摘要：介绍一种固态功放模块的设计，本模块是脉冲工作，并给出设计结果。
关键词：功放；脉冲
1.引言
当前电子工业正经历着日新月异的加速发展过程，它已成为人类认识世界和改造世界的强有力工具，作为电子技术最重要的基础产品之一的集成电路，也已纵深宽广地渗入各个应用领域。在数字电路系统中，需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程中的定时信号等。可采用脉冲信号产生电路或通过变换电路对已有的信号进行变换，来获得需要的脉冲波形，以满足实际系统的需要。
固态功率放大器具有体积小、电压低以及使用寿命长等特点，在目前的系统小型化趋势下得到了广泛应用。本文研制一种满足生产调试需求，效率更高，耗能更低、结构紧凑的功放模块，此功放模块是脉冲工作的固态功率放大器，作为调试12W匹配器的激励源。
2.功放模块的设计
2.1 组成
本文采用单链放大式来设计高效紧凑型微波功放模块，本固态功放模块由，直流电源，电源调制，放大链，三部分组成，其方案框图如图1所示，直流电源把220V/50Hz的交流电压变成为直流电压，为功放模块提供+10V和+5V的直流电压，电源调制部分为功放模块提供所需的脉冲电压，放大链将频率源送来的13.5±0.5dBm的微波信号放大到脉冲功率至34±1dBm输出。
图1 功放模块组成
2.1.1 功放管的选择与分析
放大器主要性能决定放大器工作类型，放大器工作点选择尤为重要，处在不同位置的工作点会决定放大器不同的工作状态，它的功率决定了功放模块的功率容量和损耗性能，其中最主要的参数就是输入、输出匹配，在设计中，由于目前功率管厂家和工艺的限制，为了节约成本考虑选用了国产的放大器。所以选用P33功率管，它的典型输出功率为34dBm，它工作在甲类，效率为20%。本功放模块的设定输入信号为13±0.5dBm，输出功率为34±1dBm，增益为20.5±0.5dB，采用单级放大管，这种器件是低电压、大电流脉冲工作方式。为了达到所需要的功率，根据功率管的性能参数，设计放大链只有一级放大器，框图如图2所示：
图2 放大链电路
经过理论仿真分析输入、输出阻抗匹配，消除了放大器反射，输入与输出之间用隔离器隔离，保证了信号到放大器之间有最大的功率传输。
来自频率源的激励信号送进输入端，经过2W放大器放大，输出脉冲功率为34dBm左右，放大器的稳定性非常重要，如果发生自激，功放模块不能工作，还容易烧坏功率管，放大器要求采用消除自激措施，可用RC阻尼电路加在调制电源端来消除自激。在实际应用中，电路由于加工、装配、焊接等问题，会导致实际电路的性能与优化的电路存在一定的差异，这些差异可以通过添加电容或贴片调试解决这一现象。
2.1.2 电源调制
查阅功放管的相关资料可知P33的典型工作电压为+10V。因此我们选用了直流电源输出为+10V外电源供电，根据2W放大器件的参数，设计出电源调制部分电路，电源调制电路输出宽度为105±15us、幅度为10V的正脉冲电压，调制电路设计是由脉冲源提供上述条件的脉冲送给二与门的1脚，跟与门2脚高电平进行与的关系，从与门4脚输出一个正脉冲送给比较器的2脚经过反向驱动从比较器的7脚输出一个反向的+10V脉冲送给65P06的栅极，经过65P06放大，从漏压输出一个+10V的正脉冲，提供给2W放大器，作为2W放大器的工作电压。
从上图可以看出左边是调制电路的输入端，为调制电路提供脉冲宽度
，工作比30%的脉冲送给调制电路，经过电源调制后输出一个10V的正脉冲提供给2W放大器。
2.1.3 直流电源
本功放模块所需要的电源+10V/2A和+5V/3A，要求电压纹波小于50mV，效率大于85%。所以我们采用固维公司制造的高精度开关电源模块，它具有高功率宽度，低噪声和可靠性特点。同时具有过流、过压、过热等保护功能，满足功放模块的需求。+10V电源输出端需要并联一个电容来存储能量，因为本模块是脉冲工作，所用电源连续波工作电流1.2A左右，而脉冲工作电流0.3A，消除了本功放模块顶降大的现象。
3.测试结果
在实际测试过程中，我们选用了RS信号发生器为功放模块的激励源，输入功率为13.5±0.5dBm。功放输出外接功率计，根据连接图我们测试一组功放模块的数据，由此说明功放模块的带内一致性很好，起伏较低，由测试的峰值功率可以算出功放模块的平均功率，也可以测算放大器的效率、占空比。
根据具体的测试结果可以计算该功放模块的峰值功率：
测试结果可以看出，制作出的功放模块达到了我们预期的目的，解决了生产调试工装短缺问题，从测试数据可以
看出最大功率为34.2dBm、、最小功率为33.5dBm，功率特别稳定可靠，符合我们设计要求，提高了生产调试效率。
4.结束语
本文介绍了一种2W功放模块的设计原理和设计方法，实现了宽带放大器的单链放大，通过运用Porter软件绘制出该功放模块的电源调制电路图，根据尺寸定型，在该软件的PCB里面画出了该功放模块的微波印制板，做出了该功放模块的具体实物，本功放模块现已投入使用与调试12W匹配器完全匹配，它稳定、可靠，各项指标满足调试要求。解决了目前调试线上2W功放模块的工装短缺问题，为生产调试提供了保障和措施。节约了成本，提高了生产调试效率。
参考文献：
[1]江晓安，数字电子技术【M】西安电子科技大学出版社.，2006.
[2]李跃峰，一种固态放大器的设计【J】火控雷达技术，2006.
[3]丁鹭飞 耿富录，雷达原理【M】西安电子科技大学出版社，2002
论文作者:王波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：功放论文; 模块论文; 脉冲论文; 放大器论文; 功率论文; 电路论文; 工作论文; 《电力设备》2018年第31期论文;