线性化微波功放现状及发展趋势
学院：电子工程学院
专业：电磁场与微波技术
教师：徐瑞敏教授
姓名：XXX
学号：2014210202XX
报告日期：2014.10.26
线性化微波功放现状及发展趋势
一、引言
电磁波和低频率端相比高频率端拥有其独特的优点，近年来尤其是微波毫米波电路作为航空航天的无线通信手段得到广泛应用。但是在几乎所有的微波电子系统中，要将信号放大都需要微波功放，因此微波功放在微波有源电路中拥有了无可比拟的重要地位。对微波功放,除了有一定的功率输出和增益指标以外,线性度也是一个十分重要的指标。例如在微波测试设备中,由于功放的非线性失真所产生的谐波往往影响了测试精度;在移动通信的基站和移动站中,功放的非线性失真往往会产生邻道干扰,从而引起信号失真。因此,在这些设备中对功放的线性度提出了很高的要求。
对功放线性度的衡量可从两个指标来考察:一为谐波抑制度,当放大器输人频率为f0的单频信号时,由于非线性失真,会产生频率为nf0等的谐波,如图1所示,输出主频与谐波的功率电平之差即为谐波抑制度,用dBc表示。
第二个衡量指标为三阶交调系数。当放大器输人一定频率间隔(例如SMH:)、幅度相同的频率为f,和f:两信号时,由于非线性失真,在放大器输出端除了放大的f’,和f:外,还有2j,;一J:和2j:一f,,此为三阶交调频率,如图1(b)所示,主频与三阶交调频率的功率电平之差即为功放的三阶交调系数,用(IBc表示也可用一分贝压缩点来表示功放的线性度的,一分贝压缩点与三阶交调之间具有换算关系。
二、功率放大器的非线性特性
现在一方面人们追求更高的功率利用率，另一方面是日益发展的无线通信产业的要求迫使我们不得不给予功率放大器的线性化问题以足够重视。要研究线性化技术，首先必须了解功率放大器的非线性失真特性，以做到有的放矢。
理想情况下，功率放大器工作在线性状态，传输系数与输入信号的幅度和相位无关。但在实际情况中并非这么简单，由于晶体管的特性，在达到一定输入功率时，放大器将呈现出非线性。信号的输入输出不在是上面简单的函数关系。放大器随着输入信号的增大，从线性区进入非线性区，此时功放的增益不再是常数，而是一个与输入信号有关的变量，输入输出呈非线性，甚至在达到一定输入功率后，功放输出将不再增加。此外功率放大器输出端产生了与输入频率有关的新的频率分量，当信号输入时，除了基波分量，还会出现各阶互调分量和高次谐波分量。这种非线性特性，在通信系统中对相邻信道的干扰，降低系统的性能。对于
功放的非线性程度可以用特定的特性参数来表示。
2.1谐波失真
谐波失真是衡量功放线性化程度的一个重要指标，为了简化分析，可以将功率放大器看做一个无记忆非线性系统模型，即输出电压是当前输入电压的函数，放大器的传输特性可以表示为：
根据幂级数分析法，假设
，
此时为：
从上式不难发现，输出信号中除了输入信号频率外，还产生了新的频率分量，这将影响放大器的性能指标。对此，我们通常用谐波抑制度来表示功放对于谐波的抑制能力，即：
其中Pn和P 分别是第n 次谐波和基波的功率，HDn表示第n 次的谐波抑制。
2.2交调失真
交叉调制是指在非线性系统中同时存在有用信号和干扰信号，当通过放大器
时，干扰信号被转移到有用信号的载波上形成的一种失真。假设输入信号是由幅度相同的一个干扰信号与一个调制信号组成，表达式
为：
则经过非线性功率放大器后得到的输出信号为：
通过非线性功率放大器后，调幅信号的载波频率发生了改变。
2.3互调失真
如果放大器输入端同时有两个输入信号V1 和V2 ，在经过非线性放大器后，输出端还会产生互调失真。
已知
则进一步展开得到：
则可以得到，除去直流分量外还产生新的频率分量，把频率表示为：
这种变化引起了放大器输出信号的频谱失真。这种失真成为互调失真。
下图为三阶和五阶互调。
2.4 AM－AM 特性
AM-AM 特性表示的是功放输出信号幅度受输入信号幅度影响的关系。一般情
况下如信号包络引起的AM-AM 失真并不是很大，但在信号幅度波动较大的调制方式中，AM-AM 失真就较为明显了。输出信号中带有输入信号频率的幅度项为：
可以看出，它的值将随输入信号幅度的改变而改变，如果K3>0，成为增益扩张，反之，称为增益压缩。通过MATLAB 可以直观看到增益随输入信号的变化。
2.5 AM－PM 特性
AM-PM 特性主要是由功放的记忆效应造成的，由输入信号的幅度变化引起了相位变化。工作在线性区的功放，相位变化比较小，当工作在饱和状态时这种现象就会比较明显。而功率放大器一般要求较高的效率都工作在饱和或接近饱和的状态，其随输入信号幅度的变化曲线如图所示，
三、功率放大器的线性化方法现状
功率放大器线性化技术的研究开始于上世纪六十年代，当时主要在移动通信系统和广播系统中运用较广。在现代通信系统中，复杂调制技术的广泛使用，使得对功率放大器的线性度要求很高，所以功放的线性化技术也就越来越受到科研人员的重视。目前，较为常用的线性化技术主要有功率回退技术，负反馈技术，前馈技术，LINC，包络消除和恢复（EE&R）和预失真技术。其中前馈预失真技术运用较广，但前馈技术也存在缺点，他的研发成本高，电路实现复杂，上下支路相位要求严格。其他线性化技术也都各自存在缺点，而预失真技术因其性能稳定，自适应强等特点成为目前研究的主流，且随着数字电路的发展，其性能有很大的提升空间。
3.1 功率回退技术
这是最常用的方法,即选用功率较大的管子作小功率使用,也就是牺牲直流功耗来提高功放的线性度。由于任意输人功率的三阶交调系数满足公式;
功率回退技术利用这个特点，在实际使用中，把功率放大器的输入功率从ldB压缩点向后回退几个分贝,工作在远小于ldB压缩点的电平上,使功率放大器脱离饱和区,进入线性工作区,从而改善功率放大器的三阶交调系数。这种方法简单易行,不需要增加任何附加设备,是改善放大器线性度常用而有效的方法。其缺点是功率放大器的功率利用率大为降低;另外,当功率回退到一定程度,即当IM3达到一40dB。以下时,继续回退将不再改善放大器的线性度。因此,在线性度要求很高的场合,完全靠功率回退是不够的,而必须将功率回退法与其他线性化措施结合在一起使术。
3,2前馈法
前馈的构思源于反馈,不同的是在输出端进行校准。在各种功率放大器的线性化技术中,前馈技术应该是最先进的。如图所示,前馈电路原理包括两部分:失真信号的提取和消除。在失真信号提取环路中,親合器3的输出端是反相的失真信号。然后反相的失真信号经PA2后
与经过延迟线2的PA1输出信号在稱合器2中矢量叠加,失真信号被抵消掉了,PA的线性度得到提高。前馈技术兼具了闭环和开环系统的优点,但是电路复杂。在工作频带内,时间和温度的校准精确度都完全取决于电路里各元件的精度。辅助功率放大器的引入也会使整个系统的效率降低,增加了成本。
前馈技术在理论上具有精度高，稳定性好，线性化程度高等优点，也没有带宽的限制，但在具体实现时，前馈系统要求各输出幅度匹配，并且两条平行通路上相位和延时要匹配，而且失真相消环路中的辅助放大器必须要求有很高的线性度，否则又将引入失真分量。但由于没有闭环结构，当外界坏境温度改变时，前馈技术也无法实现自适应。这些都使得前馈技术没有很大范围的得到运用，一般主要是用在卫星通讯和军事通讯中。
3.3负反馈法
负反馈是将功率放大器输出的非线性失真信号反馈到输人端,与原输人信号共同作为功率放大器的输人信号,以减少功率放大器的非线性。但必须要求的
是反馈信号的输出和输入信号有完全相同的相位。反馈法可以分为直接反馈和间接反馈。直接反馈控制法没有很高的增益，对稳定性的要求也很高，所以一般情况下都采用间接反馈法。
这是负反馈的原理图。在1端输人微波信号,2端输出含有三阶交调分量,该输出信号通过祸合器使一部份信号进人反馈网络B,通过反馈网络使信号倒相,再经过栩合器输人功率放大器,最后,在功率放大器输出端口输出的基波信号虽比没有反馈网络时有所损失,但同时三阶交调分量得到了明显的抑制。
3.4预失真法
目前该技术主要分为射频预失真和基带预失真两种基本类型。采用基带预失真方法,适应性较强,而且可以通过增加采样率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真,是一种很有发展前途的方法。预失真法就是在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性。预失真是一种开环技术,需要预先知道所要改善的功放的非线性失真特性。然后通过调整预失真器输出信号的相位和幅度,使其与功放的非线性失真特性相反,从而改善整个系统的线性度。假设双频从IN输人,频谱如a,经过分路电桥1后分成两路,一路经线性放大器A放大,频谱如b;另一路经非线性放大器B,输出频谱如b、。两路信号再由电桥2合成为一路输出,调节非线性支路的移相器口,可以使b和b飞相位相反,从而合成信号频谱如‘所示,这就是预失真信号的频谱。此信号输人主功放尸A,放大后产生了三阶交调被压缩的,比无预失真电路时线性度高的信号频谱d,这就是预失真法的基本原理。根据这一原理,演绎出许多预失真的方法。
如图所示：
预失真法在功放线性化技术中应用得最多,它具有性能稳定、带宽相位一致性好、非线性失真改善效果好的特点。
3.5 LINC 法
非线性器件线性化是将输入数字信号分离成为两个恒包络但
不同相位的信号。这两个调相信号经过高功率放大后再合成。由于放大器的输入
信号是恒包络信号，避免了功放的 AM-AM 非线性失真。LINC法适用于窄带线性化方面。具有不用考虑信号调制方式，且不需要反馈信号，稳定性高的优点。原理图如下所示：
3.6本章小结：线性化技术之间的比较
这一章节中，我们讨论了功率放大器的线性化技术。首先介绍了几种常用的微波功放线性化技术，包括功率回退法、负反馈法、前馈法、EE&R 法、CALLUM 方法等,给出了这些线性化技术的基本理论根据。在实际的选择中，可以根据对带宽，线性度等得要求，综合设计电路。反馈电路在抑制三阶交调失真的同时保证不错的输出功率和效率。但是带宽窄,稳定性差,只适用于单载波的系统。前馈技术兼具了闭环和开环系统的优点,但是其电路复杂,在工作频带内,各元件的精度对校准精度影响很大。辅助PA的引入也会降低整个系统的效率,增加了成本。并且由于元器件精度的限制,前馈技术在毫米波频段还无法实现,只能应用在射频微波频段。非线性器件法要求两个支路完全一致,并且对外部环境变化也很敏感,这都极大地限制了它的应用。预失真技术是开环系统。利用预失真技术可以得到很宽的带宽,也不存在闭环系统中的稳定性的问题。并且容易实现,成本低廉,适用于要求成本低、功率高的通信系统。以下是线性化技术之间的比较关系。
四、功率放大器的线性化方法发展趋势
由于目前移动通信系统对功放的线性度提出了更高的要求,因此仅采用一两种方法来提高线性度很难达到要求,我们准备采用多种方法联合使用,以达到一定的线性度指标。随着数字技术和计算器线性化技术的研究相对落后，但是近年来功率放大器线性化技术研究也逐渐得
到了重视。随着通信系统的发展单一的线性化技术已经不能满足系统的线性指标，因而出现了各种线性化技术相互结合的方法。例如将预失真技术用到前馈技术的载波消除环路中，而预失真技术中也加入了反馈的思想。自适应的技术也被引入到线性化技术中，相应的出现了自适应前馈技术、自适应预失真技术等等，这些技术的融入，很大程度上使得功率放大器的线性度得到改善。。由于目前移动通信系统对功放的线性度提出了更高的要求,因此仅采用一两种方法来提高线性度很难达到要求,我们准备采用多种方法联合使用,以达到一定的线性度指标。计算机软件的发展,利用计算机来修正功放的非线性,必将成为一个更好的方法。
微波线性功率放大器综述 1概述 微波线性功率放大器在现代微波（无线）通信系统中的重要性越来越大。特别是在CDMA 体制移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。 2基本指标 2.1 AM/AM AM/PM失真 一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM 曲线来表示. 输入的RF 信号可以表示为： x(t)=R i(t)?cos[ω0t+θx(t)] (1) 相应的输出表示为： y(t)=G[R i(f)] ?cos{ω0t+θx(t)+ψ[R i(f)]} (2) 其中G和ψ表示AM/AM 和AM/PM曲线，如图一。 图. 1 实测的放大器失真曲线 理想的线性功放的曲线如图2。 图. 2 理想的放大器AM/AM和AM/PM曲线
2.2 双音IMD 、IP3、P1dB 双音IMD ，在放大器输入端加入两个CW 信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc 表示。 IP3 IMD 、IP3及P 1dB 定义图示 2.3 ACPR ACPR 主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。邻道功率（ACP ）定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小。邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。ACPR 定义为ACP 功率与主信道功率的比值。 图3 邻道功率（ACP ）定义 图4 器件非线性产生的邻道功率 对移动通信的CDMA 信号而言，其IM3（即ACPR ）与IP3的关系可以通过一公式表示。 IP3=-5log[P IM3(f 1,f 2)B 3/P O [(3B-f 1)3-(3B-f 2)3]]+22.2 (dBm) 其中： P IM3(f 1,f 2) 表示要求的IM3的输出功率（W ） B 表示二分之一CDMA 信号带宽 （KHz ） f 1,f 2表示两个边带频率相对于中心频率的差值（KHz ）
线性化微波功放现状及发展趋势 学院：电子工程学院 专业：电磁场与微波技术 教师：徐瑞敏教授 姓名：XXX 学号：2014210202XX 报告日期：2014.10.26
线性化微波功放现状及发展趋势 一、引言 电磁波和低频率端相比高频率端拥有其独特的优点，近年来尤其是微波毫米波电路作为航空航天的无线通信手段得到广泛应用。但是在几乎所有的微波电子系统中，要将信号放大都需要微波功放，因此微波功放在微波有源电路中拥有了无可比拟的重要地位。对微波功放,除了有一定的功率输出和增益指标以外,线性度也是一个十分重要的指标。例如在微波测试设备中,由于功放的非线性失真所产生的谐波往往影响了测试精度;在移动通信的基站和移动站中,功放的非线性失真往往会产生邻道干扰,从而引起信号失真。因此,在这些设备中对功放的线性度提出了很高的要求。 对功放线性度的衡量可从两个指标来考察:一为谐波抑制度,当放大器输人频率为f0的单频信号时,由于非线性失真,会产生频率为nf0等的谐波,如图1所示,输出主频与谐波的功率电平之差即为谐波抑制度,用dBc表示。 第二个衡量指标为三阶交调系数。当放大器输人一定频率间隔(例如SMH:)、幅度相同的频率为f,和f:两信号时,由于非线性失真,在放大器输出端除了放大的f’,和f:外,还有2j,;一J:和2j:一f,,此为三阶交调频率,如图1(b)所示,主频与三阶交调频率的功率电平之差即为功放的三阶交调系数,用(IBc表示也可用一分贝压缩点来表示功放的线性度的,一分贝压缩点与三阶交调之间具有换算关系。 二、功率放大器的非线性特性 现在一方面人们追求更高的功率利用率，另一方面是日益发展的无线通信产业的要求迫使我们不得不给予功率放大器的线性化问题以足够重视。要研究线性化技术，首先必须了解功率放大器的非线性失真特性，以做到有的放矢。 理想情况下，功率放大器工作在线性状态，传输系数与输入信号的幅度和相位无关。但在实际情况中并非这么简单，由于晶体管的特性，在达到一定输入功率时，放大器将呈现出非线性。信号的输入输出不在是上面简单的函数关系。放大器随着输入信号的增大，从线性区进入非线性区，此时功放的增益不再是常数，而是一个与输入信号有关的变量，输入输出呈非线性，甚至在达到一定输入功率后，功放输出将不再增加。此外功率放大器输出端产生了与输入频率有关的新的频率分量，当信号输入时，除了基波分量，还会出现各阶互调分量和高次谐波分量。这种非线性特性，在通信系统中对相邻信道的干扰，降低系统的性能。对于
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器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角θ＜90〇，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。 丙类功率放大器 丙类功率放大器的基极偏置电压V BE 是利用发射极电流的直流分量I EO （≈I CO ） 在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用 可输出基波谐振电压v c1,电流i c1 。下图画出了丙类功率放大器的基极与集电极间 的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式： 式中，V c1m 为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；I c1m 为集电极基波电流振 幅；R 为集电极回路的谐振阻抗 2 1 2 1 1 12 1 2 1 2 1 R V R I I V P m c m c m c m c C = = = 式中，P C 为集电极输出功率. 式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。放大器的效率 1 1 R I V m c m c = CO m c CC m c I I V V 1 1 2 1 ? ? = η
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丙类功率放大器的基极偏置电压 V BE 是利用发射极电流的直流分量 I EO (≈ I CO 在射极电阻上产生的压降来提供的,故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号 ' i v 为正弦波时,集电极的输出电流 i C 为余弦脉冲波。利用谐振回路 LC 的选频作用可输出基波谐振电压 v c1, 电流 i c1。图 8-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式: 011R I V m c m c = 式中, m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅; m c I 1为集电极基波电流振幅; 0R 为集电极回路的谐振阻抗。 2102111212121R V R I I V P m c m c m c m c C === 39 式中, P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P = 式中, P D 为电源 V CC 供给的直流功率; I CO 为集电极电流脉冲 i C 的直流分量。 放大器的效率η为 CO m c CC m c I I V V 1121? ?
国家电网未来发展趋势 王亮201711131076 上周四有幸听了席老师的讲座，感触颇深，席老师为我们讲述了国家电网的发展历史，公司内部的组成，以及现在的技术动态。我觉得既然是学生，我们离毕业还有两年，我们更应该关注国家电网未来的发展趋势，只有这样，我们才能领先别人，赢在起跑线上。 伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展。电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大。全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。 广义的电网是发电设备、输配电设备和用电设备采用一定的结构和运行模式构建起来的统一整体。因此，自从有了发电机及其相应的供电系统，便有了电网。1882年，爱迪生公司在纽约建成世界上第一座正规的直流电站和相应的供电系统，可以认为是人类首个真正意义上的电网。然而，由于当时不能为直流电升压，输电距离和输电容量受到极大的限制，于是，特斯拉于1887年发明了交流发电机和多相交流输电技术。1897年，美国西屋公司在尼亚加拉水电站的首台交流发电机投入运行并为35公里外的水牛城供电，从此确立了现代电网的基础。 2015年3月，《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》出台，在发电侧和售电侧开放市场引入竞争，价格由市场形成，同时管住中间的输配电网环节，电网公司一家垄断局面将被打破。目前电网建设已成为我国电力建设的主要方向，电网建设前景诱人。“十三五”期间，我国电网投资规模持续扩张，到2020年将全面建成统一的坚强智能电网，初步实现建设世界一流电网的目标。 展望未来，我们认为，未来电网将呈现以下重要发展趋势： 第一，可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。人类已经认识到化石能源是不可持续的能源，有必要大力发展可再生能源来替代之。这是因为：（1）核能在本世纪中叶前难以成为主导能源。核裂变能的原料也属于有限资源，且其利用存在安全风险，核废料处理也比较复杂。由于核裂变能的利用还涉及到国际安全环境，当前的核裂变能技术出口是受到国际有关条约严格控制的。尽管核聚变能可满足人类长期发展需求，但其应用前景尚不明朗，ITER（国际热核聚变堆）计划到本世纪中叶才能建成首个示范电站。（2）可再生能源是可持续发展的绿色能源，且可开采量足够人类使用。据统计分析，地球上接收的太阳能是人类目前能源需求总量的10000倍。地球上的风能总量也达到了目前人类能源需求总量的5倍，如果再算上水力资源、生物质能源、地热能、海洋能，则可再生能源的总量更大。由此可见，可再生能源发展潜力巨大。（3）可再生能源目前已经得到很大的发展。随着技术不断进步，可再生能源发电的单位成本呈逐年下降趋势。根据欧洲、美国和日本等发达国家和地区的预计，到2020年，光伏发电基本上可以实现平价上网。（4）国际已经有共识认为，可再生能源今后仍然会快速发展，且将逐渐成为主导能源。例如，2012年，国际能源署（IEA）发布的《2012年世界能源展望》，对2035年前的全球能源趋势作出了预测：到2015年，可再生能源将成为全球第二大电力来源，并在2035年接近第一大电力来源——煤炭的发
高效率功率放大器的现状及发展趋势 学院：电子工程学院 专业：电磁场与微波技术 ：王元佳 学号：201320000289 报告日期：2013.11.05
一、引言 现代通信系统中的射频系统要求功耗低、效率高以及体积小。近年来，无线通讯朝大容量、多电平、多载波、高峰均比和宽频带方向飞速发展，宽带数字传输技术（如OFDM、CDMA等）和高频谱效率的调制方式（如QPSK、QAM等）正获得越来越广泛的应用，从而对射频系统性能提出更为苛刻的要求。功率放大器作为射频系统的关键部件，其所消耗的功率在整个射频系统所占比例相当大。低效率的功率放大器严重影响系统的整体性能。所以，设计高效率射频功率放大器对于减少电源消耗，提高系统稳定性，节约系统成本都由十分重大的意义。 传统的功率放大器通过调整工作状态（即调整晶体管导通角）来提高效率，这就是A类、B类、AB类、C类功率放大器的演进过程。其中C类功率放大器的理论效率最高达到100%，但此时其输出功率却为零。其根本原因在于，上述功率放大器工作状态下电流、电压同时存在于晶体管中，要使晶体管的耗散功率为零，必然使输出功率也为零。通过不断减小导通角的方式已不能满足不断提高效率的要求。为进一步提高效率，晶体管工作在开关状态的功率放大器应运而生。 二、研究现状 2.1 高效率功率放大器 2.1.1 D类功率放大器 当前，国内外高效率射频功率放大器的研究都集中在开关模型功率放大器及高效率功率放大器结构上。开关模型功率放大器主要有D、E两类。其设计思想都是使晶体管上“电流、电压不同时出现”。D类功率放大器一般由两个晶体
管构成，两只晶体管轮流导通、截止，实现电流、电压的不同时出现条件。但其晶体管和寄生电容耗能都是单管放大电路的双倍。同时，在开关瞬间存在两晶体管同时导通或截止引起二次击穿造成晶体管损坏的危险。工作频率比较低时,晶体管开关延时可以忽略,晶体管近似理想开关,不会产生损耗；在高频下,晶体管开关延时不可忽略,会引入损耗,另外元器件本身也会有损耗。因此,D类功放适合于频率较低的应用,并不适用于射频领域，D类放大器现在主要应用于音频领域。如图所示为D类功率放大器的电路结构。 2.1.2 E类功率放大器 为了克服D类功放在不完全导通与不完全截止过程中引入的较大损耗,提出了E类功放的设计。与D类功放不同,E类功率放大器采用单只晶体管,可工作于较高的频段，漏极电流为直流和漏极分路电容的充电电流之和。E类放大器是一种开关式的高效率放大器,理想情况下,效率可达100%。在这种功率放大器中,足够强的驱动电压使得输出功率管在完全导通和完全截止之间瞬时切换,流过开关的电流与开关上电压波形没有重叠,因而开关不消耗功耗。E类功率放大器的主要设
未来电网的发展趋势 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
未来电网的发展趋势 编辑：华英电力 经历了100多年的发展，电网的规模和结构形态发生了很大的变化，即从最初的局域小规模电网发展到区域中等规模电网，进而发展到今天的跨区互联大电网。如今，电网已经为人类供应了大约四分之一的终端能源，成为现代能源体系的重要组成部分，电力在终端能源消费结构中的比例已经成为一个国家发达程度的标志之一。 未来电网将呈现以下重要发展趋势：第一，可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。第二，电网的结构和运行模式将发生重大变化。第三，新材料技术将在电网中得到广泛地应用。第四，物理电网将与信息系统高度融合。 广义的电网是发电设备、输配电设备和用电设备采用一定的结构和运行模式构建起来的统一整体。因此，自从有了发电机及其相应的供电系统，便有了电网。1882年，爱迪生公司在纽约建成世界上第一座正规的直流电站和相应的供电系统，可以认为是人类首个真正意义上的电网。然而，由于当时不能为直流电升压，输电距离和输电容量受到极大的限制，于是，特斯拉于1887年发明了交流发电机和多相交流输电技术。1897年，美国西屋公司在尼亚加拉水电站的首台交流发电机投入运行并为35公里外的水牛城供电，从此确立了现代电网的基础。 经历了100多年的发展，电网的基本形态没有根本性的变化，即电网以铜、铝等为基本导电材料、以传统电力设备为基础、以可调度能源（如化石能源、水力和核能等）作为电力的主要一次能源来源、以交流为运行模式的基本形态。然而，电网的规模和结构形态发生了很大的变化，即从最初的局域小规模电网发展到区域中等规模电网，进而发展到今天的跨区互联大电网。例如，2012年，我国发电总装机容量已经接近12亿千瓦，年总发电量接近5万亿度，我国电网已经基本形成了“西电东送、南北互供、全国联网”的总体格局，已经覆盖了全国大部分地区，成为世界最大的电网之一。如今，电网已经为人类供应了大约四分之一的终端能源，成为现代能源体系的重要组成部分，电力在终端能源消费结构中的比例已经成为一个国家发达程度的标志之一。 展望未来，我们认为，未来电网将呈现以下重要发展趋势： 第一，可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。人类已经认识到化石能源是不可持续的能源，有必要大力发展可再生能源来替代之。这是因为：（1）核能在本世纪中叶前难以成为主导能源。核裂变能的原料也属于有限资源，且其利用存在安全风险，核废料处理也比较复杂。由于核裂变能的利用还涉及到国际安全环境，当前的核裂变能技术出口是受到国际有关条约严格控制的。尽管核聚变能可满足人类长期发展需求，但其应用前景尚不明朗，ITER （国际热核聚变堆）计划到本世纪中叶才能建成首个示范电站。（2）可再生能源是可持续发展的绿色能源，且可开采量足够人类使用。据统计分析，地球上接收的太阳能是人类目前能源需求总量的10000倍。地球上的风能总量也达到了目前人类能源需求总量的5倍，如果再算上水力资源、生物质能源、地热能、海洋能，则可再生能源的总量更大。由此可见，可再生能源发展潜力巨大。（3）可再生能源目前已经得到很大的发展。随着技术不断进步，可再生能源发电的单位成本呈逐年下降趋势。根据欧洲、美国和日本等发达国家和地区的预计，到2020年，光伏发电基本上可以实现平价上网。（4）国际已经有共识认为，可再生能源今后仍然会快速发展，且将逐渐成为主导能源。例如，
音响入门到高手必看知识音箱作为声频的终端器材，仿佛人的嗓门，在很大程度上决定了一套音响的好坏。可以毫不夸张地说：选择一对好的音箱是一套音响成功的关键所在，来不得半点马虎。然而纵观当今音响市场，成品音箱品牌不下数百种，其中不乏著名的国际品牌：如美国的BOSE（博士）、JBL、INFINITY（燕飞利仕）、Westlake Audio(西湖)、PolkAudio（音乐之声）：英国的ATC（皇牌）、B&W、T annoy(天朗)、MonitorAudio（猛牌）、KEF、HARBETH（雨后初晴）：丹麦的（皇冠）DYNAUD10（丹拿）、DALI（丹尼）、Jamo(尊宝)：德国的Heco(德高)、密力(Maagnat)、ELAC（意力）；法国的梦幻之声（VIS10NACOUSTIQUE）、JMLab(劲浪)：国产精品有美之声战神系列、金琅、惠威、新德克、福音、小旋风等等，林林总总、不胜枚举。质量参差不齐，价格天差地别。即便是同品牌同系列的音箱，往往音质高出一丁点，价格就会成几何积数倍上升。这正是因为自人类发明电子声频工程以来，唯音箱进步最慢、技术最薄弱。据英国《发烧天书》记载：一部成名多年的英国老牌长青树音相Rogersls 3/5自六十年代推出，畅销近四十年，其音色这纯正优雅，至今仍为众多资深Hi-Fi发烧友视为炙手可热的抢手货。在音响科技高度发展的今天，实在有些令人费解。所以您可千万别小看了音箱的打造，别以为音箱只不过是把几个喇叭与几个Hi-Fi或Hi-END箱。音箱的学问大了，大到没法用
书写，各家各派众说纷纭。正如医学界的中医与西医之争，或如医治一些疑难杂症：说得明白的治不好病，治得好病的却说不明白。然而对消费者而言，我们只要学会如何鉴别与挑选就成。那么有没有一种通俗简便的方法，让毫无经验的大多数消费者不是凭贵价、不是碰运气，而是凭下面介绍的音箱试听“七要点”来学会判断一对音箱的好坏： 1.试听前对音箱的初步了解 对于一对音箱的最初了解，可用“观、掂、敲、认”的步骤来鉴别：即一观工艺，二掂重量、三敲箱体、四认铭牌。 外观工艺就是从音箱外表的第一部象来判断该次和品质优劣：用天然原木精工打造的音箱当然最好，许多天价级的世界名牌至尊音箱，包括意大利的Chario（卓丽）、Guarneri Homage（名琴）等，但此类好箱因环保、资源匮乏加工工艺难度大，时间长等因素，绝不会普及得象随处可见的“飘柔”洗发水，价格肯定没法低。故常见的音箱均是以MDF中密度纤维板表面敷以一层薄薄的木皮做装饰：敷真木皮精工外饰的音箱，尤其是如酸枝、雀眼、花梨、胡桃、桢楠、红橡等珍稀木皮，其天然木纹视觉效果极好，手感滑腻舒适。尤其以对称蝴蝶花纹真木皮经多层涂复打磨钢琴亮漆者，大多均可视为中高档精品音箱，仿冒品极少。用PVC塑料贴皮的箱子属大路货，虽做工精细，最好也只能算中低档货色。而以本纹纸贴面装饰的箱子虽然看上去极时应多注意箱体背后的贴皮接缝和喇叭安装位挖扎工艺是否精确到位。假冒伪
未来电网发展的四大趋势智能化是终极目标 经历了100多年的发展，电网的规模和结构形态发生了很大的变化，即从最初的局域小规模电网发展到区域中等规模电网，进而发展到今天的跨区互联大电网。如今，电网已经为人类供应了大约四分之一的终端能源，成为现代能源体系的重要组成部分，电力在终端能源消费结构中的比例已经成为一个国家发达程度的标志之一。 未来电网将呈现以下重要发展趋势：第一，可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。第二，电网的结构和运行模式将发生重大变化。第三，新材料技术将在电网中得到广泛地应用。第四，物理电网将与信息系统高度融合。 肖立业 广义的电网是发电设备、输配电设备和用电设备采用一定的结构和运行模式构建起来的统一整体。因此，自从有了发电机及其相应的供电系统，便有了电网。1882年，爱迪生公司在纽约建成世界上第一座正规的直流电站和相应的供电系统，可以认为是人类首个真正意义上的电网。然而，由于当时不能为直流电升压，输电距离和输电容量受到极大的限
制，于是，特斯拉于1887年发明了交流发电机和多相交流输电技术。1897年，美国西屋公司在尼亚加拉水电站的首台交流发电机投入运行并为35公里外的水牛城供电，从此确立了现代电网的基础。 经历了100多年的发展，电网的基本形态没有根本性的变化，即电网以铜、铝等为基本导电材料、以传统电力设备为基础、以可调度能源(如化石能源、水力和核能等)作为电力的主要一次能源来源、以交流为运行模式的基本形态。然而，电网的规模和结构形态发生了很大的变化，即从最初的局域小规模电网发展到区域中等规模电网，进而发展到今天的跨区互联大电网。例如，2012年，我国发电总装机容量已经接近12亿千瓦，年总发电量接近5万亿度，我国电网已经基本形成了“西电东送、南北互供、全国联网”的总体格局，已经覆盖了全国大部分地区，成为世界最大的电网之一。如今，电网已经为人类供应了大约四分之一的终端能源，成为现代能源体系的重要组成部分，电力在终端能源消费结构中的比例已经成为一个国家发达程度的标志之一。 展望未来，我们认为，未来电网将呈现以下重要发展趋势： 第一，可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。人类
目录 1、术语、定义和缩略语 2、为什么宽带信号要采用线性功放技术（NCDMA、WCDMA) 3、功放线性功化技术分类（前馈和预失真） 4、预失真技术原理简介 5、前馈技术原理 6、800MHz 30W线性功放实现原理和调试方法 7、工艺结构及信号流向图 8、附录 一、术语、定义和缩略语 1、前馈技术：利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真，即将主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大后和主功率放大器输出的信号进行交调失真抵消，从而改善功率放大器非线性失真的一种技术 2、主环：将功率放大器输出的信号(含交调失真信号)与输入的信号（不含交调失真信号）在载频抵消电路中进行载频抵消，其输出只含交调失真信号的一种闭环电路 3、误差环：将功率放大器输出的信号（含交调失真信号）与只含交调失真的信号在交调抵消电路中进行交调失真抵消，其输出只含较小失真信号的一种闭环电路。 4、载频抵消：依靠一个定向耦合电路，将耦合通路上的载频信号（含交调失真信号）与通道上同载频信号在定向耦合电路上进行模拟抵消载频信号的过程 5、交调抵消：依靠一个定向耦合电路，将主环输出的交调失真信号放大后耦合在主功率输出的通道上，在定向耦合电路上模拟抵消交调失真信号的过程 6、预失真技术：是依靠在功率放大器的输入通道中插入预失真部件，造成输入信号的预先岐变失真，由于预失真部件的失真特性与功率放大器的非线性失真特性正好相反，从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现功率放大器线性化改善目标的信号处理方案。预失真技术根据预失真器件的实现方法可以分为模拟预失真和数字预失真。利用模拟器件的非线性行为直接实现功率放大器输入信号预失真的方法称为模拟预失真，通过数字算法对基带信号进行处理实现预失真的方法称为数字预失真。 C D M A码分多址（C o d e D i v i s i o n M u l i t i p l e A c c e s s） L M D S本地点对多点分布系统（L o c a l M u l i t i p o i n t D i s t r i b u t i o n S y s t e m） W L A N无线局域网（W i r e l e s s L o c a l A r e a N e t w o r k） A C P R邻信道泄漏功率抑制比（A d j a c e n t C h a n n e l L e a k a g e P o w e r R a t i o） D S P数字信号处理器（D a t a S i g n a l P r o c e s s o r） F P G A现场可编程门阵列（F i e l d P r o g r a m G a t e A r r a y） L P A线性功率放大器（L i n e r P o w e r A m p l i f i e r） V S W R电压驻波比（V o l t a g e S t a n d i n g W a v e R a t i o） R F射频（R a d i o F r e q u e n c y） I F中频（I n t e r m e d i a t e F r e q u e n c y）
基础知识 一、功放 1、功率放大器：用来放大音频信号的器材，也就是说前置放大器和功率放大器（纯 功放）的统称。 2、中心机：是由功放、卡拉OK、独立声道输入系统、均衡器、调音台等器材组 成（如H2000，包括独立声道输入系统、独立Hi-Fi音乐中心、专业宽频带卡 拉OK、专业均衡器组成） 3、纯功放：即两声道，要求对音频信号进行高保真功率放大的放大器。（后级放大 器） 4、AV功放：用于家庭影院音响系统的放大器。 放大器： 按功能分： ⑴纯功放 ⑵A V功放：①4声道放大器（定向逻辑） ②5+1声道放大器（THX） ③5.1声道放大器（AC-3、DTS）流行 ④6.1声道放大器（THX EX、DTS EX） ⑤7声道放大器（AC-3+DSP） ⑶卡拉OK放大器：①卡拉OK扩音机（有扩音） ②卡拉OK机（无扩音，功放放大） 按名称分： ⑴晶体管放大器（石机） ⑵电子管放大器（胆机） ⑶电子管和晶体管放大器（混合机） ⑷合并式放大器 ⑸前级放大器、后级放大器 ⑹甲类放大器 ⑺甲乙类放大器 ⑻单声道放大器 ⑼双声道放大器 前级放大器：对音频信号进行电压放大的电路和对音频信号进行必要控制的电路（主要进行音频处理） 后级放大器：将前级放大器放大和控制后级的信号进行专门的功率放大。 合并式放大器：将前级放大器和后级放大器装置在一个外壳内的放大器。 胆机：用电子管作为放大器件构成的放大器（不能放置于A V功放内）即电子管。特点：低音柔和，传输音频慢。 石机：用晶体管作为放大器件构成的放大器。 混血机：用晶体管和电子管共同构成的放大器。（这种机器充分利用晶体管和电子管的特性来发挥各自的长处，改善了石机的冷色面、金属声，改良胆机的低音力度和速度，使之具有混血的优势，主要用于纯功放。） 甲类放大器：一种性能优越的放大器，主要用于纯功放中。（它以牺牲放大器的功率换取高品质的音质，以声音靓丽著称）
实验七 非线性丙类功率放大器实验 一、 实验目的 1、 了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时 的动态特性。 2、 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状 态的影响。 3、 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点 4、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。 二、实验内容 1、 观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点 2、 测试丙类功放的调谐特性 3、 测试丙类功放的负载特性 4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响 三、 实验仪器 1、 信号源模块 1块 2、 频率计模块 1块 3、 8 号板 1块 4、 双踪示波器 1台 5、 频率特性测试仪（可选） 1台 6、 万用表 1块 四、实验基本原理 放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。 甲类功率放大器的o 180＝ θ，效率η最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
非线性丙类功率放大器的电流导通角o 90<θ，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，基极偏置为负值，电流导通角 o 90<θ，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC 谐振回路。 电路原理图如图7-1(见P.48)所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中N 4、T 5组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R 14、R 15、R 16组成静态偏置电阻。N 4、T 6组成丙类功率放大器。R 18为射极反馈电阻，T 6为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R 17送到N 4基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管N 4基极－射极间的负偏压值时，Q 4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S 1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q 值。 下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。 1、甲类功率放大器 1) 静态工作点 如图7-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定： 15R I v EQ EQ = BQ CQ I I β= V v v EQ BQ 7.0+= 15R I V v CQ CC CEQ -= 2) 负载特性 如图7-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P 0可表示为： B H P P η' 0= 式中，' H P 为输出负载上的实际功率，B η为变压器的传输效率，一般为B η＝0.75～0.85 图7-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点，此时集电极的负载电阻R H 称为最佳负载电阻。集电极的输出功率P C 的表达式为：
短波线性功率放大器的原理与调试 本文就300瓦线性短波功率放大器的原理和调试作个简单介绍。 1 电路结构： z功率放大器由T1（9：1）输入变压器，T3，T4组成的1：4输出变压器，T5，C6，R11-R14组成的负反馈电路，U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，C2-C5，R7-R10组成的频率补偿电路，Q1，Q2功放管等组成的AB类推挽放大器。 z T1把50欧的输入端阻抗转换成5.5欧以配合晶体管的输入阻抗，由C1补偿T1的寄生电感。 z T5，C6，R11-R14组成负反馈电路，C6与T5的一组线圈（1圈）组成谐振电路，降低高频段的反馈量，并减少负反馈电阻R11-R14对T1次级阻抗的影响。 z C2-C5是频率补偿电容，目的是提高放大器在高端的增益。 z上面所述电路的元件参数对放大器的输入驻波、增益的平坦性等有很大的影响，在调试中要通过多次试验而取得放大器各种参数的平衡。 z U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，由紧贴在功放管上的D1跟踪功放管的温度变化，保持偏流的稳定。 z R16是用来检测放大器的工作电流的。 z输出变压器T4的阻抗比是1：4，在低阻端阻抗为12.5欧，根据推挽放大器的理论可计算出功放的不失真最大输出功率 P max=2(48-2)(48-2)/12.5=338W。（P max=2（Vcc-Vsat）*2/R） z输出变压器采用传输变压器形式，用3mm的25欧电缆绕制。 z C12-C17是隔直耦合电容，隔离直流电位，耦合高频信号。 z功放管是用货源较多的拆机ENI21（类似于MRF448，原用于13.56MHZ的射频源），当然可以用TH430,2SC2652,681033等晶体管来代替，但反馈和频率补偿网络的相关参数要作调整。
[摘要]现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各项指标的要求越来越高,相应地,电力系统也不断地向自动化提出更高的要求。电力系统自动化技术不断地由低到高、由局部到整体发展,本文对此进行了详细的阐述。 [关键词]电力系统自动化发展应用 一、电力系统自动化总的发展趋势 1.当今电力系统的自动控制技术正趋向于: (1)在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区域化发展。 (2)在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。 (3)在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。 (4)在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用。 (5)在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。 2.整个电力系统自动化的发展则趋向于: (1)由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到AGC(自动发电控制)。 (2)由高电压等级向低电压扩展,例如从EMS(能量管理系统)到DMS(配电管理系统)。 (3)由单个元件向部分区域及全系统发展,例如SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。 (4)由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。 (5)装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。 (6)追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。 (7)由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。 近20年来,随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展,现代电力系统已成为一个计算机(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和电力装备及电力电子(Power System Equiqments and Power Electronics)的统一体,简称为“CCCP”。其内涵不断深入,外延不断扩展。电力系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能够闭环控制的对象越来越丰富。 二、具有变革性重要影响的三项新技术 1.电力系统的智能控制 电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为三个阶段:基于传递函数的单输入、单输出控制阶段;线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段;智能控制阶段。电力系统控制面临的主要技术困难有: (1)电力系统是一个具有强非线性的、变参数(包含多种随机和不确定因素的、多种运行方式和故障方式并存)的动态大系统。 (2)具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求。 (3)不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间协调控制。 智能控制是当今控制理论发展的新的阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题;特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统。 智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景,其具体应用有快关汽门的人工神经网络适应控制,基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构,多机系统中的ASVG(新型静止无功发生器)的自学习功能等。 2.FACTS和DFACTS (1)FACTS概念的提出
功率放大器测试基本常识 一、功率放大器常用测量的仪器： 1.音频信号发生器， 2.毫伏表， 3.示波器， 4.失真仪， 5.负载， 6.信号扫 频仪， 7.万能表, 8.高压测试仪， 9.电阻测试仪。 二、测量仪器连接方式： 三、测试项目： 1.AC 电压测试：单位：V （交流电压） 根据出货地点不同而设定的电压：117±5 V 、220±5 V 。 老化实验时必须提升原电压的10％作为测试电压。 2.DC 电压测试：单位：V （直流电压） 根据各机器要求不同而设定的电压，如±10V 。 3.ID 测试：单位：mv ID 为功率放大器的静态电流之简称。 测试时用万用表200MV 挡，测水泥电阻的两端（发射极对地），标准值为 5MV 或按工程要求。 ～ ～ ～ ～ － －
4.灵敏度测试：(信号强度) 单位：mv 输出额定电压时所须的信号强度：(专业机型)卡侬座700—800 mv，莲花座400—500 mv或按工程要求。 5.分离度、串音测试：单位：dB 输出额定电压时，两通道间的分离幅度，从一通道满功率输出测另一通道的dB数。标准值60dB。或按工程要求。 6.频响测试：(频率响应) 单位：dB 输出额定电压时，调小本通道VR，使输出衰减10dB,（或20 dB按要求）的电压为“0”dB，调节信号频率至低频和高频（20Hz----20KHz测试），并使信号源幅度不变（输入信号和原来一样），此时的输出与“0”dB相比较，变化在一定范围内±3 dB。 7.信噪比(S\N) 测试：单位：dB或mv 输出额定电压时，去掉信号后的电压，噪音和满功率信号的比值，90dB 以上、3mv以下或按工程要求。 8.额定功率测试：单位：W 2 信号强度和阻抗一定时的电压。功率（P）＝电压（U）/阻抗（R）最大不 失真的条件下。 9.失真度测试：单位：％
高频电子线路 课程论文 论文题目：非线性电路的分析方法研究 专业：08电子信息工程本科 小组成员: DZU Joecindy 指导老师：王丽 完成时间：2011年12月22日 非线性电路的分析方法研究 【摘要】我们要将电路元件的范围及其相应的分析方法进行拓展，引入对非线性二端元件的分析和总结。非线性二端元件就是接线端自变量和接线端的函数具有非线性关系的元件。
下面我们将对非线性电路的分析方法进行研究，从而对其分类和总结。 【关键词】非线性电路 直接分析法 数值分析法 图形分析法 分段线性分析法 小信号分析法 前 言 到目前为止，我们已经学习过若干种线性元件的电路，也学习过这些元件构成的线性电路分析法。本文将就非线性问题进行分类和归纳总结。 1.直接分析法 此方法一般应用于对非线性二端元件的函数关系较简单时使用，结合并运用线性元件电路的分析方法和一些定理，同时列写出非线性的补充方程，最后通过求解数学问题并结合电路实际解答的方法。 我们首先用直接分析法求解图1.1所示的简单非线性电阻电路。假设图中非线性电阻的特性可表示为下列v-i 关系： 2,00,0 D D D D Kv v i v ?>=?≤? 常熟K 大于零。 D i 图1.1 该电路的求解过程：
（D v -E ）/R +D i = 0 （1.1） 补充方程： D i = K D v 2 （1.2） 注意该元件在D v 大于零的时候才能工作。如果D v ＜0 则 D i = 0 用原件的非线性v-i 关系替换式（1.1）中的D i 就得到了用节点电压表示的节点方程： （D v -E ）/R + Kv D 2 = 0 （1.3） 化简式（1.3），得到下列二次方程： RK D v 2 + D v – E = 0 求出D v 并选择正解，即： D v = (1.4) 对应的i D 表达式可通过将上式替换式(1.2)得到，即： D i = 12K RK ?-+ ?? 小结：这类分析方法很有局限性，通常只适用于函数关系较简单的非线性求解问题，对于较复杂的问题，下面我们将讨论到。 2.数值分析法 当所求非线性的函数关系不是简单的函数关系时，已经不能用已有的公式去求解，这是就需要在误差精度允许的范围内，运用计算方法学的知识寻求所需的解，下面介绍常用到的计算方法： 在《电路基理论基础》一书中给出的3种方法： ① 前向欧拉法（Forward Euler method ）: （以后本文均以(,)dy f y x dx =表示dy dx ） 1k y + = k y + h f (k y , k x ) 其中h 为积分步长 ② 后向欧拉法 （Backward Euler method ）
功率放大器非线性测量和设计的新范例— NVNA非线性矢量网络仪和ADS基于X参数的功放设计 非线性测量和设计的创新技术— X参数 频率覆盖10MHz-13.5/26.5/43.5/50GHz
我很清楚我所设计的放大器增益随着负载的变化而变化，但是 传统的“Hot S22”在非线性条件下并不能帮我解决问题。 当我将各级功率放大器级联时，总的输出结果并没有像我所想 象的那样。不知道到底是怎么回事? 因此我需要新的工具，能让我 深入了解器件的非线性特性。 如果我能够获得器件基波及谐波的幅度和相位信息，将大大节 省我花在功率合成放大器的匹配电路设计上的时间。 半导体厂家提供的管芯的小信号S参数对我设计放大器几乎没 有作用，我需要大信号激励下管芯的非线性参数。我真希望有一种 测量工具能让我提取出完全表征器件非线性特性的参数。 传统的负载牵引系统并不能帮我解决大信号模型问题，因此我 需要新方法帮我快速提取出器件的大信号模型，从而让我使用ADS 软件有效而且快速地设计出满足指标的功率放大器。 安捷伦科技非线性矢量网络分析仪 (NVNA)荣获《电子产品世界》2008 年度产品奖, 2008年EDN创新奖, 并被选为射频和微波年度最佳产品 2
众所周知，功率放大器是每个发射机系统的核心部件，随着雷达应用、卫概述 星通信及无线通信的迅速发展，要求研发工程师和科学家们不断地研究和设计 出具有更高的输出功率、更高的功率附加效率以及更高的线性度等指标的功率 放大器，以满足更快的数据通信、更宽的雷达信号等需求。这就需要不断提高 半导体功率管的性能，并把对半导体功率管的应用扩展到其性能的极限，经常 使其进入到半导体功率管的非线性工作区域甚至饱和状态。器件的非线性特性 非常容易给雷达系统、卫星系统及通信系统造成严重问题，往往是信息之间互 相干扰、系统有效带宽下降的最主要原因。如何更深刻地了解并掌握器件与电 路的非线性特性是每个射频工程师每天所面临的棘手难题，急需解决。而现有 的工具和手段并不能有效地帮助工程师解决这些 问题。因此，处理非线性问题需要使用超越今天 我们测试线性参数范畴的新工具，这种全新的 工具能够让工程师快速地获得完全表征功率管 非线性行为的非线性参数，从而能够进行 快速建模、仿真并且彻底改善新技术 产品的设计流程。 当今，雷达系统、卫星系统及 当前的问题 无线通信系统的研发工程师和科学家 的目标很明确: 高效和精确地仿真设计 功率放大器。仿真和设计必然需要功率管的大信号模型，但是很多半导体厂家 并不提供设计功放所需要的功率管的大信号模型。有些客户自己曾经试图使用 直流信号分析仪结合网络仪测量S参数提取Spice物理模型，最后通过数学运 算拟合出大信号模型，但是这个过程很漫长而且往往不准确。另外，由于在非 线性器件和系统的设计过程中一直没有一个集建模、仿真和测试于一体的方 案，工程师们只能依赖信息量很有限的小信号S参数并根据各自的经验，花费 大量时间和成本做大量的设计迭代实验，使得整个设计过程变得既费时又昂 贵。为改变目前困境，就需要工程师能够精确快速地提取功率管的大信号模 型，使其掌握器件的线性和非线性行为性特性，同时还需要在ADS软件中准 确地仿真出功率管的非线性行为。 现在也有部分客户逐渐接受负载牵引系统的概念，但是单纯的负载牵引系 统不能够满足客户快速高效地设计高性能功放的需求，原因在于负载牵引系统 存在一些不足: ●负载牵引系统特别消耗时间，不能够在扫频、扫功率及扫直流偏置模式下测 量等高线。 ●不能提供完整的大信号模型，因此不能让设计师有效地使用EDA工具进行 功放的设计和仿真。 ●没有考虑谐波分量及谐波分量对基波的影响，无法测量出谐波的相位信息， 但是功放非线性设计必须考虑谐波成分。 ●即使可以把负载牵引测试数据导入EDA工具，但是由于只有功率信息，没 有直流信息、谐波信息等。因此只能仿真功率等高线，不能仿真谐波的幅度 相位、功率效率等高线、交调失真及ACPR等。 现在安捷伦推出了全新的解决方案使工程师在对有源器件建模、仿真及设 计时，显著减少花费在设计迭代上的时间，从而让我们加快新产品推向市场的 速度。 3