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固体组件稳定性与放大器稳定性之关系分析

2007-04-02 10:48:42 来源:《国际电子变压器》2007年4月刊

1 引言
八十年代中期,随着固态功率器件的飞速发展及制作工艺的日趋完善,微波中、大功率脉冲晶体管发射机已在工程应用中逐渐成熟。在发射机中、小功率量级、甚至大功率量级方面微波晶体管发射机也越来越广泛得到应用。由于目前固态发射机中所使用的微波晶体管放大器的输出功率不能满足固态发射整机的要求,为了解决这种缺点,采用了将多只放大器的输出功率进行合成的方法来满足整机的需要。而固态发射机中最为关键同时也是最为困难的部分是固态功放组件的设计,只要在固态功放组件设计成熟的前提下,才能开展固态发射机的设计。
本文就固态功放组件的幅度、相位稳定因素与放大器的幅度、相位的稳定因素之间的关系进行分析、讨论。
2 功率组件稳定性与放大器稳定性之间的关系
功率放大器组件的幅度、相位的不稳定将直接影响着整机的MTI。为了得到较高的MTI,有必要对固态功放组件的不稳定性作一全面的分析。
固态功放组件不稳定性主要有以下两个方面的来源:
① 功放组件输入端的相位、幅度不稳定。
②功放组件中放大器由于电源纹波存在,而引起放大器输出相位、幅度不稳定。
为了便于分析固态功放组件,设所有放大器工作于C类状态。设放大器幅度对输入幅度的灵敏度为Apd ,输出相位对输入幅度的灵敏度为Aφd ,放大器输出幅度对电源电压变化的灵敏度为Apv, 放大器输出相位对电源电压变化ΔV的灵敏度为Aφv 。
在上述的工作条件下,对图1所示的功放组件进行稳定性分析。设功放组件输入功率幅度变化ΔPin ,相位变化Δφin, 放大器的电源电压变化ΔV。
那么有:

 

 


 (1)
 (2)
由式⑴、⑵可见功放组件的输出功率幅度变化ΔPout 和相位变化Δφ不是输入不稳定性与放大器不稳定性的简单相加,而是一种较为复杂的效应合成。
下面分成两种情况进行讨论:
第一,功放组件输入功率幅度无变化,只有放大器电源电压发生变化时,功放组件的不稳定情况。
此时式⑴⑵可简化为:

由上式可得如下结论:
①功放组件输出的幅度变化不是末级放大器的变化之和nApd×ΔV而是包含着末级前面的各级放大器的变化的效应,但由于放大器工作于C类,Apd<1。故末级前面放大器的影响小于放大器的影响。
②功放组件输出的相位变化除各级放大器由于电源变化引起相位变化的和之外,还有在另一项由于末级前面的幅度变化引起末级输出的相位变化的效应。
③由于对系统MTI影响最大的是相位的变化,ΔPout 影响较小,故为了减小功放组件中相位的变化Δφout,应使功放组件内部的放大级数减少。此原理亦可推广到固态发射整机的系统设计中,应尽量减少组件的级数,为增大发射机的功率,可用增大并联路数来弥补级数的减小。
第二,当放大器偏压稳定时,功放组件的输出不稳定与输入不稳定性之间的关系。
在式⑴中,令ΔV=0,则该式简化为:

 (3)
由式⑶可得下列结论:
①由于Apd<1,故ΔPout<ΔPin,而功放组件输出的功率的幅度不稳定性小于输入的幅度不稳定性,也就是说功放组件内放大器的级数越高,输入的幅度不稳定对输出的幅度不稳定性影响也就相应减少。
②输出的相位不稳定除与输入相位不稳定性有所差别外,还与输入的幅度不稳定性有关,且放大器的级数越多,输入幅度、相位对输出相位的影响也越大。
3 结论
前面对典型的基本功放组件稳定性与放大器稳定性之间的关系进行了理论分析,由上分析可得出一些对功放组件设计具有指导意义。
①功放组件输出信号的幅度、相位的变化与信号的幅度、相位各放大器电源电压的变化之间是一个综合影响因素,并非是变化的简单相加。因而,对一个具体的功放组件,当系统指标确定各放大器指标及功放组件输入信号指标时,必须根据具体结构形式具体分析,其方法与本文的分析方法基本相同。
②功放组件中的放大器的级数在可能的条件下,应该尽量少。这对于放大器不稳定性及输入不稳定性对输出不稳定性的影响关系,且并联支路的多少与稳定性基本无关,只取决于合成路数的限制。此原理可推广到固态发射机系统的设计。即在发射系统中功放组件的级数应尽可能减少,当发射机的功率增大时,可用增加并联路数来弥补级数的减少以达到增大发射机所需的功率量级。

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