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射频功率放大器安全性设计

时间:2019-04-10 作者:John Dunn 阅读:
射频功率放大器随处可见,其中的一些可能释放过高的射频输出功率而对人体造成伤害。这些许多是固态放大器,但很多真正大功率级别的使用真空管。无论哪种类型的射频放大器,都有可能碰到放大器设计者有时没有做出明确说明的故障。本设计实例用实际电路说明了如何进行射频功率放大器的安全性设计。

射频功率放大器随处可见,其中的一些可能释放过高的射频输出功率而对人体造成伤害。这些射频功率放大器中很多是固态放大器,但真正大功率级别的大多使用真空管。无论哪种类型的射频放大器,都有可能碰到放大器设计者有时没有做出明确说明的故障。这种故障类型为电容短路故障,请看图1和图2两个电路图中的电容“C1”。

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图1:固态射频功率放大器。

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图2:真空管射频功率放大器。

在这两个电路中,如果C1短路,+Vcc(或+Vplate)就会被加到RF输出。如果放大器的负载对直流是开路的,就像半波直偶极子或四分之一波接地层那样,那么直流电压将会危险地加在负载上。

如果是固态放大器,50V左右的电压或会对人体造成一定程度的伤害,但如果把几百到几千伏的直流电压加到射频输出端,就会置人于死地。

可怕的是,即使C1出现短路故障,放大器也有可能在C1的问题不被察觉的情况下继续工作。为了防止这种情况发生,图1和图2中“something missing(缺了元器件)”的地方必须变成“something included(加上元器件)”,如图3和图4所示。

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图3:固态射频功率放大器修正图。

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图4:真空管射频功率放大器修正图。

在这两个修正电路图中,射频输出端跨接了一个射频扼流圈(RFC)。如果这时C1再出现短路故障,+Vcc(或+Vplate)将直流短路到地。然后会出现火花(咦,这是什么奇怪的气味?),但是放大器将明显处于故障状态,而且射频输出端也不会再出现致命的直流电。

图3所示为包含了一个RFC(即RFC3)的原理图,以便进一步说明。

DI5-F5-201904.JPG
图5:包含RFC安全设计的电路示例(来源:Amplifier Circuit Design)

你肯定看出来了,在这个电路图中,我前面提到的C1现在是C4。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:RF power amplifier safety。)

本文为《电子技术设计》2019年4月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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