第一节 概 述
在调频广播发射机中，高频功率放大器主要是用来放大由调频激励器送出的射频已调波信号。小功率的已调波信号经过一系列的放大和功率合成后。以达到额定的高频功率后，经由馈线送到天线上发射出去。 目前所使用的调频广播发射机的高频功率放大器，在大功率的金属氧化物半导体场效应管没有面世以前，多采用电子管作为高频功放的电子器件，就是所谓的电子管广播发射机。而晶体管用于高频功放的功率放大器件只是在近年来才广泛使用，到目前为止，场效应管已替代晶体管作为全固态调频广播发射机的功率放大器件。
高频功率放大器主要由场效应管功放模块、分配器和合成器、低通滤波器和监测单元所组成。而场效应管功放模块由输入匹配回路、功放管和输出匹配回路组成，其输入、输出匹配回路大多采用半集总半分布式回路，随着科技的不断发展，大功率的场效应晶体管的不断更新换代，为我们研制生产大功率等级的全固态调频广播发射机提供了便利的条件。作
为功率器件的晶体管与电子管相比，它具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等优点，因此它一出现就显示了很强的生命力，在短时间内获得了迅速的发展。因此应用大功率场效应管的全固态调频广播发射机已逐渐地取代了电子管功放的调频广播发射机，为广播通讯的发展揭开了新的篇章。
全固态调频广播发射机的大功率MOSFET管，目前使用较多的是飞利浦公司生产的BLF177、BLF278和摩托罗拉公司生产的MRF151G等。BLF177的最大输出功率为150W，而BLF278和MRF151G的最大输出功率为300W，随着功率合成技术的不断发展，更高功率等级的调频广播发射机已成现实。但无论是使用电子管还是晶体管的高频功率放大器，其主要性能指标都是指的功率增益、效率、带宽和谐波抑制度。由于这几项指标不容易兼顾，所以在设计高频功率放大器时，根据工作的类型不同等特点，重点的保证其中一些指标，同时兼顾另外一些指标，如调频激励器的功率放大器是以输出功率和带宽为主要指标，而发射机的末级功率放大器则以效率、功率增益和谐波抑制度为主要指标。我们已经知道，放大器可以按照电流通角的不同，分为甲、乙、丙类工作状态，甲类放大器的电流通角为360°，适用于小信号低功率放大。乙类放大器的电流通角约等于180°，丙类放大器的电流通角则小于180°，乙类和丙类都适用于大功率工作，但丙类工作状态的输出功 率和效率是三种工作状态中最高的，所以高频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大，而调谐回路具有滤波能力，回路的电流与电压仍然极近于正弦波，失真很小。 例如1kW调频广播发射机的末级功放中的300W功放模块，就是采用双推挽功率金属氧化物半导体场效应管BLF278作为功放管。当它工作于丙类时，其输出功率为300W，功率增益为18dB，效率达到75％以上，4路300W功放模块经功率合成后输出大于1kW。
由于调频广播的工作频段为87～108MHz，高频功率放大器的二、三次谐波均落入电视广播的Ⅲ频段，为了不造成对电视接收的干扰，在涉及功率放大器时除提高谐波的抑制度外，还在其功放的输出端加有抑制谐波用的高性能低通滤波器，以满足整机对谐波的要求。
第二节 高频功率放大器
一、 大功率场效应晶体管
大功率场效应晶体管是近年发展起来的新型半导体功率器件，这类功率管大多采用金属
－氧化物－半导体场效应晶体管（简称MOSFET）作为功率器件，目前这类功率器件还在不断的向前发展，最新面世的横向扩散金属－氧化物－半导体场效应晶体管（简称LDMOSFET），它在输出功率、效率及高驻波比工作上比MOSFET优势更加明显，是以后功率器件发展的趋势所在。
作为功率器件的场效应晶体管与双极性晶体管相比，具有以下优点：
（1）当栅源电压固定时，MOSFET的漏极电流温度系数是负的（由于沟道中载流子迁移率随温度升高而下降），也就是说当其他条件不变的情况下，该管子的输出功率随温度的升高而下降，使MOSFET从原理上消除了热不稳定性二次击穿的问题，另一方面使MOSFET可以采用多级并联的结构以获得很大的功率输出。 （2）在短沟道MOSFET中，载流子以饱和漂移速度通过全部沟道长度时，MOSFET的跨导是不随栅源电压变化的恒定值，可以获得线性功率放大。
（3）MOSFET输入阻抗高，是电压控制器件。这使输入电路的功耗大大减小，有助于控制并实现最大输出功率。
（4）MOSFET是功率开关器件，具有较快的开关速度。
（5）目前，MOSFET功率器件的结温较高，总耗散功率大，漏源工作电压可高达100V以上，这对于大功率状态工作的管子尤为有利。
金属氧化物半导体场效应管按工作方式分有增强型和耗尽型两类，而每类又分为N沟道和P沟道，N沟道的场效应管的衬底为P型材料，增强型的MOSFET的栅偏压为正，耗尽型的栅偏压为负。rc延时电路图
在全固态的调频广播发射机中，其高频功率放大器的功放管多采用的是N沟道增强型的V－MOSFET（具有V形槽的MOSFET）。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，以提高它的高频特性。由于V－MOSFET的沟道短，栅漏间的电容较小，其工作频率可达到20GHz。最近几年又新推出的适合数字功率发射的LD-MOSFET技术的场效应管（横向扩散金属氧化物场效应管），输出功率更大，对负载的适配能力更强。也是今后发展的主流趋势，目前已有产品面世。
（一）MOSFET的基本工作原理
N沟道增强型MOSFET在工作时，其栅源电压VGS和漏源电压VDS均为正向电压，如图2-1所示。
图2-1 N沟道增强型MOSFET工作原理
当栅源电压VGS＝0时(或<0时)，虽然漏源电压VDS为正，但因两个N型区之间有P型衬底相隔，电流不能流通，故漏极电流ID＝0，MOSFET处于截止状态。
当栅源电压VGS＞0时，相当于VGS加在了以SiO2为介质，以栅极和P型衬底为两级板
的电容器，在介质中产生一个由栅极指向P型衬底的电场。该电场排斥衬底中的空穴而吸引电子，在VGS较小时被吸引到衬底表面的电子数很少，并被衬底表面的大量空穴复合掉，在表面层形成截流子的耗尽层，无法形成导电沟道。但当VGS分装机增加到一定程度，比如VGS≥Vt时，被吸引到表面层上的电子数增多，形成很薄的N型沟道，通常称为“反型层”，而“反型层”实际构成了漏、源极间的导电沟道。这时栅源电压V蚊子网t为MOSFET的开启电压，加上VDS后就会产生漏极电流ID，且VGS越大，Ipvc面膜D也就越大，实现了VGS对ID的控制作用。
（二）MOSFET的特性曲线
N沟道增强型MOSFET通常采用共源连接方式，其源极与衬底连接并接地，电路如图2-2(a)所示。与之相对应的输出特性曲线如图2-2(b)所示。
输出特性曲线上所划分的3个工作区，分别是：①可调电阻区；②饱和区；③雪崩区。在源极与衬底相连时各工作区的特点如下：
可调电阻区：漏电流ID随VDS的变化近似于线性变化，所以又称为线性区。
饱和区：漏电流ID几乎不随VDS变化，但当VGS增大时，由于沟道电阻减小，其饱和电流值也相应增加，所以饱和区为MOSFET的线性放大区。
雪崩区：又称击穿区。当VDS大于某一电压时，漏极与衬底的PN结发生反向击穿，ID就急剧增加，特性曲线进入雪崩区。这时的漏极电流无须经过沟道区，而直接由漏极进入衬底，这个电压称为击穿电压，它随着VGS的变化而变，所以在设计和调整放大器时，应避免工作在击穿区。
图2-2 N沟道增强型MOSFET电路与特性曲线
（三）V－MOSFET的结构及特点：
1、结构
图2-3为其结构示意图。将高掺杂的N型硅（N＋）衬底作为漏极D，在其外延上生长一层低掺杂的N型硅（N－），通过扩散在外层上制作一层低掺杂的P型硅（P－），然后再沿垂直方向穿过N＋区和P－区蚀刻出一个V型槽，最后在整个表面上生长出氧化层（SiO2），并在V型槽部分覆盖一层金属作为栅极G，从N＋区和P型衬底（P－）上引出源极S，则构成一个V－MOSFET。
图2-3 V-MOSFET结构示意图
2、特点
V－MOSFET从其结构上看，它的栅极是一个V型槽，生成2个沟道，可提供较大的电流密度，并且漏极的散热面积大，在采取有效的散热情况下，适合于大功率工作的状态。其特点如下：
（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，且驱动较小，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） 正向跨导较大，且跨导的线性好。
（5） 通频带宽，高频特性好。
（6） 具有负温度参数，温度稳定性好。
（7） 低的导通电阻Ron，既能提高最大输出功率，又能保持较低的耗散功率。
（8） 输入、输出间的反馈电容小，线路便于设计和调整。
目前V－MOSFET已在高频功率放大、音频功放、开关电源及高速开关、直流转换等方面得到广泛的应用。
（四）BLF177和BLF278技术参数
1、BLF177外形及参数
图2-4 BLF177外形图和电路符号
图2-4所示是BLF177的外形和电路符号，其中1是漏极，3是栅极，2和4是源极，属N沟道增强型V－MOSFET功率管，有以下特点：
（1） 功率增益高。
（2） 互调失真低。
（3） 功率输出便于调整。
（4） 温度稳定性好。
（5） 抗负载失配能力强。
一气学院其他的主要参数包括：漏源击穿电压VDSS（最小110V），栅源门限电压VGSth（2～4.5V），导通时的漏源间直流电阻RDSon（0.2Ω），正向跨导gfs和极间电容等，对设计高频功率放大器时是极为重要的参数，这里不再详细说明。
表2-1 BLF177的RF性能数据
表2-2 BLF177的极限参数
2、BLF278外形及参数
图2-5 BLF278外形图和电路符号
图2-5所示是BLF278的外形和电路符号，其中1、2为漏极D1、D2，3、4为栅极G1、G2，5为源极S。这是一个双推挽N沟道增强型的V－MOSFET功放管。把特性完全相同的两个管芯封装在同一个底座上，专门用作推挽功率放大，提高输出功率，两个管子的源极是通过底座连接在一起的。广泛地应用于VHF频段的全固态广播电视发射设备中。其特点如下：
（1） 它为电压控制器件，功率增益高。
（2） 具有负的温度系数，温度稳定性好。
（3） 栅－漏极的反馈电容小，设计和调整方便。
（4） 输入、输出阻抗高，容易实现宽带匹配。
（5） 效率高达80％。
（6） 载体构建镀金层的电极，保证安全可靠。
表2-3 BLF278的RF性能数据（推挽共源连接，25℃条件下）
表2-4 BLF278的极限参数
表2-5 BLF278的特性参数
（五）大功率MOSFET的使用
上述所介绍的两种MOSFET器件的特点都是热稳定性好，抗负载失配能力强，为电压控制
器件，以栅极电压VGS控制漏极电流，正向跨导大，控制能力较强。由于输入阻抗高，栅极的电流很小，所以要求激励功率小，功率增益高，但也由于输入阻抗很高，使得栅极感应的电荷不易泄放，由此而产生较高的感应电压，造成栅极的绝缘层容易被击穿而损坏，所以在使用和保存上述器件时应特别注意。
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