实验七 反射式速调管工作特性的研究
实验目的
1．熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构、原理及使用方法。 2．了解反射式速调管的工作特性。 微波的基础知识
一、什么是微波
微波是一种波长很短的电磁波，其波长在0.1毫米到１米之间。通常将微波划分为分米波、厘米波、毫米波及亚毫米波这四个波段。亚毫米波又被称为超微波。根据电磁波长与频率之间的关系：c f =λ?，微波的频率在300GHz —300MHz 之间，（其中1MHz ＝106Hz ，1GHz ＝109Hz ）。
微波的低频端与普通无线电波的“超短波”波段相连结，而其高频端与红外线的“远红外”波段毗邻，因而使微波具有与普通无线电波及光波都不完全相同的特点，这样微波的研究方法和应用领域以及所用的传输系统、元件、器件和测量装置都与别的波段不同。
二、微波的特点
１．频率高。微波的频率比普通无线电波频率提高几个数量级，一些在低频段中并不显著的效应在微波波段就明显地表现出来。例如由于电子渡越时间（一般为10-9秒）与微波振荡周期相比已不可忽略，因而在微波波段内不能使用普通的电子管，必须采用电子流与微波谐振回路相互交换能量的方式。产生微波信号的方式，不能采用“低频”电路中常用的Ｌ－Ｃ振荡回路，而必须由“谐振腔”来实现。
另外，随着频率的增高，趋肤效应及传输线的辐射效应越趋严重，因而沿用普通两线式传输线传输微波已不可能，而必须采用特殊的传输线—波导管。
２．波长短。微波的波长远小于一般宏观物体的尺寸（如建筑物、船、飞机、导弹等）。这就使微波在空间的传播方面具有类似光波的特性—反射。因此就有可能将微波电磁场的能量集中在一个很狭窄的波束中，进行定向发射，它能透过地球上空的电离层向太空传播。
３．微波的参数和测量技术是独特的。在低频电路中的基本参数是电压、电流、和频率，在微波系统中，电流、电压的概念已失去了确切的含义，而且根本无法直接测量，必须从三维空间场的理论着手，用“场”的观念，求解在一定边界条件下，一定介质填充的系统中的电磁场方程。因而在微波系统中主要参数为阻抗、波长和功率。微波阻抗是通过测量电场强度的相对值（即：驻波比）而得到的，波长的测量可使用校过刻度的波长计，而功率测量是将微波所产生的热效应转换成一定的电能后去测量的。 三、微波源
用以产生小功率微波振荡的器件，通常有反射式速调管和体效应管两种，本实验所用微波源是以反射式速调管为振荡器件，为此对反射式速调管做一简单介绍。
1．反射速调管是一种结构简单、实用价值较高的微波振荡器件，它是利用电子与电
场相互作用的原理制成的，其结构如图1所示。
反射速调管一般由灯丝、阴极、加速极、谐振腔及反射极等几个部分组成。阴极经灯丝加热后，发射热电子。加速极的作用是使阴极发射出来的电子获得较高、较均匀的速度。谐振腔的作用有两个：一是用来对被加速后的均匀电子流进行“速度调制”，另一个功能是接受“群聚”后的电子流所提供的能量，使其建立并维持着周期性的高频振荡。反射极上加有一个对阴极而言是负的直流电压，对经过速度调制后的电子流来讲，它是一个减速场。
2．反射速调管工作原理
反射速调管工作时，电阴极发射出来的每一个电子都要越过几个不同的电场，下面研究一下电子在各个电场中的运动情况。
如图2所示，在K －G 1空间。电场是均匀的，电子将做匀加速运动，在此空间电场对电子作功为：
0eU eEd W == (1) 根据能量守恒，电子所获得的动能为：
0202
1
eU mV = (2) m eU V 0
02=
∴
(3) 电子在K －G 1空间的平均速度为021
V ，因此电子从K 运动到G 1的时间为：
m
eU d
V d t 00222
==
(4) 由此可见，在忽略了周围电场对电子所产生的影响后，每个电子从阴极K 出发到达
K
R
d
D
--
图1 反射速调管的结构
图2 电子在各电场中的运动 U R
G 1G 1
U 2
G 2
G 0
U U R
10
ωU sin t ω
m V +V sin t 0V 阴极K
灯丝
谐振腔加速极反射极R
下栅极G 1的过程中，都具有相同的速度，用了相同的时间。因此可以认为，进入谐振腔中的是均匀的电子流。
经过加速而达到很高速度的电子束，通过谐振腔的两栅间时，由于电子热骚动等原因，谐振腔中存在一个微弱、杂乱的电磁场，由于谐振腔的谐振作用，其中有某一频率的交变电场幅度最大。假设此交变电压为u = u m sin ω t ，则速度均匀的电子流将在谐振腔内被“调速”。
如图3所示，在t 1时刻进入谐振腔的电子要被加速，其速度要大于原来的V 0，在t 2时刻进入谐振腔的电子仍按原来的速度V 0运动，而在t 3时刻进入谐振腔的电子将被减速，其速度将小于V 0，经过速度调制后的电子，从谐振腔的上栅极G 2出射后，就进入了“群聚空间”。在反射极U R 的作用下，这些“速度调制”的电子
流将被减速，并且穿入群聚空间深度不同，同时
返回栅极的时间也不相同，即渡越时间不同。而
在t 1－t 3时间内发出的电子可能在折回过程中聚合成一个稠密的电子束，并且它正好落在谐振腔内。如果电子束的渡越时间合适，当它回到谐振腔时恰巧落在交变电压的正电场处，它对电子是
起减速作用，因而电子束速度就被减慢下来，将
能量传给谐振腔，如果腔的固有频率和交变电压频率一致，就会产生谐振，于是这个由电流脉冲激起的振荡得以维持下去，便可成为一定的微波功率输出。若电子束在正电场的最大时回到腔内，则速调管产生的微波功率最大，在其它场值下，则产生的微波功率不等；如果电子束是在交变电压的负电场时进入腔内，则电子束就被吸收，不会有微波输出。
由上可见，微波的产生与“会聚”电子束在群聚空间内的渡越时间有关，如果把电子从离开栅网起至回到栅网所需要的时间—渡越时间用τ来表示，则当τ与微波振荡周期满足下式：
,3,2,1,
)4
3(=+=τn T n (5)
则电子流给出功率最大，显然渡越时间τ与电子的电量e 、质量m 、反射空间的距离D 、反射极电压U R 以及谐振腔电压U 0有关，它们满足下列关系式：
R
n
U U e mU D
+=
τ024 (6)
利用(5)、(6)式，并注意到f
T 1
=
（f 为微波频率），则有： D R G t U U －1 T 34
t
t 12345n m t t t t t 图3 电子流在谐振腔内的“调速” 2
4
3240+=?+n f U U e mU D
R n
(7)
上式表明，只有U 0和U R 为某些值时才能产生振荡，而且对于一定的U 0改变U R 会
引起f 的改变。值得指出的是，由(5)式可以看出微波振荡周期与电子渡越时间可以比拟甚至还要小，这就是我们讲到的微波特点之一。反射速调管之所以能产生振荡，正是巧妙地利用了这一特点。
满足上述相位条件，只是说明振荡可能产生而不是一定会产生，如果直流的电子流太小，由群聚中心电子团所能传递给微波电场的功率不足以克服电路和负载中的损耗时，振荡就不会发生。因此，要使振荡发生，还需要第二个条件，要求直流电子流大于某一最小电流（起始电流）即：
0i i > (8) 这一条件相当于振荡的幅值条件。起始电流i 0与电路以及外负载有关，并与)4
3(+n 成比例。
当满足振荡的相位条件和幅值条件时，微波振荡就发生。实验时可以通过调不同的U R 而获得不同频率最强的微波能量输出。图4表示在一定谐振腔电压情况下，输出功率及振荡频率与反射极电压的关系曲线。对应于U R 的一系列工作区称为振荡模。
3．反射速调管的频率特性 a ．电子调谐宽度?f
在给定的振荡区内，频率f 和输出功率P 都随反射极电压的变化而变化。在给定振荡模的中心，输出功率最大。随着反射极电压U R 负值的增加。工作频率增加，但输出功率下降，当输出功率下降到最大输出功率一半时所得的两个振荡频率之差?f 叫做电子调谐宽度，如图5所示。作为使用者来说，希望电子调谐宽度越宽越好。 b ．电子调谐斜率?
P
f
-U f 0R
-U R
f f P P
-U R
P 0
P 0
2
f 0
f 1
f 2Δf
图5 电子调谐斜率
图4 f-U 与P-U 曲线 R R
在振荡区中心的一很小范围内，反射极电压V R每变化1伏所引起的振荡频率变化的数值称为电子调谐斜率。由图5可以看出，在振荡中心一个小范围内振荡频率f随反射极电压V R的变化规律接近于线性。斜率的数值在管子整个工作频率范围内各频率点是不同的。但差别较小。由于管子的用处不同，对斜率的要求也不同。例如作为调制器用，希望斜率大一些，而作为本机振荡器用，则希望斜率小一些。因为斜率小振荡就会相对稳定，这样对电源的稳定度要求就可以相应的降低一些。
4．反射速调管的调制
反射速调管的调制有两种形式，一种是对输出幅度进行调制，称为“调幅”，另一种是对输出频率进行调制。称为“调频”。
无论是“调幅”或“调频”，均需在反
射极上加一定的调制电压。
a．幅度调制
例如在反射极上加一方波，就得到
了幅度调制如图6所示。当方波前沿较
差时，则在幅度调制的同时还会出现附
加的频率调制，见图6中虚线部分，调制幅度太大时，有可能同时跨在反射速调管的两个振荡区域上，必将出现两个振荡频率，调制幅度太小，则输出功率将会减小。因此在幅度调制过程中，掌握正确的调制方法是十分重要的。
b．频率调制
一般地说，除了理想的方波外，任何波形的调制电压均可得到频率调制。通常在进行频率调制时使用锯齿电压，见图7。使用锯齿波电压对频率进行调制还能使用示波器直接观察到各个振荡区域的形状。
四、微波元件
在微波实验中，除波导、速调管外还需要其它波导元件，现择主要者介绍如下：
１．全匹配负载：它是能全部吸收沿波导传输来的微波功率使其无反射的终端装置。应用全匹配负载是为了免除微波向空间辐射、对其它仪器的感应以及在测量中作为匹配标准等。
２．可变衰减器：可变衰减器也是一段波导，其结构是沿波导轴方向上放置一由吸收材料制成的薄片，当薄片位置由窄壁移至宽壁中间时，电场得到衰减。它用来降低波导中的微波电压和起
P
f
f0
-U R
f0
f
-U R
t
t
t
t
t
t
t
P
t
t
t t t t t t
123456
1
2
3
4
5
6
附加调频
调幅
图6 幅度调制
P
f
f0
-U R
f0
f
-U R
t
t
t
t
t
t
P
t
t
t t t t t
12345
1
2
3
4
5
附加调幅
调频
图7 频率调制
“去耦”作用。
３．隔离器：它利用铁氧体材料的高频特性，在外加永磁场作用下，可使微波沿正向通过隔离器时，波的衰减小，而反向时则衰减很大。其作用可除去负载对振荡器工作稳定性的影响。隔离器也称单向衰减器。
４．短路活塞：装置波导终端。活塞在波导上的位置可以调节，通常应用在激励器和探测器内实现微波匹配，使活塞表面处正好是电压波节，可减小传输损耗。
５．晶体检波器：它是检测弱微波功率的元件。应用一个灵敏的晶体二极管，根据整流后所测出的电流值可以简单地估计微波的功率值。
６．谐振腔波长计：它是利用谐振腔作为谐振系统，并用机械结构进行调谐，当谐振时，机械结构尺寸决定被测的微波频率。波长计与被测微波系统相联的方法，分通过型和吸收型两种。现只介绍吸收式波长计的工作原理。将波长计与微波传输波导耦合，当调谐时，波长计吸取微波的能量最大，使检测器所量出的功率突然减小，示数最小时所对应的波长计读数（查表知对应频率）即为被测微波频率值。
实验装置
实验装置如图8。
实验步骤
1．观察速调管各个振荡模。
按实验装置图连结好实验仪器，按速调管电源使用说明，接通电源，改变反射极电压，从微安表上观察微波功率的变化，如图4。
2．测定每个振荡区域中对应于最大输出功率的U R、f和p(I )值。
调节反射极电压U R，找出每个振荡区域，分别测出对应于最大输出功率的U R、f及p(I )值。
3．制作最佳振荡区域中U R~f、U R~p(I ) 曲线，并由绘制的曲线中求出电子调谐宽度?f以及电子调谐斜率?。
在最佳区域中，连续变化U R，观察电流变化，记录15组以上U R、f及I的数值，绘制U R~f1，U R ~I曲线，并由曲线中求出?f及?。（U R ~I曲线与U R~P曲线相似）4．用示波器观察速调管动态特性。
将示波器接入装置中，分别在反射极上加方波或锯齿波调制电压，适当调整这两个电压以及U R的大小，观察速调管的动态特性。
速调管
电 源
电压表
反 射
速调管隔离器波长计衰减器调配器
晶 体
检波器
微安计图8 实验装置方框图
思考题
1．在图3中，在t3、t4、t5时刻出发的电子能否发生“群聚”现象？为什么？
2．如何理解方波调制是“调幅”，锯齿波调制是“调频”？怎样才能达到最佳效果的幅度调制？
3．在U0固定的情况下，对应于不同的反射极电压U R，为何会出现若干个相互分离的振荡区域？最佳振荡区域是如何确定的？在某一振荡区域中，为什么调节U R时，频率和功率均会随之而变？
（王义杰）
晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线： (1) 直观地分析管子的工作状态 (2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 1.测量晶体管特性的实验线路 图1 共发射极电路 共发射极电路：发射极是输入回路、输出回路的公共端。如图1所示。 2．输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极电压U CE为常数时，输入电路( 基极电路)中基极电流I B与基-射极电压U BE之间的关系曲线I B = f (U BE)，如图2所示。 图2 3DG100晶体管的输入特性曲线 U CE=0V时，B、E间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。 U CE≥1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到
集电极，只有小部分与空穴复合形成I B。U CE>1V以后，I C增加很少，因此I B 的变化量也很少，可以忽略U CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。 由输入特性曲线可知，和二极管的伏安特性一样，晶体管的输入特性也有一段死区。只有在发射结外接电压大于死区电压时，晶体管才会导通，有电流I B。 晶体管死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。晶体管正常工作时发射结电压：NPN型硅管U BE0.6 ~ 0.7) V PNP型锗管U BE0.2 ~ 0.3) V 3．输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流I C与集-射极电压U CE之间的关系曲线I C = f (U CE)，如图3所示。 变化曲线，所以晶体管的输出特性曲在不同的I B下，可得出不同的I C随U CE 线是一族曲线。下面结合图4共发射极电路来进行分析。 图3 3DG100晶体管的输出特性曲线图4 共发射极电路 晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区 (1) 放大区 在放大区I C=βI B，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。 对NPN 型管而言, 应使U BE> 0, U BC< 0，此时，U CE> U BE。 (2) 截止区I B = 0 的曲线以下的区域称为截止区。 I B = 0 时, I C = I CEO(很小)。(I CEO<0.001mA)。对NPN型硅管，当U BE<0.5V 时, 即已开始截止, 为使晶体管可靠截止, 常使U BE≤0。截止时, 集电结也处于反向偏置(U BC≤ 0),此时, I C≈0, U CE≈U CC。 (3) 饱和区当U CE< U BE时，集电结处于正向偏置(U BC> 0)，晶体管工作于饱和状态。
云南大学物理实验教学中心 实验报告 课程名称：近代物理实验 实验项目：微波反射式速调管的工作状态和工作特性 学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业 指导教师：何俊 实验时间： 2007年 10 月 13 日 8 时 30 分至12时 30 分 实验地点：四合院 实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□
一、实验目的： 1. 了解微波简单的一些基本知识； 2. 了解微波基本技术和实用测量方法； 3. 以微波测试手段来观测物理现象。 二、实验原理： 1、反射系数：定义波导中某截面处的电场反入射波之比为反射关系,即 Γ=电场的入射波电场的反射波 则有 L i L zi i r L i i L i e e E E e E e E ββββ20--Γ== = Γ （1） 其中 ? i e Γ=Γ0， Γ是终端反射系数，?表示在终端反射波与λ射波的相差。 2、驻波比ρ：定义波导中驻波电场最大值与驻波电场最小值之比为驻波比，即 011Γ -Γ+= ρ 1) 当微波功率全部为终端负载所吸收时（这种“匹配”负载）波导中不存在反射波， Γ＝0，1=ρ传的是行波，i y E E =这种状态称为匹配状态。 2）当波导终端是理想导板时（微波技术中叫“终端短路”），形成全反射在终点站端处。 y i r i y E E E E E -==+=,0亦即 π i e =-=Γ10，（终端处电场反射波与入射波的相位差为 π，却相位相反），此时α β==Γ,10，波导中形成纯驻波。在驻波波节处， min =Γ， 驻波波腹处， i E 2max =Γ这种状态称为驻波状态。 3）在一般情况下，波导中传播的不是单纯的行波时或驻波。0 Γ﹤1，ρ﹤1， ) 1(),1(0min 0max Γ-=Γ+=i y i y E E E E 这各状态称为混波状态。 3、 波导元件 1）全匹配负载（也称吸收器）：是用以全部吸收波导传输来的微波功率，是无反射的终端装置。 2）可变衰减器：把一片吸收介质片垂直于宽边纵向插进波导管即成，用以部分地衰减传输功率，移动吸收片可以改变衰减量的大小。 3）短路活塞：装在波导终端，通常应用在激励器和探测器内实现微波的匹配。 4）晶体检波器：检测微波功率的元件，应用一个灵敏的晶体二极管，根据整流后测出的电流值来简单估计微波的功率。 5）谐振腔波长计：利用谐振腔作为谐振系统，用机械结构调谐，当谐振时，机械结构指示的尺寸决定了被测的频率。波长计与被测微波系统相连接的方法分通过型和吸收型两种。
天津市高等教育自学考试 模具设计与制造专业 热工基础与应用 综合实验报告 （一）压气机性能实验 主考院校: 专业名称： 专业代码： 学生姓名： 准考证号：
一、活塞式压气机概述 1.活塞式压气机结构及工作原理 （1）活塞式压气机结构 压气机在现代工业以及现代人的生活中被越来越多的广泛应用，不论是汽车上的涡轮增压系统还是航空航天发动机中的涡喷应用，随着技术的不断革新，其结构、性能也在不断的优化、提高。本实验旨在通过对简单形式的压气机，进行结构、工作原理以及性能的实验，以达到验证并深刻理解、掌握热工学课程中所学得的知识并应用于实际生产实践中。 本次实验所用压气机为“活塞式压气机”，现就其结构及特点作简要说明。 活塞式压气机是通用的机械设备之一，是一种将机械能转化为气体势能的机械。 图1.1 活塞式压气机机构简图 图1-2 三维仿真示意图
（2）活塞式压气机工作原理： 电机通过皮带带动曲柄转动，由连杆推动活塞作往复移动，压缩汽缸内的空气达到需要的压力。曲柄旋转一周，活塞往复移动一次，压气机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。 具体为：在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力pa ，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空气管道内压力p后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。 这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸人的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。特别的是，单级活塞式空压机，常用于需要 0 . 3 — 0 . 7MPa 压力范围的系统。压力超过 0 . 6MPa ，各项性能指标将急剧下降。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。 活塞式空压机有多种结构形式。按气缸的配置方式分有立式、卧式、角度式、对称平衡式和对置式几种。按压缩级数可分为单级式、双级式和多级式三种。按设置方式可分为移动式和固定式两种。按控制方式可分为卸荷式和压力开关式两种。其中，卸荷式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机不停止运转而通过打开安全阀进行不压缩运转。这种空转状态称为卸荷运转。而压力开关式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机自动停止运转。 二、实验内容 1.实验目的 （1）压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能参数进行实时动态采集，经计算处理、得到展开的和封闭的示功图。从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数。 （2）掌握指示功、压缩指数和容积效率的基本测试方法。 （3）对使用电脑采集、处理数据的全过程和方法有所了解。 2.实验装置及测量系统 本实验仪器装置主要由：压气机、电动机及测试系统所组成。 测试系统包括：压力传感器、动态应变仪、放大器、计算机及打印机， 压气机型号：Z—0.03/7 汽缸直径：D=50mm 活塞行程: L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分
微波反射式速调管的工作状态和工作特性
云南大学物理实验教学中心 实验报告 课程名称：近代物理实验 实验项目：微波反射式速调管的工作状态和工作特性 学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业 指导教师：何俊 实验时间： 2007年 10 月 13 日 8 时 30 分至12时 30 分 实验地点：四合院 实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研 □ 课外开放□测试□其它□
一、实验目的： 1.了解微波简单的一些基本知识； 2.了解微波基本技术和实用测量方法； 3.以微波测试手段来观测物理现象。 二、实验原理： 1、反射系数：定义波导中某截面处的电场反入射波之比为反射关系,即 Γ=?Skip Record If...? 则有 ?Skip Record If...?（1）其中?Skip Record If...?，?Skip Record If...?是终端反射系数，?Skip Record If...?表示在终端反射波与λ射波的相差。 2、驻波比ρ：定义波导中驻波电场最大值与驻波电场最小值之比为驻波比，即 ?Skip Record If...? 1)当微波功率全部为终端负载所吸收时（这种“匹配”负载）波导中不存在反射波，?Skip Record If...?＝0，?Skip Record If...?传的是行波，?Skip Record If...?这种状态称为匹配状态。 2）当波导终端是理想导板时（微波技术中叫“终端短路”），形成全反射在终点站端处。?Skip Record If...?亦即?Skip Record If...?，（终端处电场反射波与入射波的相位差为π，却相位相反），此时?Skip Record If...?，波导中形成纯驻波。在驻波波节处，?Skip Record If...?，驻波波腹处，?Skip Record If...?这种状态称为驻波状态。
实验二压气机的性能 压气机在工程上应用广泛，种类繁多但其工作原理都是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体，压气机的压缩指数和容积效率等是衡量其性能优劣的重要参数，本实验是利用微机对压气机的有关参数进行实时动态采集，经计算处理，得到展开的和封闭的示功图，从而获得其平均压缩指数n、容积效率η ，指示功W c、指示功率P等性能参数。 v 一、实验目的 1．掌握用微机检测指示功，指示功率，压缩指数和容积效率等基本操作测试方法； 2．掌握用面积仪测量不同示功图的面积，并计算指示功，指示功率，压缩指数和容积效率。 3．对微机采集数据和数据处理的全过程和方法有所了解。 二、实验装置及测量系统 本实验装置主要由压气机和与其配套的电动机以及测试系统所组成，测试系统包括压力传感器，动态应变仪，放大器，A/D板，微机，绘图仪及打印机，详见图2-1所示。 1
压气机的型号：Z——0.03/7 气缸直径：D=50mm，活塞行程：L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分 为获得反映压气机性能的示功图，在压气机气缸上安装了一个应变式压力传感器，供实验时输出气缸内的瞬态压力信号，该信号经桥式整流以后送至动态应变仪放大；对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以达到压力和曲柄转角信号的同步，这二路信号经放大器分别放大后送入A/D板转换为数值量，然后送到计算机，经计算机处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及展开示功图和封闭的示功图，详见图2-2和图2-3。 三、实验原理 1．指示功和指示功率 指示功——压气机进行一个工作过程、压气机所消耗的功W c，显然其值就是P—V图上工作过程线cdijc所包围的面积，即 W W=W?W1?W2×10?5（kgf—m） 式中S——测面仪测定的P—V图上工作过程线所围的面积（mm2） K1——单位长度代表的容积（mm3/mm）；即 W1=WWW2 4WW 1
实验2.1 微波波导管内的电磁场分布测量实验 §2.1.1实验目的 通过测量微波波导管内的电磁场分布，了解微波的产生、传播等基本特性，掌握微波测量的基本方法和技术。 §2.1.2实验原理与方法 一、微波与体效应微波振荡器 1、微波 按照国际电工委员会（IEC）的定义，微波（Microwaves）是“波长足够短，以致在发射和接收中能实际应用波导和谐振腔技术的电磁波”。实际应用中，微波通常指频率在300GHz到300MHz、波长范围1毫米到1米的电磁波，可分为分米波、厘米波、毫米波三个波段。 自上世纪40年代以来，微波科学技术表现出巨大的应用价值。例如， ? 雷达的诞生与成熟（1939一1945年）； ? 微波波谱学与量子电子学的巨大进步（1944年－至今）； ? 射电天文学大发展（1946—1971年）； ? 微波能量利用及微波医学（1947年－至今）； ? 卫星通信及卫星广播的建立与普及（1964年－至今）； ? 遥感、气象监测等； ? 高功率微波武器。1984年美国国防部制定定向能发展计划（定向能包括高能激光、粒子束和高功率微波（HPM）三个方面）。“微波武器” 将在反卫星、反精确制导武器等方面发挥重要作用。 2、体效应微波振荡器 目前，常用的产生微波振荡器的有两大类，电真空器件与固体器件。其中，电真空器件主要包括微波电真空三极管、反射速调管、磁控管和返波管等；固体器件有晶体三极管、体效应二极管（也称耿氏二极管，由于体效应管中微波电流振荡现象是耿式（J.B Gunn）于1963年首先发现的）和雪崩二极管。由于固体器件具有体积小、重量轻、耗电省及便于集成等优点，近几十年来发展迅速，尤其在中小功率范围内它已经取代电真空器件。固体器件中，采用体效应振荡器制成的微波信号源具有噪声低、工作电压低和便于调谐的优点，目前在实验室中广泛采用该类微波信号源。 1）负阻效应 体效应管的工作原理是基于N型砷化镓(GaAs)的导电能谷——高能谷和低能谷结构，如图2.1-1所示，高低能谷间的能量差0.36eV。处于这两类能谷中的电子具有不同的有效质量和不同的迁移率。在常温下低电场时，大部分导电的电子处在电子迁移率高而有效质量较低的低能谷中，当随外加电场增大，许多电子被激发跃迁到高能谷中，在那里电子迁移率低而有效质量较大。因此，低电场时，导电率高，而在高电场时导电率低。这种效应的结果使电子迁移率急剧下降。这种随电场的增加而导致电流下降的现象称为负阻效应，如图2.1-2
半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量 一、实验目的 1、了解半导体特性图示仪的基本原理 2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。 二、预习要求 1、阅读本实验的实验原理，了解半导体图示仪的工作原理以及XJ4810 型半导体管图示仪的各旋钮作用。 2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。 三、实验原理 （一）半导体特性图示仪的基本工作原理 任何一个半导体器件，使用前均应了解其性能，对于晶体三极管，只要知道其输入、输出特性曲线，就不难由曲线求出它的一系列参数，如输入、输出电阻、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢？最早是利用图4-1 的伏安法对晶体管进行逐点测试，而后描出曲线，逐点测试法不仅既费时又费力，而而且所得数据不能全面反映被测管的特性，在实际中，广泛采用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。 图4-1 逐点法测试共射特性曲线的原理线路用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各种直流参量的基本原理是用图4-2（a）中幅度随时间周期性连续变化的扫描电压UCS代替逐点法中的可调电压EC，用图4-2（b）所示的和扫描电压UCS的周期想对应的阶梯电流iB来代替逐点法中可以逐点改变基极电流的可变电压EB，将晶体管的特性曲线直接显示在示波管的荧光屏上，这样一来，荧光屏上光点位置的坐标便代替了逐点法中电压表和电流表的读数。
1、共射输出特性曲线的显示原理 当显示如图4-3 所示的NPN 型晶体管共发射极输出特性曲线时，图示仪内部和被测晶体管之间的连接方式如图4-4 所示. T是被测晶体管,基极接的是阶梯波信号源,由它产生基极阶梯电流ib 集电极扫描电压UCS直接加到示波器(图示仪中相当于示波器的部分,以下同)的X轴输入端,,经X轴放大器放大到示波管水平偏转板上集电极电流ic经取样电阻R得到与ic成正比的电压,UR=ic,R加到示波器的Y轴输入端,经Y轴放大器放大加到垂直偏转板上.子束的偏转角与偏转板上所加电压的大小成正比,所以荧光屏光点水平方向移动距离代表ic的大小,也就是说,荧光屏平面被模拟成了uce-ic 平面. 图4-4 输出特性曲线显示电路输出特性曲线的显示过程如图4-5 所示 当t=0 时, iB =0 ic=0 UCE =0 两对偏转板上的电压均为零,设此时荧光屏上光点的位置为坐标原点。在0-t1,这段时间内,集电极扫描电压UCS 处于第一个正弦半波周期。
第３０卷第２期２００８年２月 电子与信息学报 Ｊ叫ｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆工ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．３０Ｎｏ．２ Ｆｂｂ．２００８ Ｘ波段速调管功率合成输出结构研究（ＴＥｏ。模输出窗设计） 孙鹏＠②丁耀辛艮①赵鼎①② ①（中国科学院电子学研究所北京１０００８０） ②（中国科学院研究生院北京１０００３９） 摘要：在对ｘ波段高峰值功率微波源迫切需求的牵引下，该文为ｘ波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在９ＧＨｚ的ＴＥｎｌ模输出窗，输出窗相对带宽大于７％，通带内插入驻波比小于１．２。此外，该文还建立了ＴＥ０】模输出窗窗片稳态温度分布的计算方法。理论分析表明，该输出窗传输５０ＭＷ的高峰值功率不会由于温升而出现窗片的破裂。 关键词：速调管；高功率输出窗；温升效应 中图分类号：ＴＮｌ２２文献标识码：Ａ文章编号：１００９．５８９６ｆ２００８）０２—０５０１一０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＴＥ０１ Ｗｉｎｄ０Ⅵｒｆ．０ｒＸ—ＢａｎｄＨｉｇｈＰｏｗｅｒＫｌｙｓｔｒｏｎ ＳｕｎＰｅｎｇ∞’ＤｉｎｇＹａｏ＿ｇｅｎ①ＺｈａｏＤｉｎｇ①③ …（屁ｓ￡托∥剧ｅｃ￡ｍ竹记ｓ，Ｃ住饥ｅ８ｅＡｃａｄｅｍ可０，＆施佗ｃｅｓ，日ｅ彬佗９１０００８０，Ｃｈ讯ｎ） …（Ｇｍ砒。匏ｉ托研ｌ锄ｅｒｓ托可吖￡九ｅＧ胁佗ｅｓｅＡｃｏｄｅｍ可吖Ｓｃ钯ｎｃｅｓ，Ｂｅ咖珊１０００３９，（冼撕ｏ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａＪｎ）（－ｂａｎｄＴＥ０１ｏｕｔｐｕｔｗｉｎｄｏｗｉ８ｄｅ８ｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｉ８ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｋｌｙ８ｔｒｏｎ．ＴＥ０１ｗｉｎｄｏｗｈａ８ｉｔｓｕｎｉｑｕｅｎｅｓ８ｔｏａⅣｏｉｄｖｏｌｔａｇｅｂｒｅａｋｄｏｗｎｄｕｅｔｏｉｔｓｍｏｄｅｐａｔｔｅｒｎａｎｄｗｉｎｄｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｔｈｉｓｗｉｎｄｏｗｉｓ９ＧＨｚａｎｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈｃａｎｒｅａｃｈａｓｈｉｇｈａ８７％ｗｉｔｈｓｔａｎｄｉｎｇⅥｒａⅣｅｒａｔｉｏｂｅｌｏｗ１．２：１．Ｔｈｅｏｒｙａｂｏｕｔｈｅａ七ｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｎｄｏｗｈａ８ｂｅｅｎｅ８ｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗ８ｔｈａｔｗｉｎｄｏｆｗｃｒａｃｋｉｎｇｄｕｅｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｐｗｉｌｌｎｏｔｏｃｃｕｒｗｈｅｎｈｉ曲ｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａＶｅｗｉｔｈｉｔ８ｐｅａｋＶａｌｕｅｏｆ５０Ｍｗ，ｐｕｌｓｅｌｅｎｇｔｈｏｆ１．５ｕ８ａｎｄｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｏｆ１８０Ｈｚｉ８ｐａ８ｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｋｌｙｓｔｒｏｎ；Ｈ遮ｈｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｗｉｎｄｏｗ；ＨｅａｔｉＩ曙ｅｆ艳ｃｔ １引言 高峰值功率单注速调管需要很高的电压源，容易产生Ｘ射线㈠并且由于电压很高，击穿现象时有发生；在ｘ波段，由于传统的多注速调管体积小，电子注之间的相互作用常常导致电子注的断裂和不必要的高次模式的出现，工作起来也很不稳定。因此我们拟采用功率合成输出结构（图１）来实现工作频率为９ＧＨｚ，输出功率为５０ＭＷ的高峰值功率。８个电子注相互独立，构成的８个支路呈圆周对称分布，分别与各自的群聚腔和输出腔相互作用，来产生６．２５ＭＷ的峰值功率。本文着重来介绍功率合成输出结构中ＴＥｏ】模输出窗的设计。 图１功率合成方法实现高峰值功率模型 ２００６－０８＿１１收到，２００７．０５—２８改回 传统的宽带速调管多采用长盒形窗输出结构∽但是，当传输功率增大时，陶瓷片和金属圆波导交界处的强电场会由于封装和焊接出现的不均匀而畸变，出现轴向强电场，造成输出窗的电场击穿。除此以外，在矩形波导和圆波导交界处也会由于结构不连续而出现电场畸变和鬼模振荡，造成陶瓷窗击穿和破裂例。ＴＥ０】模输出窗可以完全避免这些问题，由于ＴＥ０】模式在圆波导壁处电场为零，因此对封接没有严格的要求。除此之外，因为ＴＥｎ】输出窗环形膜片均匀且离陶瓷片较远，所以也不存在电场畸变和击穿问题。 ２Ｘ波段ＴＥｏ。模输出窗的优化设计 图２为ＴＥ０ｌ模输出窗的剖面图，它由两边的环形金属薄片、传输波导和中间的陶瓷窗片组成，这５部分作为一个整体共同构成了输出窗。整个输出窗可视为二端口网络，其转移参量矩阵Ａ有如下关系式： ｌｏ６ｌ Ａ２ｆ。ｄｌ５ ４４如ＡＡ 万方数据
实验题目：晶体管输入输出特性曲线测试电路的设计 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、实验目的 1. 了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理与方法 2. 熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理与方法 3. 熟悉各单元电路的设计方法 二、实验电路图及其说明 晶体管共发射极输出特性曲线如图所示，它是由函数i c=f (v CE)|i B=常数，表示的一簇曲线。它既反映了基极电流i B对集电极电流i C 的控制作用，同时也反映出集电极和发射极之间的电压v CE对集电极电流i C的影响。 如使示波器显示图那样的曲线，则应将集电极电流i C取样，加至示波器的Y轴输入端，将电压v CE加至示波器的X轴输入端。若要显示i B为不同值时的一簇曲线，基极电流应为逐级增加的阶梯波形。通常晶体管的集电极电压是从零开始增加，达到某一数值后又回到零值的扫描波形，本次实验采用锯齿波。 测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图所示。 矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2，作为晶体管集电极的扫描电压；另一方面经阶梯波形成电路，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为积极驱动电流i B，波形见图3的第三个图（波形不完整，没有下降）。 电阻R C将集电极电流取样，经电压变换电路转换成与电流i C成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y轴输入端，则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。 需要注意，锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步（用同一矩形脉冲
产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件）。阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。另外，每一整幅图形的显示频率不能太低，否则波形会闪烁。 选作：晶体管特性曲线数目可调： 主要设计指标和要求： 1、矩形波电压（V O1）的频率f大于500Hz,误差为±10Hz，占空比为4%~6%，电压幅度 峰峰值大约为20V。 2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0，级数为10级，每极电压0.5V~1V。 3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V，幅度大约为10V。 三、预习 理论计算：电路设计与仿真： 1.矩形波电路：仿真图如下：
实验B1 微波测量系统调试与频率测量 【实验目的】 1．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。 2．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。 3．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。 4．学会用谐振腔波长表测量微波频率。 【实验原理】 一．微波测量系统 微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。微波等效电源部分即微波发送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。测量装置部分也称测量电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率插头等）。测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。 二．反射速调管微波信号源 微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管信号源 1．反射速调管的工作原理 反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电 极，结构原理如图2所示。阴极发射电子；阳极利用耦合环和同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。由阴极发出电子束，受直流电场加速后，进入谐振腔。电子以不同的速度从谐振腔飞出来而进入反射极空间。在谐振腔和反射极间的直流排斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。 2．反射式速调管的工作特性和工作状态 在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图3所示。 （1）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模，用n 表示震荡模的序号。 （2）对于振荡模，当反射极电压V R 变化时，速调管的输出功率P 和振荡频率f 都随之变化。 （3）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图3中n ＝3的振荡模）。 （4）各个振荡模的中心频率f 0相同通常称为速调管的工作频率。 通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。可利用反射极电压的变化无惯性的进行频率调节，这种方法称为“电子调谐”。如果要在比较大的范围内改变速调管的振荡频率，采用“机械调谐”的方法，改变腔体的固有谐振频率。 反射式速调管的工作状态一般有三种：连续振荡状态、方波调幅状态、锯齿波调频状态。 图2 反射式速调管的结构原理
近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路
2、锯齿波：幅度0—10V连线可调，输出极性可变。 3、阶梯波：3—10阶连线可调。 4、电压—电流变换器：0.001<=I1<=0.2(mA)，输出电流方向可变（每阶0.001<=Ib<=0.02(mA)）。 实验设计的基本原理： 三极管特性曲线测量电路的基本原理： 晶体三极管为电流控制器件，他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线，一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线，就称为单晶体三极管的输出特性曲线，所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。示波器的地线与测量电路地不可相通。即测量电路的稳压电源不能接大地。（因为示波器外壳已接大地） 晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下: 框图 在本测量电路中，两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。故在实验中需准确调整主要电阻电容的参数。
电阻R10右边输出的波形就是脉冲方波，之后经过U6积分后，在U6的6脚即可输出锯齿波。 电路中，R5和C1的参数会直接影响到输出锯齿波的波形好坏，所以应注意参数。 2、阶梯波产生部分电路 产生阶梯波的原理： 阶梯波电路如下, 十进制同步计数器 (异步清零 ) 74ls161构成八进制计数器, 将比较器 U1 输出矩形波接至其脉冲端作为触发信号,进行计数。八进制计数器四位输出经过八位 DAC0832进行转换成八级阶梯波电压信号, 再经过放大电路进行放大。 电路中的与非门用于调节阶梯波的阶数，从而实现输出特性曲线中的曲线条数可调。由于74ls161的输出Q0—Q3是四个数的组合，对于该电路使用二输入端与非门作为闸门控制，那么可以得到3—10阶之间的任意数字的阶梯。譬如：Q1、Q0组合，分别接入与非门的两端，那么就可以得到3阶的阶梯波；若Q2、Q3组合，分别接到与非门的两端，即可得到10阶的阶梯波。 该阶梯波是下降的阶梯波，对于实验的结果是不会影响的。 电路图如下：
实验十六反射式速调管工作特性和波导的工作状态 【实验目的】 1.熟悉微波测试系统中各种常用的微波器件的原理及使用方法。 2.了解速调管振荡的基本原理。 3.观察和测量速调管的工作特性曲线。 4.掌握微波测试系统中频率、驻波比、功率等基本参量的测量方法。 【实验仪器】 3cm波段速调管振荡器、常用波导元件、微波测量线、波长计、示波器和选频放大器等。 【实验原理】 一.反射式速调管工作原理及工作特性 反射式速调管的结构原理图如 图1所示。当电源接通时，从阴极出 发并经聚焦电极形成的电子束，受其 前方带正电的谐振腔吸引，通过该腔 底部由两片金属栅网构成的间隙，使 腔中产生富有谐波的冲击电流，与腔 体谐振的谐波分量便被腔体选出，在 两栅之间便出现谐振频率的交变电场。通过其间的电子，在正半周得到加速，负半周得到减速，即发生“速度调制”。被加速的电子离开其后面被减速的电子，并赶上其前面被减速的电子，形成一蔟蔟 图1 反射式速调管的结构原理图 的电子团，即形成电子的“群聚”。经 过群聚的电子团继续前进，受到前方带 负电压的反射极的排斥而逐渐减速，终
于反向折回，又返回向栅区前进。假如反射极的负电压的大小合适，使返回经 过栅间的电子团正好被栅间交变电场减速，则电子团将把得自直流加速电源的 一部分能量交给谐振腔中的交变电场；只要交出的能量足以补偿腔体的损耗， 便可维持上述频率的振荡。据计算知：只要反射极电压U R 值正好使电子在反射 区域往返的渡越时间为： 图2 反射式速调管输出特性 T n )43 (+=τ 则腔体获得的能量最大，振荡就最强，输出功率最大。当U R 向某个最佳值两旁偏离 时，振荡便逐渐减弱而终致停振。直到U R 进一步变化到满足另一个整数n 的条件 时，便又出现另一个振荡区域。所以随着反射极电压的连续变化，会出现若干个不 同的振荡区，如图2所示。从图2中可以看出： （1）在模中心，输出功率最大，对应的频率 称之为中心频率，通常又叫做速调管的工作频率。 各振荡模的中心频率相同。对应于最大输出功率的 振荡区域，被称为最佳振荡区域（即最佳模）。 （2）当反射极电压在振荡模区域内微调时， 不仅输出功率变化，而且振荡频率也在中心频率的 左右作微小变化。即速调管振荡器频率可通过改变 反射极电压而进行“电子调谐”，但该种调谐的范 围一般只有数十兆赫，只起了频率微调的作用。 一个振荡模的半功率点所对应的频率宽度， 称为该振荡模的“电子调谐范围”（21f f -），半功率点所对应的频宽与电压宽度 的比值2 121V V f f --称为“平均电子调谐率”，见图3所示。
物理学报Acta Phys.Sin.Vol.62,No.5(2013)058402 多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流 群聚特性的影响* 白现臣? 杨建华张建德靳振兴 (国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073)(2012年9月18日收到;2012年10月16日收到修改稿) 当注入功率较高时,大间隙速调管输入腔的基频电流分布中,除常规意义上的最佳群聚电流峰值(第一峰值电流)外,出现了与第一峰值电流幅值相当的第二峰值电流.结合群聚理论和粒子模拟结果,研究和讨论了第二峰值电流产生的机理.研究结果表明,第二峰值电流的出现由高电压调制系数下出现的多重电子超越效应造成.当二极管电压600kV ,束流5kA,工作频率3.6GHz 时,利用多重超越效应可在保持最佳群聚距离基本不变的前提下,把大间隙速调管的束流群聚深度由80%提高到92%,群聚束流的基频功率也从2.2GW 提高到2.8GW,增幅约27%. 关键词:大间隙速调管放大器,高功率注入,多重电子超越,束流群聚PACS:84.40.Fe,41.75.Ht,77.22.Jp,52.59.?f DOI:10.7498/aps.62.058402 1引言 为解决大型速调管功率合成阵列中种子源注入功率不足的问题[1,2],提出了利用高功率相对论返波管作为种子源驱动高功率注入两腔速调管放大器(wide-gap klystron ampli?er,WKA)的思路.两腔WKA 的结构更为紧凑,但由于增益较低因此需要高达数十MW 的注入功率,这远远超过了常规RKA 不足MW 的注入功率水平[3,4].在研究高功率注入条件下WKA 输入腔调制电子束的群聚特性时发现,随着注入功率和谐振腔间隙电压调制系数的增大,束流群聚机理由小信号线性区逐渐过渡到大信号非线性区.对于电压600kV ,束流5kA,工作频率3.6GHz 的调制电子束,当电压调制系数大于0.6时,在常规意义上的最佳群聚电流峰值附近,出现了第二个峰值电流.为区别比较,这里把通常意义上的最佳群聚电流称为第一峰值电流.随着注入功率继续增大,第二峰值电流迅速增大,并最终取代第一峰值电流成为实际意义上的最佳群聚电流. 这是在高功率注入情况下特有的束流群聚现象,尚 未见到公开的文献报道对该群聚现象进行分析和研究. 本文结合束流群聚理论和粒子模拟程序,对高功率注入条件下第二峰值电流的形成机理进行了定性分析和研究.分析结果表明,第二峰值电流的形成与高电压调制系数下的多重电子超越效应密切相关.如果仅考虑常规意义上的第一峰值电流,随着注入功率的增加,WKA 束流群聚深度逐渐趋于饱和值约80%.而在计及第二峰值电流后,可借助于多重电子超越机理,通过继续增强电压调制系数把WKA 的群聚深度提高到约92%.同时,可用于微波提取的群聚束流功率也由2.2GW 提高到2.8GW,增幅超过27%,这对于相对论器件来说是相当可观的. 2速调管中调制电子束的能量群聚 首先,在考虑群聚电子之间空间电荷场的情况下,给出调制束流达到最佳群聚的基本条件.速度为v 0的直流电子束在速调管输入腔间隙内,因受到 *国家高技术研究发展计划资助的课题.?通讯作者.E-mail:fcc3798@https://www.doczj.com/doc/a49053562.html, c ? 2013中国物理学会Chinese Physical Society https://www.doczj.com/doc/a49053562.html, 网络出版时间：2013-01-08 09:34 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/a49053562.html,/kcms/detail/11.1958.O4.20130108.0934.007.html
反射式速调管的工作特性和波导管的工作状态 反射式速调管是一种微波电子管，一般用作实验室的小功率微波振荡器，或者用作微波接收机的本机振荡器。反射式速调管是实验室使用的微波信号源的核心部分。熟悉速调管的原理、结构、工作特性和使用方法，是正确使用微波信号源的基础。 微波的振荡周期与电子的渡越时间可以比拟，甚至还要小，使得普通电子管在微波波段不能使用；而反射式速调管正是利用微波这一特点而设计成的微波振荡管。测量速调管中电子的渡越时间，可以加深对速调管工作原理的理解。 微波在波导管中的传播情况，可以归结为三种状态：匹配状态、驻波状态和混波状态。观测这三种状态，有助于熟悉匹配、反射和驻波等概念。 波导中波传播的相速度大于光速C。通过测量波导波长和频率的方法来决定相速度、群速度和光速，不仅提供一种测量光速的简便方法（有四位有效数字），而且可以进一步明晰微波在波导管中传播的物理图像。 本实验的目的要求是: 1.熟悉反射式速调管的结构、特性和使用方法及波导管的三种工作状态，并掌握微波的三种 基本测量； 2.测量反射式速调管中电子渡越时间及波导管中波传播的相速度、群速度和光速。 一、原理 ㈠速调管的工作特性 l．速调管的结构、特性和使用方法反射式速调管主要由阴极、谐振腔和反射极三部分组成（原理结构图参看图0－15和图0－16）。从阴极飞出的电子被谐振腔上的正电压加速，穿过栅网。在反射极反向电压的作用下，运动电子返回栅网。当满足一定条件时，在谐振腔中产生微波振荡，微波能量由同轴探针输出。 图0 —15 图0 —16 反射式速调管的结构原理图反射式速调管K-27 的结构图反射式速调管K-27常用于3 Cm波段，图中给出了其结构图。图中调谐螺钉的作用是通过改
晶体管的输入输出特性曲线详解 届别 系别 专业 班级 姓名 指导老师 二零一二年十月
晶体管的输入输出特性曲线详解 学生姓名：指导老师： 摘要：晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。 根据晶体管的结构进行分类，晶体管可以分为：NPN型晶体管和PNP 型晶体管。依据晶体管两个PN结的偏置情况，晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映，通常称为伏安特性。 生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值 晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。由于其响应速度快，准确性，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。
关键字：晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。 【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis. 一、晶体管的基本结构 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图 1-1(a)、(b)所示。从三个区引出相应的电极，发射极，基极，集电极，各用“E”（或“e”）、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。 发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。当前国内生产的锗管多为PNP型(3A 系列)，硅管多为NPN型(3D系列)。
2018/3 机电设备 58 cademic Research 技术交流 A 压气机特性曲线多项式回归拟合方法 代 星1，赵元松1，岳永威2，吴 垚3 （1. 91054部队，上海 200235；2. 中国航空综合技术研究所，北京 100028； 3. 92602部队，上海 201900） 摘 要：燃气轮机仿真对于压气机特性曲线的精度要求较高，曲线拟合的质量直接影响仿真的效果。根据压气机曲线形状相近、变化趋势固定的特点，运用二步多项式拟合同转速下压比、流量和转速的关系。分析结果表明：该方法原理简单、可行性强，能够满足燃气轮机的计算要求，具有一定的实用价值。 关键词：燃气轮机；压气机；特性曲线；曲线拟合；多项式回归 中图分类号：TK472 文献标志码：A DOI ：10.16443/https://www.doczj.com/doc/a49053562.html,ki.31-1420.2018.03.015 Polynomial Regression Fitting Method for Characteristic Curve of Compressor DAI Xing 1, ZHAO Yuansong 1, YUE Yongwei 2, WU Yao 3 (1. The 91054 Unit of PLA, Shanghai 200235, China; 2. Aero-Polytechnology Establishment, Beijing 100028, China; 3. The 92602 Unit of PLA, Shanghai 201900,China) Abstract: High accuracy is required for the compressor characteristic curve while building the simulation model of gas turbine. The quality of curve fitting affects the simulation result directly. According to the characteristics of proximate curve shape and the change regularity of compressor characteristic curves, the two-step polynomial fitting is used to fit the relationship between the pressure ratio, flow rate and rotation speed under the same speed. The analysis results show that the method is simple, feasible, and can meet the calculation requirements of gas turbine. It has certain practical value. Key words: gas turbine; compressor ; characteristic curve; curve fitting ; polynomial regression 0 引言 舰用燃气轮机作为舰船动力系统的核心装置，其起动、调节、变速的特性在很大程度上影响着舰船的运行。压气机是燃气轮机的主要部件，其特性对于仿真结果有显著影响。在实际使用过程中，压气机不可能固定在额定工况下工作，舰船运行时复杂的变化（如负荷降低、温度或压力变化、叶片结垢或磨损导致的零部件性能变化等）都会造成压气机偏离原稳定工况，因此了解压气机关键参数的变化规律对于把握压气机的性能十分重要。但是，通过试验获取压气机特性的 方法不仅费用较高，而且难以全面反映所有转速特性；实际中仅能够获得部分工况的数据，且这些数据多以离散点或者曲线图的形式存在。如何由有限的数据和图表模拟及预测压气机未知运行状态成为了一个难点。 由于压气机特性表现出较强的非线性，采用常规的线性插值方法模拟往往导致模拟结果精度较差，因此，国内外学者提出了一些模拟压气机特性的方法，如神经网络算法[1-3]、 模糊辨识法[4]、滑动最小二乘法[5]和偏最小二乘法[6]等。这些算法能够较好地逼近压气机特性曲线，但仍存在一些不足。神经网络法能够在理 作者简介：代星（1983—），男，博士。研究方向：船舶动力装置，计算力学，船舶动力仿真。