有一下几个方面：
1）管教的判断；
2）放大能力的检测；
3）通导电阻与零偏压跨导检测；
4）夹断电压测量；
5）管子好坏的测量。
针对不同型号的管子如：BLF278、BLF177、MRF151G等功放管，它们的
栅源门限电压，栅源的极限电压，漏源之间在导通状态下的直流电阻等参数，都不近相同稍有一些差异，详细测量过程可查阅相关资料，这里不再一一叙述。因此在测量的时候要因物而异灵活掌握测量技巧，确保测量结果准确无误。
总之，我们应准确掌握晶体管高频功率放大器的特性和在不同工作状态下各部分元器件的电性能，使高频功率放大器良好的运行。更好的发挥发射设备整机的优良性能，把我们的技术维护工作做的更好。
参考文献
[1]赵伟.全固态调频立体声广播发射机操作维护与测试.中国广播电视出版社.
[2]刘南平主编.刘松，孙慧芹副主编.电子元器件检测与使用.人民邮电出版社.
[3]黄如星，朱桂林调频立体声广播技术.浙江大学出版社.
[4]张秋谨主编.最新广播电视发射技术、数据与参数手册.清华大学出版社.
调频晶体管高频功率放大器的组成与特点
摘 要 本文简单介绍目前调频广播发射机功率放大器组成以及在功放模块中普遍使用的金属氧化物半导体场效应晶体管V-MOSFET的特点
关键词 调频；V-MOSFET晶体管；放大器； 谐波抑制度；通频带
晶体管高频功率放大器是全固态调频发送设备的重要组成部分。由于晶体管高频功率放大器具有性能稳定、可靠性高、成本低、易于小型化等优点。所以在调频发送设备中得到广泛应用。
1 晶体管高频功率放大器是由高频功放管、直流馈电及滤波电路、输入、输出匹配电路以及散热器（装置）、屏散盒（罩）等组成
如下图所示：
调频发射机晶体管高频功率放大器方框图
1） 输入匹配回路的功能是将信号源或前级输出的能量高效率、不失真地传输给功放管的输入端，作为功放管的控制信号。同时将管子的输入阻抗，高效率的变换为功率放大器的标称输入阻抗50Ω；
2） 输出匹配回路的功能是将功放管的输出功率高效率，不失真地传输给负载，同时将功率放大器的标称负载阻抗50Ω，高效率地变换为功放管所需的输出阻抗；
3） 直流馈电电路是供给功放管各级直流电压，以保证管子正常工作。即给功放管提供直流输入功率和保证所需的工作状态的实现；
4） 滤波电路是为了各级馈电电路和偏置电路提供必要的去耦滤波功能，确保功率放大器工作稳定；
5） 散热器是用来保证功放管的工作温度符合该晶体管技术指标规定的温度范围；
6）屏蔽盒是用来抑制电路间的寄生耦合，防止高频辐射能量干扰低频部分或其它信号。
2 调频晶体管高频功率放大器的特点
调频晶体管高频功率放大器所放大的信号是调频立体声编码器输出的立体声复合信号，经过频率调制后的射频信号。其复合信号的特点决定了对高频功放、功放管和工作状态的选择。
调频发射机高频功放电路的主要性能指标是输出功率、效率和谐波抑制度。为此放大器一般采用丙类工作状态，以提高放大器的效率。
当高频功率放大器负载发生变化时，功率放大器具有以下特点：
1）放大器工作于放大状态，则功率放大器等效电路中的电源接近于恒流源；
2）放大器工作于饱和状态，则功率放大器等效电路中的电源接近于恒压源；
3）放大器工作于临界状态，则功率放大器能获得最大输出功率；
4）放大器若工作于弱饱和状态，则功率放大器能获得最高效率。
由于调频广播频率范围是87MHZ---108MHZ，其二次谐波全部落入电视广播的 Ⅲ 频段，必须提高高频功率放大器的谐波抑制度，同时在末级功放输出端插入抑制谐波用的低通滤波器，以满足整机谐波抑制度的要求。
高频功率晶体管是组成晶体管高频功率放大器的关键器件。功放管的功率等级决定着功率放大器的功率等级，也决定着整机的功率等级。而且功率放大器非线性失真的产生主要源于功放管，所以对功率管的选择显得十分重要。目前，在全固态调频广播发射机中，高频功率放大器普遍采用N沟道增强型的V-MOSFET功率管，由于V-MOSFET的沟道短，栅漏间的电容较小，工作频率可达到20GHZ.其最大特点是利用严格控制扩散结深的方法来控制沟道长度，来提高它的高频特性。
MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor
场效应晶体管）它的特性是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
MOSFET功率管的内部结构：
1）按导电沟道可分为：P沟道和N沟道。
2）按栅极电压幅值可分为：耗尽型（当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道）和增强型（对于N沟道栅极电压大于零时存在导电沟道；对于P沟道器件栅极电压小于零时才存在导电沟道）。
功率MOSFET的工作状态：
（1）截止状态：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移
区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
（2）导通状态：在栅源极间加正电压U，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少量电子吸引到栅极下面的P区表面。
（3）当栅源电压U大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
可见，从结构和工作原理上看，金属氧化物半导体场效应晶体管中的V—MOSFET具有很多优点：
1）输入、输出阻抗高，容易实现宽带匹配；
2）功率增益高，输出功率大，且驱动小，容易实现功率控制；
3）漏源击穿电压高，对安全可靠工作有利；
4）正向跨导大，且跨导线性好；
5）通频带宽，高频特性好；
7）具有负温度参数，温度稳定性好；
8）低导通电阻，既能提高最大输出功率，又能保持较低的耗散功率；
9）输入、输出间的反馈电容小，线路便于设计和调整。
因此，V—MOSFET成为我们设计晶体管高频功率放大器的首选器件。目前使用较多的是飞利浦公司生产的BLF278、BLF177和摩托罗拉公司生产的MRF151G等。 对于V—MOSFET的测量主要有一下几个方面：
1）管教的判断；
2）放大能力的检测；
3）通导电阻与零偏压跨导检测；
4）夹断电压测量；
5）管子好坏的测量。
针对不同型号的管子如：BLF278、BLF177、MRF151G等功放管，它们的
栅源门限电压，栅源的极限电压，漏源之间在导通状态下的直流电阻等参数，都不近相同稍有一些差异，详细测量过程可查阅相关资料，这里不再一一叙述。因此在测量的时候要因物而异灵活掌握测量技巧，确保测量结果准确无误。
总之，我们应准确掌握晶体管高频功率放大器的特性和在不同工作状态下各部分元器件的电性能，使高频功率放大器良好的运行。更好的发挥发射设备整机的优良性能，把我们的技术维护工作做的更好。
参考文献
[1]赵伟.全固态调频立体声广播发射机操作维护与测试.中国广播电视出版社.
[2]刘南平主编.刘松，孙慧芹副主编.电子元器件检测与使用.人民邮电出版社.
[3]黄如星，朱桂林调频立体声广播技术.浙江大学出版社.
[4]张秋谨主编.最新广播电视发射技术、数据与参数手册.清华大学出版社.