CN210899091U - 大功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大功率放大器，包括依次电连接的激励单元和功放单元；所述激励单元包括依次电连接可控电平放大器和射频数字衰减器；所述功放单元包括依次电连接的预驱动级放大电路、驱动级放大电路、末级功率输出级放大电路、正反向功率取样电路以及同时并联于所述预驱动级放大电路、所述驱动级放大电路以及末级功率输出级放大电路的偏置电路；所述预驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°；所述驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°，所述末级功率输出级放大电路中，其功率放大导通角为180°～360°；所述大功率放大器的总增益大于50dBm。与相关技术相比，本实用新型的大功率放大器稳定性好、转换效率高且功耗低。

Description

大功率放大器

技术领域

本实用新型涉及一种短波通信技术领域，尤其涉及一种大功率放大器。

背景技术

功率放大器的核心是功率晶体管，即MOS管。合理的选择晶体管能有效提高功率放大器的性能。目前射频和微波功率放大器使用的晶体管有双极型晶体管(BJT)、砷化镓金属半导体场效应管(GaAs MESFET)、结型场效应管(FET)、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、横向扩散场效应管(LDMOS)。

BJT的一个弱点是可能热失效，不能用于对稳定性要求性高的应用场合。 BJT的另一种不稳定结构是由于二极管结的变容效应引起的，主要是集电极—基极的PN结。一般是在激励信号的一半处产生一个稳定的杂散信号。

功率放大器是从直流电源获得能量来放大输入信号功率的电路，其最重要的两个参数是效率和失真度。功率放大器的直流功率转换效率不高，则需要消耗很大的能量才能获得需要的功率。MOS管的工作状态不同，则其效率也不相同，如何保证功率放大器线性度最低要求的同时，提高它的效率，以减小直流功耗，提高能量的利用效率为功率大放器亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种稳定性好、转换效率高且功耗小的大功率放大器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种大功率放大器，包括依次电连接的激励单元和功放单元；所述激励单元包括依次电连接可控电平放大器和射频数字衰减器；所述功放单元包括依次电连接的预驱动级放大电路、驱动级放大电路、末级功率输出级放大电路、正反向功率取样电路以及同时并联于所述预驱动级放大电路、所述驱动级放大电路以及末级功率输出级放大电路的偏置电路；所述预驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°；所述驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°，所述末级功率输出级放大电路中，其功率放大导通角为180°～360°；所述大功率放大器的总增益大于50dBm。

优选的，所述的可控电平放大器为放大模块，其通过外加直流电压用于控制所述激励单元的增益。

优选的，所述预驱动级放大电路由依次电连接的第一MOS管、第一阻抗匹配网络、第一负反馈网络和所述偏置电路构成；所述第一阻抗匹配网络由所述第一MOS管的输入端和输出端两个传输线之间的变压器及电阻构成；所述第一负反馈网络由两个第一功率电阻和第一去耦电容串联在所述第一MOS管的栅极和漏极之间构成；所述偏置电路由依次串联连接的稳压二极管、电压调整器、电位器、电阻及电容构成；直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端；直流电压通过所述第一去耦电容和扼流圈后，为所述第一MOS管提供漏极直流电源。

优选的，所述驱动级放大电路由依次串联连接的第二MOS管、第二阻抗匹配网络、第二负反馈网络和所述偏置电路组成；所述第二MOS管的输入前端为衰减网络和传输线变压器；所述第二负反馈网络由一个第二功率电阻和第二去耦电容串联在第二MOS管栅极和漏极之间构成；直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端；直流电压通过所述第二去耦电容和扼流圈后，为所述第二MOS管提供漏极直流电源。

优选的，所述驱动级放大电路的漏极输出通过功率分配器一分为二，为所述末级输出级放大电路提供输入信号。

优选的，所述末级输出级放大电路由四个相互并联的第三MOS管以及依次形成串联的第三阻抗匹配网络、第三负反馈网络和所述偏置电路组成；所述功率分配器输出的两个信号分别经变压器耦合为两个等值反向的信号并输入给单个所述第三MOS管进行放大；所述第三阻抗匹配网络由第三耦合变压器和两个合成变压器构成；所述第三负反馈网络由第三功率电阻和第三去耦电容串联在所述第三MOS管的栅极和漏极之间构成；直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端；直流电压通过所述第三去耦电容和扼流圈后，加在合成变压器的初级线圈上为所述第三MOS管提供漏极直流电源。

优选的，所述末级输出级放大电路的两路信号经所述合成变压器合成，再通过一个自偶变压器输出大功率。

优选的，所述末级输出级放大电路的每一路输出信号都均设有一个所述正反向功率取样电路。

优选的，所述功放单元还包括故障锁存电路以及分别与所述故障锁存电路电连接的过流保护电路以及过温保护电路，所述故障锁存电路根据所述过流保护电路以及过温保护电路发出的故意信号实现对所述偏置电路的切断。

相较于现有技术，本实用新型的大功率放大器，将音频信号经预驱动级放大电路、驱动级放大电路、末级功率输出级放大电路三级放大后，输出大功率信号，且每一级功放均采用MOS管，稳定性高；有效提高了短波电台直流功率的转换效率，降低了电台功耗，且该大功率放大器频带宽、转换效率高、增益高、线性度好。激励单元中采用可控电平放大器和射频数字衰减器来精细控制功率放大器预驱动级放大电路的输入信号，以使得输出信号在要求范围内，输出平坦度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型大功率放大器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参图1所示，本实用新型提供了一种大功率放大器，包括依次电连接的激励单元1和功放单元2。

所述激励单元1包括依次电连接可控电平放大器和射频数字衰减器。

具体的，所述的可控电平放大器为放大模块，其通过外加直流电压用于控制所述激励单元的增益。

所述功放单元2包括依次电连接的预驱动级放大电路21、驱动级放大电路22、末级功率输出级放大电路23、正反向功率取样电路24以及同时并联于所述预驱动级放大电路21、所述驱动级放大电路22以及末级功率输出级放大电路23的偏置电路25。

本实施方式中，所述预驱动级放大电路21中，其功率放大导通角为360°，其线性度高但效率低；所述驱动级放大电路22中，其功率放大导通角为360°，其线性度高但效率低；所述末级功率输出级放大电路23中，其功率放大导通角为180°～360°，其在线性和效率之间折中，最终经过三级放大后实现效率高且线性度好，功耗低的特点。所述大功率放大器的总增益大于50dBm。

具体的，所述预驱动级放大电路21由依次电连接的第一MOS管、第一阻抗匹配网络、第一负反馈网络和所述偏置电路构成。

所述第一阻抗匹配网络由所述第一MOS管的输入端和输出端两个传输线之间的变压器及电阻构成。所述第一负反馈网络由两个第一功率电阻和第一去耦电容串联在所述第一MOS管的栅极和漏极之间构成。所述偏置电路25由依次串联连接的稳压二极管、电压调整器、电位器、电阻及电容构成。直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端；直流电压通过所述第一去耦电容和扼流圈后，为所述第一MOS管提供漏极直流电源。

所述驱动级放大电路22由依次串联连接的第二MOS管、第二阻抗匹配网络、第二负反馈网络和所述偏置电路组成。

所述第二MOS管的输入前端为衰减网络和传输线变压器。所述第二负反馈网络由一个第二功率电阻和第二去耦电容串联在第二MOS管栅极和漏极之间构成。直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端。直流电压通过所述第二去耦电容和扼流圈后，为所述第二MOS管提供漏极直流电源。

所述驱动级放大电路22与所述末级功率输出级放大电路23之间串联一功率分配器26。所述驱动级放大电路22的漏极输出通过功率分配器26一分为二，为所述末级输出级放大电路23提供输入信号。

所述末级输出级放大电路23由四个相互并联的第三MOS管以及依次形成串联的第三阻抗匹配网络、第三负反馈网络和所述偏置电路组成。

所述功率分配器输出的两个信号分别经变压器耦合为两个等值反向的信号并输入给单个所述第三MOS管进行放大。所述第三阻抗匹配网络由第三耦合变压器和两个合成变压器27构成。所述第三负反馈网络由第三功率电阻和第三去耦电容串联在所述第三MOS管的栅极和漏极之间构成。直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端。直流电压通过所述第三去耦电容和扼流圈后，加在合成变压器27的初级线圈上为所述第三MOS管提供漏极直流电源。所述末级输出级放大电路23的两路信号经一个所述合成变压器27合成，再通过一个自偶变压器输出大功率。

本实施方式中，更优的，所述末级输出级放大电路23的每一路输出信号都均设有一个所述正反向功率取样电路24。

本实施方式中，所述功放单元还包括故障锁存电路28以及分别与所述故障锁存电路28电连接的过流保护电路29以及过温保护电路210，所述故障锁存电路28根据所述过流保护电路29以及过温保护电路210发出的故意信号实现对所述偏置电路25的切断，提高可靠性。

相较于现有技术，本实用新型的大功率放大器，将音频信号经预驱动级放大电路、驱动级放大电路、末级功率输出级放大电路三级放大后，输出大功率信号，且每一级功放均采用MOS管，稳定性高；有效提高了短波电台直流功率的转换效率，降低了电台功耗，且该大功率放大器频带宽、转换效率高、增益高、线性度好。激励单元中采用可控电平放大器和射频数字衰减器来精细控制功率放大器预驱动级放大电路的输入信号，以使得输出信号在要求范围内，输出平坦度高。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种大功率放大器，其特征在于，包括依次电连接的激励单元和功放单元；

所述激励单元包括依次电连接可控电平放大器和射频数字衰减器；

所述功放单元包括依次电连接的预驱动级放大电路、驱动级放大电路、末级功率输出级放大电路、正反向功率取样电路以及同时并联于所述预驱动级放大电路、所述驱动级放大电路以及末级功率输出级放大电路的偏置电路；所述预驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°；所述驱动级放大电路中，其功率放大导通角为360°，所述末级功率输出级放大电路中，其功率放大导通角为180°～360°；

所述大功率放大器的总增益大于50dBm。

2.根据权利要求1所述的大功率放大器，其特征在于，所述的可控电平放大器为放大模块，其通过外加直流电压用于控制所述激励单元的增益。

3.根据权利要求1所述的大功率放大器，其特征在于，所述预驱动级放大电路由依次电连接的第一MOS管、第一阻抗匹配网络、第一负反馈网络和所述偏置电路构成；

所述第一阻抗匹配网络由所述第一MOS管的输入端和输出端两个传输线之间的变压器及电阻构成；

所述第一负反馈网络由两个第一功率电阻和第一去耦电容串联在所述第一MOS管的栅极和漏极之间构成；

所述偏置电路由依次串联连接的稳压二极管、电压调整器、电位器、电阻及电容构成；

直流电压经所述稳压二极管稳压后送入所述电压调整器的输入端；直流电压通过所述第一去耦电容和扼流圈后，为所述第一MOS管提供漏极直流电源。

4.根据权利要求3所述的大功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大电路由依次串联连接的第二MOS管、第二阻抗匹配网络、第二负反馈网络和所述偏置电路组成；

所述第二MOS管的输入前端为衰减网络和传输线变压器；

所述第二负反馈网络由一个第二功率电阻和第二去耦电容串联在第二MOS管栅极和漏极之间构成；

直流电压通过所述第二去耦电容和扼流圈后，为所述第二MOS管提供漏极直流电源。

5.根据权利要求4所述的大功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大电路的漏极输出通过功率分配器一分为二，为所述末级输出级放大电路提供输入信号。

6.根据权利要求5所述的大功率放大器，其特征在于，所述末级输出级放大电路由四个相互并联的第三MOS管以及依次形成串联的第三阻抗匹配网络、第三负反馈网络和所述偏置电路组成；

所述功率分配器输出的两个信号分别经变压器耦合为两个等值反向的信号并输入给单个所述第三MOS管进行放大；

所述第三阻抗匹配网络由第三耦合变压器和两个合成变压器构成；

所述第三负反馈网络由第三功率电阻和第三去耦电容串联在所述第三MOS管的栅极和漏极之间构成；

直流电压通过所述第三去耦电容和扼流圈后，加在合成变压器的初级线圈上为所述第三MOS管提供漏极直流电源。

7.根据权利要求6所述的大功率放大器，其特征在于，所述末级输出级放大电路的两路信号经所述合成变压器合成，再通过一个自偶变压器输出大功率。

8.根据权利要求7所述的大功率放大器，其特征在于，所述末级输出级放大电路的每一路输出信号都均设有一个所述正反向功率取样电路。

9.根据权利要求1所述的大功率放大器，其特征在于，所述功放单元还包括故障锁存电路以及分别与所述故障锁存电路电连接的过流保护电路以及过温保护电路，所述故障锁存电路根据所述过流保护电路以及过温保护电路发出的故意信号实现对所述偏置电路的切断。

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