一種用于真空度測試的射頻電路設(shè)計

1、第28卷第176期 2007年6月10日電力系統(tǒng)通信telecommunications for electric power systemvol 28 no. 176jun. 10,2007 61 一種用于真空度測試的射頻電路設(shè)計張海明（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機械與精密儀器系，安徽合肥230027）摘要：文章介紹了一種用于測試真空管真空度的射頻電路及其原理。電路主要由40 mhz石英晶體射頻振蕩器和一種利用mrf系列場效應(yīng)管制成的ab類寬帶線性功率放大器組成，文章對 上述兩部分進行詳細闡述外，還對pcb板的設(shè)計進行了必要的說明。試驗結(jié)果表明，該電路的 信號具有很高的穩(wěn)定度、良好的調(diào)諧范圍和低噪

2、聲，同時該電路在調(diào)頻通信領(lǐng)域具有很高的實用 價值。關(guān)鍵詞：真空管開關(guān)；石英晶體振蕩器；射頻電路中分類號：tm773文獻標(biāo)識碼：b文章編號：1005 -7641(2007)06 -0061 -030引言考慮傳輸線的阻抗，因為電路中的阻抗是影響電路性能的主要因素，因此利用射頻電路對真空管進行真空管開關(guān)是電力拖動和自動控制系統(tǒng)中應(yīng)控制需要對阻抗進行匹配，匹配電路就是用來解決用廣泛的電氣元件。傳統(tǒng)真空管開關(guān)的控制電路這個問題。根據(jù)以上分析，本文設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)如電壓過高,在惡劣的天氣環(huán)境下，周圍空氣極易被圖1所示。電離進而擊穿，可能會造成重大的人員傷亡和電力事故。為了確保安全，必須定期對真空管開關(guān)的真i

3、振蕩器_d功率放大器i濾波器i空度進行測試。這種測試，一般根據(jù)真空計的工作原理并利用管子本身的結(jié)構(gòu)特點來測量和判斷真真空管§圖1真空管開關(guān)測試電路的原理fig. 1 principle of testing circuit ofvacuum tube switch空管的壓強，其主要方法有工頻耐壓法、高頻放電 法、吸氣劑膜法、耦合電容法等。本文設(shè)計一種 射頻電路,用高頻放電法對真空管進行測試。1 射頻電路設(shè)計射頻（rf, radio frequency ）就是射頻電流， 是一種高頻交流變化電磁波的簡稱，其頻率在30 mhz4 ghz之間，覆蓋了大多數(shù)電子通信系統(tǒng)由于濾波電路和匹配電路相

4、對簡單，在此不再 贅述。本文主要介紹振蕩器和功率放大器的設(shè)計 原理。的載波頻率。rf主要應(yīng)用于軍工和通信領(lǐng)域，隨2信號源的設(shè)計著技術(shù)的發(fā)展，越來越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療、交通、機 電等各行業(yè)。射頻電路通常包括振蕩發(fā)生裝置和功率放大裝置。為了進一步提高信號的穩(wěn)定度，信號還要經(jīng)過濾波，以去除干擾信號和信號源的噪聲，提高電 路的性能參數(shù)。增加濾波電路，還可以產(chǎn)生諧振, 增加信號的強度。本設(shè)計采用的是標(biāo)準的50。輸 人/輸由里而一而工作中的真空管開關(guān)在正常情況 下呈n容值相對較小。射頻電路的設(shè)計要利用振蕩電路產(chǎn)生射頻信號源，典型的射頻振 蕩電路有l(wèi)c型振蕩電路和石英晶體振蕩電路。根據(jù)真空管開關(guān)的測試要求和國

5、際標(biāo)準化（ism） 對射頻電源使用頻率的規(guī)定，本文采用40 mhz的石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器（簡稱晶振）就是將石英晶體 當(dāng)作一個電感或者電容接到電路中組成振蕩電路, 當(dāng)施加在電極上的電壓具有合適的頻率時，晶振就會發(fā)生共振，通過晶振的電流達到最大值,石英晶收稿日期：2007 -01 - 10；修回日期：2007 -03 -05 體振蕩器還具有輸出信號穩(wěn)定和噪聲小的特點。本設(shè)計采用的晶體振蕩電路如圖2(a)所示，它是工作于晶振三次諧波的振蕩器。它的交流等效電路如圖2(b)所示。qii交流等效電路圖3利用場效應(yīng)管設(shè)計的功率放大器fig. 3 power ampliher with fet圖2

6、振蕩器電路和其交流等效電路fig. 2 crystal oscillator circuit and itsac equivalent circuit該放大器采用標(biāo)準的50 o輸入/輸出界面，是一個寬頻帶的線性功率放大器，采用寬頻帶可以降低對輸入信號的頻率要求，以便可以在一定范圍內(nèi)對應(yīng)的諧振頻率為任意選擇不同頻率的信號,對真空管進行控制。本文提供的射頻功率放大器的頻率范圍為30于二r/l(cm +，c)100 mhz,輸出功率為60 w,二次諧波抑制為35 db,功率增益為18 dbo這類放大器能夠改善交越失式中 cm為石英晶體振蕩器的并聯(lián)電容；l為 振蕩電路的電感，主要是石英晶體中的電感量。

7、真，它的靜態(tài)工作點稍高于死區(qū)電壓，在場效應(yīng)管q1、q2之間加上偏置電壓，其值為閥值電壓之和,+g為振蕩電路中的電容量，選定a = 使靜態(tài)時兩管處于截止欲導(dǎo)通的甲乙類狀態(tài)。100 pf,c2 = 18 pfoqi、q2可以采用mrf系列管，本文用的是t為npn三極管，根據(jù)電路要求：/_ >/工作>mrf148,該系列管是摩托羅拉公司生產(chǎn)的大功率人，三極管的特征頻率要大于40 mhz,為了降低成n溝道增強型線性場效應(yīng)管，它的輸出功率為30 w,本,本設(shè)計選擇目前市場上最為常見的s9013或 工作頻率范圍是2 170 mhz,典型增益18 db,漏(2)s9014系列的低功率高頻三極管，

8、它的特征頻率為 100 mhz,具有優(yōu)越的hfe線性。試驗顯示,該石英晶體振蕩器具有很高的穩(wěn)定度和良好的協(xié)調(diào)范圍，它的頻率穩(wěn)定度可以達到10一6值在107以上。由于射頻電源對 人體的危害除了與輻射的頻率有關(guān)外，主要取決于 輻射的通量密度或場強，以及照射劑量°而電源周 圍電臺和各種放電的電磁場遠大于中小功率射頻 電源的逸散電磁場強度，因此射頻信號的電源對人 體的危害很小。日常生活中不必擔(dān)心射頻電源產(chǎn) 生的輻射所造成的危害。3功率放大器由于振蕩器產(chǎn)生的信號相對微弱，無法施加負 載，因此要對它進行進一步的功率放大。功率放大 有a4類、d類等多種方式，本文采用互補ab_ _大，又稱甲乙類互補

9、對稱功率放大 器，電路如圖3所示。極耗散功率為115 wo n溝道增強型mosfet在 工作時，其柵極電壓和漏極電壓vds均為正向 電壓。當(dāng)柵源電壓s=0時(或<0時)，雖然漏 極電壓喂為正，但電流不能導(dǎo)通，因此漏極電流 4二0,mosfet處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)柵極電壓人$> 。時，并且vgs > %( %為mosfet的開啟電壓)，加 上漏極電壓后就會產(chǎn)生漏極電流且越 大,4也就越大,實現(xiàn)了 ls對4的控制作用。為1 ： 1的傳輸線變壓器,又稱為倒相變壓器。根據(jù)傳輸線的理論,它的最佳匹配條件是zc =氏=rl當(dāng)傳輸線為無損耗傳輸線，負載阻抗乙等于傳輸線特性阻抗么,則傳輸線終端電

10、壓u2與始端 電壓的關(guān)系為u2 ="送一刎式中 w = 2tt/a為傳輸線的相移常數(shù)，單位為 rad/m0由公式可以看出，當(dāng)傳輸線長度，很短時,設(shè)計與開發(fā)張海明一種用于真空度測試的射頻電路設(shè)計 63 5結(jié)束語本文介紹了一種40 mhz的射頻電路,該電路%和u2的幅度相等，相位近似相同。4 pcb板的設(shè)計射頻電路的電路板不同于低頻電路板的設(shè)計,用于測試真空管開關(guān)的性能，實際應(yīng)用顯示，測試2要考慮其信號的輻射問題，要盡量有效防止信號向 外輻射以及電磁干擾（emi）問題。根據(jù)公式可以得由該電路信號的波長為7.5 mo沒有經(jīng)過調(diào)制的情況下，要將信號輻 射出去必須要有4/4（l 875 m）的

11、天線。實際電路 中的電路板不可能達到這個值，因此該電路板在制 造時,工藝要求相對簡單。但在pcb的設(shè)計當(dāng)中, 要盡量按照高頻電路布線的要求，避免射頻信號在 大功率條件下產(chǎn)生的不必要損失。為了防止emi, 器件應(yīng)該整體緊湊地排在電路板上，同時加寬地線 和電源線的寬度，為了增加屏蔽作用，本設(shè)計在電結(jié)果準確，能夠有效防止真空管失效，為電力系統(tǒng) 的安全運行提供了有力的保障。（l）參考文獻:1金大志，解永蓉，談效華.脈沖放電法測量密封真空 管真空度j.信息與電子工程,2006,4（2）449 -152.劉長軍，黃卡瑪，閆麗萍.射頻通信電路設(shè)計m.北京：科學(xué)出版社,2005.陳彥青，王學(xué)軍，呂鶴英.鋁（銅

12、）基高頻板的成形加 工j.印制電路信息,2002,(12):36 -38.路板上增加銅網(wǎng)，且將銅網(wǎng)與地線相連，pcb板在張海明（1982 -）,男，安徽廬江人，碩士研究生，從事布線時盡量避免直角，可將布線轉(zhuǎn)角設(shè)置成45。射頻電路的研究在電路的電源線上，還需加上濾波器和退耦電容 （或去耦電容）。design of rf circuit for vacuum degree testingzhang hai-ming(department of precision machinery and precision instrumentation,university of science and te

13、chnology of china, hefei 230027, china)abstract ：this paper introduces a radio frequency ( rf) circuit and its principle for testing vacuum degree of vacuum tube. the circuit is constituted by 40 mhz crystal rf oscillator and ab type linear wideband power amplifier made o£ mrf series fet. two p

14、arts of the above circuits are described in detail and some necessary explanations to the design of pcb board are given in the paper. *the testing results show that the signal of the circuit has very high stability favorable tuning range and low noise. this circuit has a high utility value in the fi

15、eld of frequency modulation communication.key words： vacuum tube switch； crystal oscillator； radio frequency ( rf) circuit（上接第50頁）電系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)支持工作。2劉榮.自然能供電技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社,2000.王運濤（1970 -），男，山東濟南人,工程師，從事220 kv及以下變電站、油田地面工程、長輸管道以及石油煉化工程的變配電設(shè)計工作。楊曉宇（1967 -）,女，北京人，工程師，從事太陽能供design of pv solar system in commu

16、nication stationyang xiao-yu , wang yun-tao2(1. beijing ecom communications technology co. ,ltd. ,beijing 100040,china；2. china petroleum engineering co. ,ltcl ,renqiu 062552,china)abstract： along with the development of the solar power technology and the decrease of its cost, some communication stations adopt the solarm as their power supply. this paper first expounds a good chance that the pv solar industry faces, and then in-troduceswhich should be taken into acc