专利名称：射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及射频发射机领域，尤其是自动根据栅流的大小对射频发射机高功 率丙类放大器的栅偏压幅值进行控制的装置，具体为一种射频发射机高功率丙类放大器的 有限自举栅偏压控制器。
背景技术：
在目前的托卡马克聚变装置中，离子回旋波加热(ICRH)是托卡马克上主要的辅 助加热手段之一，离子回旋波加热系统射频发射机用于提供射频波能量，通过射频加热天 线来加热等离子体，其功率水平高达兆瓦量级，此类高功率发射机一般由三级射频功率放 大器组成，前级多为半导体固态功放，而驱动级和末级放大器则为高功率电子管功率放大 器；为了提高能量转换效率，高功率电子管放大器通常运行在丙类工作状态，为了提高放大 器运行的可靠稳定性，高功率放大器通常采用共栅电路、阴极输入的结构形式。在丙类工作 状态下，放大器的控制栅偏压一般很负，即它要求在没有射频激励信号的情况下，放大器阳 极直流输出回路的静态阳极电流为零。由于丙类共栅放大器的输入阻抗主要取决于阳极电 流，其大小与阳极电流成反比，所以在放大器调试或者以低功率运行的情况下，没有阳极电 流或阳极极电流很小，输入阻抗很高，输入激励信号反射很大，这不仅容易造成放大器运行 不稳定，同时也为调试时确定放大器正确的输入匹配状态造成了极大的难度。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压 控制器，以解决在丙类放大器调试或者以低功率运行的情况下丙类放大器运行不稳定的问 题。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器，包括有两个相互串联的 电阻，其特征在于所述相互串联的电阻与射频发射机高功率丙类放大器栅偏压电源回路 的栅偏压电源并联，其中与所述栅偏压电源负极连接的电阻其与栅偏压电源负极连接的接 线端与一个二极管阳极连接，所述二极管的阴极与射频发射机高功率丙类放大器栅偏压电 源回路的电子管栅极连接，所述二极管的阴极还通过电阻与另一个二极管的阳极连接，所 述另一个二极管的阴极接入所述两个相互串联的电阻之间。所述的射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器，其特征在于所 述二极管均为高速大功率二极管，所述电阻均为大功率电阻。本实用新型在射频高功率共栅丙类放大器栅偏压电源回路中接入一种电子管栅 偏压既受栅流控制，而其最大幅值又不超过栅偏压电源幅值的电路，该电路由电阻和二极 管组成。本实用新型能降低放大器激励信号的输入功率反射系数，又可快速确定放大器输 入匹配状态，同时又能确保放大器在高功率运行时工作状态保持不变。
图1为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
如图1所示。在射频高功率共栅丙类放大器的栅偏压电源Egl回路中接入了一种 电子管栅偏压即受栅流控制，而其最大幅值又不超过栅偏压电源幅值的电路。该电路由电阻R1、R2、R3和二极管D1、D2构成。电阻R1、R2串联后与放大器栅偏 压电源Egl并联，电阻Rl与偏压电源Egl负极相连的一端接二极管Dl的正向端，电阻R1、 R2连接点A与二极管D2负向端相连，电阻R3 —端与二极管D2正向端相连，另一端与二极 管Dl负向端连接后接入电子管的栅极G1。二极管Dl、D2均为高速大功率二极管，其开通与关断速度为微妙量级，电阻R1、 R2、R3均为大功率电阻。其工作原理是在共栅丙类放大器无射频激励信号或以低功率状态运行时，电子 管无栅流Igl，此时，二极管D2导通，Dl截止，那么电子管的栅偏压幅值大小由电阻Rl与R2 的比值位置确定，即Ugl = -1 Egl I *R1/R2，放大器处于甲乙工作状态，电子管将会有几个安 培的阳极电流IaO通过，放大器的输入阻抗(Zin = Ugl/(Igl+IaO))由于阳极电流的存在 将会从无穷大降低到几十欧姆，于是放大器的输入功率反射系数得以有效减小。随着放大 器输出功率的增加，栅极电流逐渐增大，由于有栅流流过电阻R3，电阻R3上有压降产生，其 大小由电阻R3的阻值与栅流的乘积决定，电子管栅偏压的幅值也将随着栅流的增加而增 大，即Ugl = _(|Egl|*Rl/R2+Igl*R3)。当栅偏压的幅值刚刚超过偏压电源Egl的幅值时， 二极管Dl开始导通，D2截止，此时电子管的栅偏压大小等于偏压电源的幅值(二极管管压 降可忽略不计)，由于偏压电源的存在，栅偏压大小将保持不变，这样就保证了放大器在高 功率运行时处于丙类工作状态。由此可见，随着栅流的逐渐增加，放大器工作状态也由甲乙 类逐步过渡到丙类，这样即确保了放大器在高功率运行时很高的能量转换效率，又减小了 放大器低功率运行时的输入激励功率的反射，提高了放大器的工作稳定性，同时也为调试 时提供了极大的便利。
权利要求1.射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器，包括有两个相互串联的电 阻，其特征在于所述相互串联的电阻与射频发射机高功率丙类放大器栅偏压电源回路的 栅偏压电源并联，其中与所述栅偏压电源负极连接的电阻其与栅偏压电源负极连接的接线 端与一个二极管阳极连接，所述二极管的阴极与射频发射机高功率丙类放大器栅偏压电源 回路的电子管栅极连接，所述二极管的阴极还通过电阻与另一个二极管的阳极连接，所述 另一个二极管的阴极上有导线接入所述两个相互串联的电阻之间。
2.根据权利要求1所述的射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器，其 特征在于所述二极管均为高速大功率二极管，所述电阻均为大功率电阻。
专利摘要本实用新型公开了一种射频发射机高功率丙类放大器的有限自举栅偏压控制器，由相互串联且与栅偏压电源并接的电阻、两个二极管及二极管之间的电阻构成。本实用新型中，由于电子管栅偏压幅值大小由与二极管相串联的电阻阻值确定，其最大值和最小值分别由栅偏压电源和两只串联电阻的比值确定，这样放大器在高功率运行时工作状态保持不变，而在低功率运行时则可有效减小放大器的输入阻抗，降低对前一级放大器的功率反射，同时也为调试时快速确定放大器的输入匹配状态提供了便利。
文档编号H04B1/16GK201846309SQ20102056317
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者毛玉周, 王磊, 琚松青, 程艳, 袁帅, 赵燕平, 邓旭 申请人:中国科学院等离子体物理研究所