应用在近几年得到了很大的发展。与双极晶体管相比，利用场效应管来设计宽带功率放大器要方便得多，其原因主要有以下几个方面：
●场效应管具有比双极晶体管更高的输入阻抗，同时其输入阻抗随频率的变化也要比双极型晶体管小；
●场效应管具有比双极晶体管小得多的反馈电容（c－b或d－g极间电容），所以其输出端负载线上的变化对输入端的影响更小；
●当今市场上所有的射频功率场效应管都是增强型MOS管，因而只需提供正向偏压即可使器件工作；对于AB类线性功率放大器来说，如果使用场效应管，其偏置电路的设计要简单得多，因为场效应管的g极不吸收直流电流，而双极晶体管的b极则要 求提供一个等于Ic／hFE的电流；
●使用大功率场效应管可以简化功率分配和功率合成器在大功率功放电路中的使用和设计［1］；
●场效应管具有更好的热稳定性、抗辐射性和较低的噪声。
2 MRF154技术性能［2］
MRF154是Motorola公司开发的一种新型线性大功率、N沟道增强型MOS场效应管，它的结点与管壳之间的热阻RθJC的最大值为0．13℃／W。表1所列是MRF154的主要极限参数。
3 应用电路
图1所示是使用一对MRF154的优化宽带功放电路的电路原理图，它的工作频率为2～50MHz，推挽输出功率容量为1．2kW，考虑到输出匹配的影响和互调失真的要求，该电路的实际输出功率大约为800W左右。
3．1 直流偏压电路
图1中的g极直流电压校准器（IC1）采用可调电压或固定的电源电压，只要保持场效应管的g极直流偏压和空载电流为常数即可。由于IC1的最大工作电压只有40V，因而本电路中使用了一个齐纳二极管（D1）来保证它的安全。校准器的电源端应与功率放大器的主电源隔离开，因此，可采用一路独立的偏置电源。
为了稳定温度变化时的空载电流，安装时通常要求热敏电阻R9在物理连接上应与场效应管的安装盘良好接触。
场效应管的g极电压应分别可调（可通过图1中的R1和R2来进行），以使g极开启电压与场效应管相匹配。如果电路中的某个场效应管失效（如d极与g极短路），D2和D3便可截断反馈回来的全部电源电压，以防止毁坏电压校准器。R10、R11和C3、C4组成RC滤波器，这样，在出现很强的射频磁场时，利用它们可保护电压校准器。为了调整空载电流，R1和R2必须调到最小值，然后调节R3以使电压校准器的输出电压（IC1的3脚）约为场效应管g极门限电压的两倍。在调节
R1以获得所需的空载电流时，应严密监测主电源电压端的电流，并使其典型值处于800mA～1A之间，然后调节R2使该电流值加倍，这样便可使两个场效应管的空载电流相等。当全部调整完毕以后，R1～R3的状态应保持不变。
3．2 射频通路
本放大器被设计成标准的50Ω输入／输出界面，并用宽带射频变压器来实现与场效应管的低阻抗匹配，输入变压器（T1）和输出变压器（T2）都是所谓的传统型变压器，与传输线变压器不同［1］，它们在低阻抗绕组上都只有一匝。通过T2可决定电路的效率和频率高端的增益特性，而且能够处理大量的射频功率，因而T2比T1要关键得多。为了提高宽带特性，T2低阻抗端的一匝绕组由3根并联的10Ω同轴电缆组成，这使得初级与次级之间的耦合非常紧密。为了防止磁芯饱和，要求磁芯截面面积大约为2×4．7cm2。该电路的磁芯饱和主要出现在频率最低端，也就是本电路中的2～3MHz。众所周知，一般情况下，高磁导率铁氧体磁芯材料比低磁导率铁氧体磁芯材料更容易出现饱和，因此，在满足最低工作频率所要求的最小感抗的情况下，应选择磁导率最低的铁氧体材料。
T1所需处理的功率为8～12W，它采用磁导率较高的铁氧体材料，这样可减小放大器的体积。在T1中，次级是由金属管组成的，3匝初级绕线从金属管中穿过。
输出阻抗变换器的阻抗比一般为1∶4、1∶9和1∶16。其中1∶9的阻抗变换器在800W～1000W输出时可以达到最佳匹配，而在输出较低的功率时效率较差，这时可采用降低电源电压的方式来提高效率。
当使用低工作电压的晶体管来产生高功率时，阻抗一般较低，这就给无源器件的使用带来了困难，特别是处理射频电流所涉及的电容器。在本放大电路中，C14的使用条件最为苛刻，虽然它承受的电压有效值只有75V，但是它必须能够在较高频率时空载10A以上的射频电流。起初，笔者试着使用了几个高质量的陶瓷电容器并联，但是温度漂移使它们爆裂，同时产生的电弧也烧坏了周围的电路板。最后，笔者采用两个金属包层云母电容器以串联形式通过终端接线焊接在一起，并使其呈对称结构（如图2所示）。由于每一路电容值都是总电容值的两倍，且具有双倍的焊盘数量，因而增加了射频电流的承载能力，同时由于提供了较大的电路板金属箔焊接面积而使得冷却更为有效。再加上低阻抗绕组的接线端与电容器的金属外壳顶部焊接在一起等措施的采取，从而为跨接绕组留下了足够的容量。
为了更方便地调谐，可以在变压器T1的前端焊接一个云母微调电容器。并可在场效应管的d极端线旁的输出变压器每一边的电路板金属箔上开槽，以增大某些高频窄带应用时的串联电感，这样可以减小场效应管的部分输出容量而使效率提高。但是，在频率较低时（80MHz以下），由于它们会增加内阻损耗，故应短接。C9的定位应选择在合适的位置，否则将影响到30MHz以上频率时的输入驻波比（VSWR）。
旁路电容C10～C12必须选择高Q电容。在电路平衡时，T2的中心抽头应无射频信号，但实际情况并非如此，在某些情况下这些电容器可辅助完成电路平衡。由L3和C13构成的一个附加滤波器可防止射频能量反馈到电源上，需要特别注意的是，开关电源对射频信号特别敏感，因此，实际电路中有可能会被它毁坏。
反馈网络L1～R14和L2～R15用于提供反馈，目的是对频率响应产生一个相对平坦的功率增益。同时改善输入回波损耗，以稳定放大器在低频的增益，如果没有这些反馈网络，放大器在低频段的功率增益将只有25～30dB。这些反馈量在高频端时最小，低频端时最大，它们的绝大部分功率耗散在R14和R15上。
4 散热问题
本放大器在50％效率的情况下，每个场效应管将耗散500W的热量，因此场效应管必须安装在具有低热阻的铜热扩散器上，然后将铜热扩散器紧贴在一个稍差的热阻材料制成的散热片上（例如铝）。热扩散器至少三面应超过场效应管安装盘边缘大约3mm，可以将热扩散器与放大器本身做成一样大小，这就可以使所有的PCB电路板垫片具有相同的高度。铜热扩散器的厚度不得小于10mm，散热片可以采用挤压成形的铝散热器，全部热界面必须涂敷导热硅胶或强力散热膏。场效应管的安装工艺应按要求进行，其中包括螺丝的转矩。
连续工作时，在散热片下部还应装两个Φ120mm的轴流风机以保证器件管壳温度保持在80℃以下。
5 结束语
本文详细介绍了一种新型的1kW短波宽带固态线性功率放大器的电路形式和工艺方法，可以看出，本放大器在中、大功率等级的短波发信机中具有很高的实用价值。
尽管本放大器在30MHz及以上频率时，所有谐波都被抑制在基波以下25dB或更多，但是为了更好地提高整机的谐波抑制和杂散性能，使用时还可在本放大器输出端增加一个高频率功率滤波器。
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