通過(guò)脈沖調(diào)制功率放大器可以有效的調(diào)高功率放大器效率并降低系統(tǒng)的散熱需求，本文主要論述當(dāng)前脈沖調(diào)制的各種形式及其優(yōu)缺點(diǎn)。
一、常用脈寬調(diào)制電路
目前常用脈沖調(diào)制電路有兩種，一種是通過(guò)開(kāi)關(guān)調(diào)制輸入射頻信號(hào)，使得放大器輸出脈沖功率信號(hào)；另一種是通過(guò)外部TTL周期信號(hào)對(duì)放大器進(jìn)行直接調(diào)制控制放大器內(nèi)部功率管處于工作態(tài)或非工作態(tài)，實(shí)現(xiàn)放大器輸出脈沖功率信號(hào)，其中包含漏極調(diào)制和柵極調(diào)制兩種方式。
1.開(kāi)關(guān)調(diào)制
對(duì)于小信號(hào)的放大電路可以采用開(kāi)關(guān)進(jìn)行脈沖調(diào)制，其典型電路如圖1所示，其輸入為連續(xù)波，輸出為調(diào)制信號(hào)。通過(guò)合理的開(kāi)關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高速脈沖調(diào)制，其具有較高的通斷比。需要注意的是由于放大器在開(kāi)關(guān)關(guān)閉的狀態(tài)下仍處于工作態(tài)，所以對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其損耗較大，需要注意放大器的散熱設(shè)計(jì)。另外，若在接受機(jī)鏈路設(shè)計(jì)中采用了開(kāi)關(guān)調(diào)制，由于放大器時(shí)刻處于工作狀態(tài)，其產(chǎn)生的寬頻噪聲會(huì)影響接收機(jī)的靈敏度。
圖1 開(kāi)關(guān)調(diào)制電路
2.放大器直接調(diào)制
對(duì)于大功率信號(hào)一般采用直接脈沖調(diào)制電路，其電路示意圖如圖2所示。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制器控制功率放大器的工作狀態(tài)，將連續(xù)波輸入的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變成調(diào)制脈沖信號(hào)輸出。由于該調(diào)制方法直接改變了放大器的工作狀態(tài)，使得輸出信號(hào)通斷比高，系統(tǒng)散熱需求小。且相較于開(kāi)關(guān)調(diào)制，直接調(diào)制可以“強(qiáng)制關(guān)閉”放大器，從而降低對(duì)接受機(jī)系統(tǒng)的影響。直接調(diào)制根據(jù)調(diào)制位置的不同又分為柵極調(diào)制和漏極調(diào)制。
圖2直接調(diào)制放大器電路示意圖
①柵極調(diào)制
柵極調(diào)制是指通過(guò)調(diào)制功率放大器管芯的柵極電壓（Vg），改控制放大器工作狀態(tài)，改變放大器漏源電流的導(dǎo)通和夾斷，以此調(diào)制輸出信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，放大器柵極電流較小，通常在mA量級(jí)，因此其驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)容易設(shè)計(jì)，且可以得到很快的上升和下降沿，整體電路響應(yīng)時(shí)間較快。然而其弊端也比較明顯，當(dāng)柵極電壓切換到截至區(qū)后，漏源電流夾斷，隨著漏極電壓的增大功率放大器工作狀態(tài)很容易進(jìn)入擊穿區(qū)導(dǎo)致功放燒毀，風(fēng)險(xiǎn)較大。
②漏極調(diào)制
漏極調(diào)制是指通過(guò)改變放大器管芯漏極電壓狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)漏極電流的調(diào)制來(lái)改變放大器工作狀態(tài)。漏極調(diào)制屬于電流調(diào)制，在放大器正常工作狀態(tài)下需要電源提供所需的工作電流，其量級(jí)會(huì)有幾安培甚至幾十安培，因此需要MOS管來(lái)提高脈沖調(diào)制器的電流驅(qū)動(dòng)能力。根據(jù)MOS管的不同可分為NMOS管調(diào)制電路和PMOS管調(diào)制電路,兩種電路的結(jié)構(gòu)分別如圖3和圖4所示。
圖3 NMOS管調(diào)制電路示意圖 圖4 PMOS管調(diào)制電路示意圖
NMOS 管調(diào)制電路是采用N 型金屬氧化物半導(dǎo)體( MOS) 作為開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)NMOS 管的柵極電壓超過(guò)源極電壓一定值時(shí)，MOS 管源漏極導(dǎo)通，功放處于工作狀態(tài); 當(dāng)柵極電壓等于或小于源極電壓時(shí)，MOS 管源漏極截?cái)?，功放處于非工作狀態(tài)。一般功放漏極電壓為系統(tǒng)的最高電壓，因此NMOS的驅(qū)動(dòng)電路中必須有升壓電路，這會(huì)增加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
PMOS管調(diào)制電路的柵極驅(qū)動(dòng)電壓最大值為Vd(漏極電壓值),不需要額外的升壓電路，電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，尺寸小，但相比于NMOS管,PMOS管的內(nèi)阻大，開(kāi)斷時(shí)間慢。
一般來(lái)說(shuō)，為了滿足漏極調(diào)制所需的瞬間大電流，電路會(huì)在MOS管電源輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)儲(chǔ)能電容，在放大器脈沖停止期間，電源對(duì)儲(chǔ)能電容充電，在脈沖工作期間給提供所需驅(qū)動(dòng)電流，這能夠大大降低放大器對(duì)外部電源的要求，從而減小脈沖調(diào)制放大器的體積，提高功放的整體效率，但需要注意該大電容會(huì)影響調(diào)制信號(hào)的下降沿，在實(shí)際應(yīng)用中選取合適的容值。
上述文章介紹了放大器電源調(diào)制的幾種方式及優(yōu)缺點(diǎn)。表1也總結(jié)了三種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，讀者可以直觀進(jìn)行對(duì)比選擇合適的調(diào)試方案。
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