电路设计--最大功率传输

戴维南定理、诺顿定理和最大功率传输的验证及分析一．戴维南定理1.实验目的：1）掌握戴维南定理相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。

2.实验原理：戴维南定理：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。

Uoc称为开路电压，R0称为戴维南等效电阻。

当单口网络视为电源时，称此电阻为输出电阻R0；当单口网络视为负载时，则称为输入电阻Ri。

电压源Uoc和电阻R0的串联单口网络，称为戴维南等效电路。

3.实验步骤：1）画出电路2）算出理论值3）利用Mulstim软件分析验证4）得出结论理论值：R1电流I1=U/I=6A U=IR=12V二．诺顿定理1.实验目的：1）掌握诺顿定理相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。

2.实验原理：诺顿定理：含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。

电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。

4.实验步骤：1）画出电路2）算出理论值3）利用Mulstim软件分析验证4）得出结论理论值：U=1A×2×2/(2+2)=1V I=1V/2/2×(2+2)=1A三．最大功率传输1.实验目的：1）掌握最大功率传输相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。

2.实验原理：最大功率传输定理是关于使含源线性阻抗单口网络向可变电阻负载传输最大功率的条件。

定理满足时，称为最大功率匹配，此时负载电阻（分量）RL获得的最大功率为：Pmax=Uoc^2/4R0。

直流电路含源线性电阻单口网络(Ro>0)向可变电阻负载RL传输最大功率的条件是：负载电阻RL与单口网络的输出电阻Ro相等。

满足RL=Ro条件时，称为最大功率匹配，此时负载电阻RL获得的最大功率为：Pmax=Uoc^2/4R0。

阻抗匹配的原理及应用1. 阻抗匹配的定义在电子电路设计中，阻抗匹配是指将输入和输出电路的阻抗调整为互相匹配的过程。

阻抗匹配可以使信号在电路之间传输时最大限度地传递能量，减少能量反射和损耗。

通过阻抗匹配，可以提高电路的性能和信号传输质量。

2. 阻抗匹配的原理阻抗匹配的原理是基于两个基本的电路理论：傅里叶变换和最大功率传输定理。

2.1 傅里叶变换傅里叶变换是将一个时域信号分解成不同频率的正弦和余弦分量的数学技术。

在阻抗匹配中，傅里叶变换用于将时域信号转换为频域信号，从而分析信号的频谱特性。

2.2 最大功率传输定理最大功率传输定理是指当负载电阻与源电阻相等时，电路能够以最大功率传输能量。

阻抗匹配通过调整电路的阻抗使其与源电阻或负载电阻相等，从而实现最大功率传输。

3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在电子电路设计和通信系统中有广泛的应用。

3.1 无线通信系统在无线通信系统中，阻抗匹配用于将天线阻抗与无线发射机或接收机的阻抗匹配。

这可以提高无线信号的传输效率，减少信号损失和反射。

3.2 放大器设计在放大器设计中，阻抗匹配被广泛应用于放大器的输入和输出端口。

阻抗匹配可以使信号在放大器中传输时最大限度地传递能量，提高放大器的增益和线性度。

3.3 系统集成在系统集成中，阻抗匹配用于连接不同的电路模块。

通过阻抗匹配，可以使各个模块之间的阻抗匹配，确保信号的正确传输和系统的正常运行。

4. 阻抗匹配的方法在实际应用中，有多种方法可用于实现阻抗匹配。

以下是几种常见的方法：•使用阻抗变换器：阻抗变换器可以将一个阻抗转换为另一个阻抗，以实现阻抗匹配。

常见的阻抗变换器有电感、电容、变压器等。

•使用匹配网络：匹配网络是由电感、电容和电阻等元件构成的网络，用于调整输入和输出电路的阻抗以实现匹配。

•使用负馈：负馈可以将一个电路的输出信号反馈到输入端，以调整输入电路的阻抗与负载电路的阻抗匹配。

负馈可以通过放大器或运算放大器来实现。

•使用传输线：传输线可以通过调整传输线的长度或特性阻抗来实现阻抗匹配。

阻抗匹配的原理和应用1. 引言阻抗匹配是电子电路设计中的一种重要技术，用于确保信号的最大功率传输和防止信号反射。

本文将介绍阻抗匹配的基本原理和应用。

2. 阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是指将不同阻抗的两个电路或电子设备连接在一起，使得信号在两者之间传输时的阻碍最小化。

阻抗匹配的基本原理涉及到两个重要概念：输入阻抗和输出阻抗。

2.1 输入阻抗输入阻抗是指电路或电子设备向外部信号源提供的阻力。

当信号源的输出阻抗与电路的输入阻抗匹配时，输入的功率能够被完全传输到电路中，最大化利用信号源的能量。

2.2 输出阻抗输出阻抗是指电路或电子设备与外部负载之间的阻力。

当电路的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配时，电路能够向外部负载提供最大功率传输。

3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在实际电路设计中有许多应用。

以下是阻抗匹配的一些常见应用场景：3.1 通信系统在通信系统中，阻抗匹配非常重要。

例如，在无线电发射器和天线之间实现阻抗匹配可以最大程度地传输信号，并减少信号的反射。

这种阻抗匹配通常是通过天线调谐器或发射器的输出网络来实现的。

3.2 音频放大器阻抗匹配在音频放大器中也是必不可少的。

音频放大器通常将低阻抗的音频源连接到负载阻抗较高的扬声器。

通过阻抗匹配，可以确保音频信号的最大功率传输，并避免信号反射。

3.3 无线电频率调谐在无线电接收器和调谐器中，阻抗匹配用于确保信号从天线输入到调谐电路时的最大功率传输。

匹配电路通常使用变压器或匹配网络来实现。

3.4 高频电路设计阻抗匹配在高频电路设计中也是非常重要的。

例如，在微波射频电路中，通过匹配网络将信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配，可以实现信号的最大功率传输。

4. 阻抗匹配技术为了实现阻抗匹配，有几种常用的技术和电路可供选择：4.1 变压器变压器是一种常用的阻抗匹配器。

通过选择适当的变压器变比，可以实现输入阻抗和输出阻抗之间的匹配。

4.2 匹配网络匹配网络是一种通过电容、电感和电阻等被动元件连接而成的网络。

本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。

常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。

PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。

常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。

二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。

谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。

由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。

不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。

上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。

使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。

3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。

PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。

有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。

从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。

RF电路设计原理RF电路设计原理是指在射频（RF）信号处理系统中，通过设计和优化电路以实现各种功能和性能要求的一系列原则和方法。

RF电路设计原理涉及信号的放大、滤波、混频、调制、解调、发射和接收等各个方面，是实现无线通信系统的关键技术之一首先，RF电路设计原理中的一个重要原则是匹配网络的设计。

匹配网络的作用是将信号源、负载和中间电路之间的阻抗进行匹配，从而实现最大功率传输和最小的反射功率。

匹配网络一般使用网络分析仪、Smith图和无源组件（如电容器和电感器）等工具进行设计和优化。

常见的匹配网络包括共射极匹配、共集电极匹配和共基极匹配等。

其次，RF电路设计原理中的另一个重要原则是滤波器设计。

滤波器的作用是选择带通内的信号，并阻断不需要的频率分量。

常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

滤波器的设计一般使用传输线理论、频率选择技术和滤波器设计工具等方法进行。

第三，RF电路设计原理中的另一个重要原则是射频放大器的设计。

射频放大器的作用是将微弱的射频信号放大到足够的功率以满足通信系统的要求。

射频放大器的设计一般包括选择合适的放大器结构（如共射极、共集电极和共基极）、优化放大器的工作点和选择合适的放大器管（如双极型或场效应管）等。

此外，RF电路设计原理中还涉及混频器、调制解调器、天线和功率放大器等电路的设计原理。

混频器的作用是将不同频率的信号合并在一起，调制解调器的作用是实现信号的调制和解调，天线的作用是将电信号转化为电磁波或将电磁波转化为电信号，功率放大器的作用是将低功率信号放大到足够的功率以满足通信系统的要求。

总之，RF电路设计原理是实现无线通信系统的关键技术之一、它涉及匹配网络、滤波器、射频放大器、混频器、调制解调器、天线和功率放大器等电路的设计和优化。

通过合理应用这些设计原理，可以实现高效的射频信号处理和传输，从而提高无线通信系统的性能和可靠性。

大功率交流恒流源电路
恒流源电路如图1所示：
图1交流恒流源电路
在图1中，应保证R3=R5=R6=R7，这样输出的电流比较稳定，同时R2应该尽可能的小，这样R2上面能耗就比较少。

图1中，R4是负载，当R2和输入电压V1保持不变的情况下，流过R4上的电流基本上保持不变，即可以认为是恒流。

下面的图2，图3，图4都是仿真结果图。

通过仿真可以看出，当其他条件都不变的情况下，仅仅改变负载的阻值，即R4的值，输出电流基本上不变。

由于LM1875具有交流和直流对地短路的保护功能和超载过热保护电路，可以输出最大功率为30W，因此，此电路可以输出的电流比较大。

理论上，如果R2为30欧，最大的电流可以输出将近1A。

图2
图3
图4。

第40卷第3期 2020年5月核电子学与探测技术Nuclear Electronics Detection TechnologyVol.40 No. 3May.2020大功率Si C M O S F E T驱动电路设计吴凯铭i2,高大庆1#，高杰\李明睿\申万增1(1.中国科学院近代物理研究所，兰州730000;2.中国科学院大学，北京100049)摘要•.为了使强流重离子加速器装置（H IAF)碳化硅功率开关器件SiC M O SFET工作在理想状态，设计了基于SIC1182K驱动芯片的SiC M O SFET驱动电路。

对该驱动电路的输出电压、响应时间、脉宽 连续可调性、稳定性和可靠性进行实验测试，测试结果表明：该驱动电路能够长时间、稳定可靠工作，满 足SiC M O SF E T的工作需求。

关键词：加速器电源；SIC1182K;SiC M O SFET;驱动电路中图分类号：T L56 文献标志码：A文章编号：0258 —0934(2020)3 —0412 —05强流重离子加速器装置（H IA F)[1’2]是“十 二五”国家重大科学工程项目。

硅功率器件是现阶段兰州加速器电源常用的开关器件，与传 统硅器件相比，第三代半导体开关器件SiC M O SFE T有着更加卓越的高温高压工作性能。

并且SiC M O S F E T上升下降时间短、通态损耗 小等特点[3]，决定了 SiC M O SF E T在达成更高 开关频率的同时，还兼备更小的功率损耗。

在 相同功率等级下，与硅器件开关电源相比，SiC M O SF E T开关电源能够凭借更高的开关频率，减小电路中电容电感体积，降低滤波成本，提高 功率密度。

器件材料的差异导致驱动电路不可 通用，驱动电路就成为SiC M O SFE T理想工作 所需解决的技术难点。

收稿日期：2020_03—02基金项目：国家自然科学基金项目（11805248)资助。

作者简介：吴凯铭（1995 —），男，福建南靖人，在读硕士生，攻读方向为加速器工程设计研究。

实验七 最大功率传输条件的测定实验名称：最大功率传输条件测定 实验类型：综合性□ 设计性■所属课程及代码：★电路（1）（2008185） 实验学时：3学时一．实验目的1、掌握含源一端口网络等效参数的基本测量方法，验证戴维宁定理和诺顿定理，加深对等效的思想是对外电路等效的实质的认识。

2、掌握负载获得最大传输功率的条件。

3、设计实验电路完成最大功率传输条件的测定。

4、了解电源输出功率与效率的关系。

二．预习与参考1、戴维宁和诺顿各等效参数及测量方法，等效定理。

2、负载获得最大功率传输的条件及定理等。

3、直流电源、数字万用表、直流电流表等仪器的使用说明。

4、proteus 仿真软件的基本使用。

三．设计指标1、电源与负载功率的关系图7.1可视为由一个电源向负载输送电能的模型。

图7.1电源向负载输送电能的模型。

R O 为电源内阻和传输线路电阻的总和，R L 为可变负载电阻，负载R L 消耗的功率P 表示为L L O L R RR U R I P 22⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+== 当R L =0或R L =∞时，电源输送给负载的功率均为0，以不同的R L 值代入上式可求得不同的P 值，其中必有一个R L 值使负载从电源处获得最大功率。

2、负载获得最大功率的条件当满足R L =R O 时，负载从电源获得的最大功率为L L L L L O MAXR U RR U R RR U P 42222=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=。

此时，称此电路处于“匹配”工作状态。

3、匹配电路的特点及应用在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。

此时电源的效率只有50%。

显然对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。

发电机内阻很小，电路传输最主要目标是高效率送电。

为此负载电阻应远大于电源内阻，即不允许运行在匹配状态。

在电子技术中却完全不同。

一般的信号源本身功率较小，且有较大的内阻。

负载电阻（如扬声器）往往是较小的定值，希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。