高頻功率放大器的中和問題

1.前言

以真空電子管為核心放大器件的大功率高頻功率放大器，理論上電子管柵極電壓對陰極的控制作用，完全是通過柵極電壓所產生的電場對陰極發射出的電子加速作用而實現的，但實際上由于電子管極間電容的存在，尤其是板極和柵極之間的極間電容，使電子管的柵極回路和板極回路互相耦合，引起高頻功放電路直通和反作用的不良影響，從而引起高頻功放工作不穩定。板柵極間電容對高頻功放電路的影響程度與放大器使用頻率有關。在長波發射機中，由于頻率低，板柵極間電容的影響可以忽略不計;對中波機來說就要考慮其影響，對于短波機特別是超短波發射機來說，不但要考慮極間電容的影響，還要考慮引線電感的影響，這主要是隨著工作頻率的升高，極間電容容抗會隨之變小，而引線電感的感抗會隨之產生且逐漸變大。所以，在實際工作中，必須采取有效的措施，采用中和電路的方式，消除電子管極間電容及線路引線等效電感對高頻功放的危害，使高頻功率放大器安全、穩定的運行。

2.極間電容所產生的不良影響

2.1 直通作用

如圖1-1(a)所示為電子管共陰電路，電路中除有用的激勵電壓Ug和板極諧振回路外，還有元件結構性引起的極間電容，板極和柵極之間的板柵極間電容Cag,板極和陰極之間的板陰極間電容Cak,柵極和陰極之間的柵陰極間電容Cgk等寄生參量。

Cak、Cgk可分別合并為輸入和輸出回路，而Cag跨接在兩個回路之間，這樣激勵信號產生的高頻電流的一部分通過Cag直接送到了板極回路，在諧振回路兩端產生壓降，等效電路如圖1-1(b)所示，其工作頻率越高，則影響越大，這個現象就叫直通。

直通作用所造成的不良影響是，當電子管的板極電流截止時，由于直通的存使激勵信號產生的高頻電流的一部分會通過Cag直接送到了板極回路，使板極回路的電流不能完全的截止，當有調幅時，得不到100%的調幅，造成調幅信號的失真，同時也增加了激勵信號的功率消耗。

2.2 反作用

在探討電子管極間電容對高頻功放電路的反作用之前，首先對電子管高頻功率放大器典型的、被廣泛使用的電路形式進行一下說明，電子管高頻功率放大器以電子管的陰極作為高頻公共點，信號被送到柵極和陰極之間，從板極和陰極之間輸出，以諧振回路作為負載，工作在丙類(效率高)狀態，具有較高功率增益，板極諧振回路形式多用并聯諧振回路。高頻功率放大器要實現最大功率值輸出，就是主要完成板極回路電容、電感的調諧，滿足其并聯諧振的條件。在回路諧振時，電路中的電壓、電流參量有如下特征：柵壓和板壓反相1800;板流直流分量和柵流直流分流量變化相反，板流直流分量最小與柵流直流分流量最大值應同時出現。

下面我們就探討電子管極間電容對高頻功放電路的反作用，反作用就是板極電流的一部分通過Cag反饋到本級柵極回路，引起輸入回路阻抗變化而失諧的影響。

如圖1 - 1 ( a ) 所示， 反作用電流為：

反作用電流對激勵電壓的影響可用導納來表示，即：

由于在諧振時，柵極回路電壓與板極回路的相角差為零，故有：

這說明反作用是輸入導納變成容性，輸入電容的數值為：

它使放大器的輸入阻抗變化，且因起前級板極回路失諧，工作不穩定。對于本級板流來說，因柵極失諧，使諧振時板流的最小值和柵流的最大值不同時出現。這就是電子管極間電容對高頻功放電路的反作用。

除了電子管極間電容，板極和柵極之間還會存在其他的雜散耦合，還有板極、柵極元件布局，各槽路間高電位和低電位之間，也都會產生類似極間電容那樣的寄生耦合。

3.消除極間電容不良影響的方法

電子管的極間電容，放大器各級和板、柵極之間產生寄生耦合，都會因直通和反作用影響高頻功率放大器的穩定工作。而消除此不良影響的方法有以下幾種：

●采取中和電路。就是在原電路中加入另外一個電路，其作用與Cag作用相反，以抵消其對電路所產生的影響。

●選用隔離效果更好的四、五極是電子管。雖然Cag不大，但還是可能產生不穩定現象，所以也必須加中和電路。

●采用倍頻法。由于倍頻器的柵極和板極回路的諧振頻率相差很遠，因此，直通和反作用將大為減弱。但此法應用有限，一般僅在激勵器中使用。

●采用柵極接地電路，即柵地電路。