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1、第三节电子管板极调幅中国传媒大学信息工程学院,一、工作原理 板极调幅是依靠板极电压的变化而改变高频电流（电压）振幅的调制方法。在板调（又称屏调）时，电子管的直流供电电压EaT、偏压Eg、激励电压幅度U g 和负载阻抗R0e不变，工作过程是：调制信号u(t)变化Ea变化 I a1变化 U a变化。,板极调幅发射机原理电路,板极调幅原理电路,在板极电路中，接入与直流电源电压EaT相串联的调制电压u(t)，令：u(t)=Ucost 被调级电子管的总板压为：Ea=EaT+Ucost=EaT 1+（U/EaT）cost=EaT 1+m cost 其中，m=U/EaT（调幅度）,在调制过程中，电子管的瞬时
2、板压为 ea=Ea+U a（t）cosct=EaT 1+m cost+U a T 1+m cost cosct(3-4)其中，U a T=EaT（表明在载波状态下，直流供电电压与转换得到的高频基波电压之间量的关系，为板压利用系数）。,在调制状态下，高频基波电压为 ua=U a T 1+m cost cosct 板极调幅时，放大器Ea变化，影响总流在栅流和板流之间的分配，进而影响板流，此影响作用特别显著。因此，为了实现100%调幅度的不失真调制，在最大调制信号的一周期中，高频放大器的工作状态都应处于过压状态。,二、板极调幅的能量关系 为了简便起见，假定板调的静态调幅特性Ia1=f(Ea)和Ia0
3、=f(Ea)各是一条直线，其斜率分别是S1和S0。,板极调幅关系,1、基本关系 由图可以看出，被调级板压和板流按同一规律变化：Ea=EaT+Ucost=EaT(1+m cost)Ua=UaT+Uacost=UaT(1+m cost)Ia1=Ia1T+Ia1cost=Ia1T(1+m cost)Ia0=Ia0T+Ia0cost=Ia0T(1+m cost),式中调幅度 m=U/EaT=Ua/UaT=Ia1/Ia1T=Ia0/Ia0T（注意：EaT 与UaT以及U与Ua之间的区别与联系在于板压利用系数）,由上式和图可知，在调幅峰点（cost=1瞬间）：Ea max=EaT(1+m)Ua max=U
4、aT(1+m)Ia1 max=Ia1T(1+m)Ia0 max=Ia0T(1+m)P0 max=Ea maxIa0 max=EaT(1+m)Ia0T(1+m)=P0T(1+m)2,P max=Ia1 max Ua max=Ia1T UaT(1+m)2=PT(1+m)2,当m=1时：Ea max=2EaT Ua max=2UaT Ia1 max=2Ia1T Ia0 max=2Ia0T P0 max=4P0T P max=4PT,由式（3-4）可知，当cost=1 时，（调幅峰点）ea=ea max=EaT（1+m）+U a T（1+m）(3-24)式（3-24）表明，当板压利用系数为1时，EaT
5、=U a T，在m=1时，则板极瞬时电压的最大值等于电源电压的四倍。这是选择电子管的最大允许板压参数的依据。,2、调幅器的负载电阻 被调高频放大器对板极电源所呈现的负载电阻，即调幅器的负载电阻，可用下式表示：RM=Ea/Ia0=EaT(1+m cost)/Ia0T(1+m cost)=EaT/Ia0T=mEaT/mIa0T=U/Ia0=1/S0=常数（3-25）式（3-25）说明，在调制过程中，板极电源的负载是恒定的。,3、板压利用系数=Ua/Ea=UaT(1+m cost)/EaT(1+m cost)=UaT/EaT=T=常数(3-26)式（3-26）说明，在调制过程中，板压利用系数不变，等
6、于载波状态时的板压利用系数（或者也可写成=Ua/Ea=I a1Roe/Ea=S1 Roe=常数）。,4、输入、输出功率、板耗与效率（1）输入功率P0 P0=Ea Ia0=Ea Ea/RM=Ea 2/RM Ea 2(2)输出功率P P=Ua2/Roe=(Ea)2/Roe=2Ea 2/Roe Ea 2 以上两式表明，在调制过程中，板极输入功率和输出功率的变化与Ea的平方成正比。,(3)板耗Pa Pa=P0-P Ea 2 与Ea的变化也是抛物线关系，在最大工作点时的板耗最大。（4）板极效率 a=P/P0=Ia1T(1+m cost)UaT(1+m cost)/Ia0T(1+m cost)EaT(1+
7、m cost)=PT/P0T=aT=常数。,（5）平均输入、输出功率与板耗 板极调幅在调制信号一周期内的 平均输入功率为P0平=P0T（1+m2/2）,平均输出功率为P平=PT（1+m2/2），平均板耗Pa平=P0平-P平=（P0T-PT）（1+m2/2）=PaT（1+m2/2）PaT,平均板耗大于载波点的板耗，在设计放大器时，应使电子管的额定板耗大于PaT才行。,由于在板极调幅时效率不变，而输出平均功率却增加了，其来源是平均输入功率增加了，又由于板极直流电源供给的功率P0T=EaT Ia0T 在调制过程中不变化，所以，输出功率的增加实际上是来源于调幅器，调幅器提供的功率为：P=(m2/2)P
8、0T,该值乘以被调级的效率即为边带功率。这说明板极调幅时载波功率由板极直流电源供给，边带功率由调幅器供给（(m2/2)P0T a=(m2/2)PT 边带功率，P0T a=PT 载波功率）。,三、板极调幅电路 现以乙类板调为例，说明板极调幅电路的构成，讨论相关要求。所谓乙类板调是指调制电压u(t)是由末级工作于乙类（推挽）的调幅器提供的。调幅器的输出通常采用变压器耦合。,调幅器与被调级相关电路图,为消除调幅变压器的直流磁化，电路中接入了隔直流电容器CM和音频阻流圈LM。CM的作用：防止电源通过变压器次级绕阻而短路，阻止Ia0T从变压器次级绕组通过，能使音频电流通过，CM的大小应满足以下关系：1/
9、minCM RM/5,LM的作用：是Ia0T的通路，但对音频来说，有很大的阻抗，不会经LM和电源而短路，应满足：minLM远远大于RM。图中C，为高频旁路电容，不应该过大，应考虑它对调制信号高频分量的影响。L，为高频阻流圈。,由图可以看出，电流Ia0由两部分组成：一部分为Ia0T，来源于直流电源；另一部分为iao=Ia0 cost,来源于调制器。,四、四极管板极与帘栅极同调 如果高频末级使用四极管，一般来说在进行板调的同时，还要进行帘栅调，称为板帘同调。,不能单纯板调的原因：一是由于帘栅极的屏蔽，板流随板压而变化的灵敏度很低，难得到深度调幅；二是线性调幅处在对帘栅而言的过压状态，调制时帘栅流很
10、大，容易超过额定帘栅耗，否则就得不到线性调幅和较高的板极效率；,三是某些四极管在高调幅的谷点（即板压最小时）板极产生二次发射电子，并被高电位的帘栅极所吸收，从而使板流出现负阻效应，它会严重破坏调幅特性曲线的直线性，使调幅波产生很大的失真。,为了避免上述缺点，采用板极与帘栅极同调的双重调制。帘栅极同调时调制电压按合适的比例同时送至板极和帘栅极，所以板压和帘栅压都是随着调制信号成正比例地变化。由于板压和帘栅压同步变化，其工作强度不变。,实现板极与帘栅极同调的原理电路图,自动实现板极与帘栅极同调的原理电路图,自动实现帘栅调的原理是：当板压变化时，例如板压增加，则板流增加，而帘栅流ig2减小,阻流圈L
11、g2产生一个感应电压（-Lg2 dig2/dt）,阻止ig2的减小，起到提高帘栅压的作用，促使板流进一步加大；反之，当板压减小时，在Lg2上产生一个感应电压,使总的帘栅压降低，使板流进一步减小。图3-4中Cg2为帘栅极高频旁路电容，它对音频应该有较高的阻抗,五、板极调幅的设计原则 1、被调放大器工作状态的计算 从最大工作点入手，计算出P max、P0 max、Pa max、Ea max、Ia1 max、Ia0 max、Roe、a、Egmax、Ug、Ig1max、Ig0max、自给栅偏压电阻等。,若调制特性为直线，则可求出直流板压和最大音频电压：EaT=Eamax/2=U 因 Ia0 平=Ia0
12、 T=Ia0 max/（1+m）=Ia0 max/2(m=1),所以 Pa 平=Pa T（1+m2/2）=Pa max/(1+m)2（1+m2/2）=3 Pa max/8 应小于所选电子管的额定板耗PAN。,2、关于电子管的选择 根据高频工作频率和最大工作点功率来选择电子管。当m=1时，在调制信号正半周峰值时，电子管的板压将2倍于载波点电压，再考虑到高频正半周峰点瞬时电压，那么电子管板极上有可能出现4倍于载波点电压的瞬时电压。所以载波电压不能选得过高，否则电子管有被击穿的危险。,电子管的选择是决定最大输出功率的因素。当电子管的额定板压EaN 10kV 时,可取Ea max 20 kV。,3、最
13、大起始数据的确定 取P max=P T（1+m）2,amax=800-900，在板帘双重调制时，可工作于接近临界的过压或欠压，但计算时取=界。,4、调幅器的设计原则 板调时要求的调幅功率大，调幅设备是多级的大功率低频放大器，对它们的要求是：能给出足够的功率和电压；频率失真和非线性失真小；工作稳定，不会产生寄生振荡。,关于调幅器电子管的选择问题：由于要求调幅器的输出功率为P=(m2/2)P0T，考虑到调幅变压器的效率B，则调幅器末级电子管输出的功率P，=P/B=(m2/2)P0T/B=m2 PT/（2a B）（3-35）,a为被调级板极效率，一般为0.7左右；大功率变压器的B为，中功率变压器的B
14、为，小功率变压器的B为；将a 和B 及m=1代入式（3-35），可得P，0.8 PT,这说明调幅管的输出功率与被调放大器的载波功率有同样的数量级。,为减少失真，在调制器中电压和电流的利用率不能像高频放大器那样高，通常取额定功率PN=1.5 P，=1.5 x 0.8 PT=1.2 PT,据此选择电子管。通常选与被调级同类型同数量的电子管（多只电子管可并联或推挽或并联推挽运行。,结束语：板极调幅在大功率中短波电子管发射机中得到广泛应用，除前文涉及到的乙类板调外，属于板调发射机的还有PDM（脉宽调制）发射机、PSM（脉冲阶梯调制）发射机、后两者只是得到高电平音频信号的手段，不是通过逐级放大，而是通过PDM或PSM（这样处理可提高调制系统的效率），最终都要进行板极调制。,
