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技术科普 | 功率放大器脉冲调制介绍
发布时间:2025-12-18  关键词:泰莱微波  发布者:泰莱微波

通过脉冲调制功率放大器可以有效的调高功率放大器效率并降低系统的散热需求,本文主要论述当前脉冲调制的各种形式及其优缺点。

 

一、常用脉宽调制电路

目前常用脉冲调制电路有两种,一种是通过开关调制输入射频信号,使得放大器输出脉冲功率信号;另一种是通过外部TTL周期信号对放大器进行直接调制控制放大器内部功率管处于工作态或非工作态,实现放大器输出脉冲功率信号,其中包含漏极调制和栅极调制两种方式。

1.开关调制

对于小信号的放大电路可以采用开关进行脉冲调制,其典型电路如图1所示,其输入为连续波,输出为调制信号。通过合理的开关及其驱动电路的设计可以实现高速脉冲调制,其具有较高的通断比。需要注意的是由于放大器在开关关闭的状态下仍处于工作态,所以对于系统来说其损耗较大,需要注意放大器的散热设计。另外,若在接受机链路设计中采用了开关调制,由于放大器时刻处于工作状态,其产生的宽频噪声会影响接收机的灵敏度。

                                                                  

                                                                                             图1 开关调制电路

2.放大器直接调制

对于大功率信号一般采用直接脉冲调制电路,其电路示意图如图2所示。调制信号经过调制器控制功率放大器的工作状态,将连续波输入的射频信号转变成调制脉冲信号输出。由于该调制方法直接改变了放大器的工作状态,使得输出信号通断比高,系统散热需求小。且相较于开关调制,直接调制可以“强制关闭”放大器,从而降低对接受机系统的影响。直接调制根据调制位置的不同又分为栅极调制和漏极调制。

                                                                                   

                                                                                                  图2直接调制放大器电路示意图

①栅极调制

栅极调制是指通过调制功率放大器管芯的栅极电压(Vg),改控制放大器工作状态,改变放大器漏源电流的导通和夹断,以此调制输出信号。一般来说,放大器栅极电流较小,通常在mA量级,因此其驱动电路相对容易设计,且可以得到很快的上升和下降沿,整体电路响应时间较快。然而其弊端也比较明显,当栅极电压切换到截至区后,漏源电流夹断,随着漏极电压的增大功率放大器工作状态很容易进入击穿区导致功放烧毁,风险较大。

②漏极调制

漏极调制是指通过改变放大器管芯漏极电压状态,以此实现漏极电流的调制来改变放大器工作状态。漏极调制属于电流调制,在放大器正常工作状态下需要电源提供所需的工作电流,其量级会有几安培甚至几十安培,因此需要MOS管来提高脉冲调制器的电流驱动能力。根据MOS管的不同可分为NMOS管调制电路和PMOS管调制电路,两种电路的结构分别如图3和图4所示。

                                                                                                                    


                                                                      图3 NMOS管调制电路示意图                                                            4 PMOS管调制电路示意图

NMOS 管调制电路是采用N 型金属氧化物半导体( MOS) 作为开关器件,当NMOS 管的栅极电压超过源极电压一定值时,MOS 管源漏极导通,功放处于工作状态; 当栅极电压等于或小于源极电压时,MOS 管源漏极截断,功放处于非工作状态。一般功放漏极电压为系统的最高电压,因此NMOS的驱动电路中必须有升压电路,这会增加电路设计的复杂度。

PMOS管调制电路的栅极驱动电压最大值为Vd(漏极电压值),不需要额外的升压电路,电路比较简单,稳定性高,驱动器设计简单,尺寸小,但相比于NMOS管,PMOS管的内阻大,开断时间慢。

一般来说,为了满足漏极调制所需的瞬间大电流,电路会在MOS管电源输入端设计一个储能电容,在放大器脉冲停止期间,电源对储能电容充电,在脉冲工作期间给提供所需驱动电流,这能够大大降低放大器对外部电源的要求,从而减小脉冲调制放大器的体积,提高功放的整体效率,但需要注意该大电容会影响调制信号的下降沿,在实际应用中选取合适的容值。



上述文章介绍了放大器电源调制的几种方式及优缺点。表1也总结了三种调制方式的优缺点,读者可以直观进行对比选择合适的调试方案。

                                                      


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