功率场效应管高频建模方法

5.3 场效应管的高频等效模型完整的高频等效模型简化的高频等效模型主要参数一、完整的高频等效模型+-gsU gsr gsC gs m Ug gs C dsr g sd dsC +-ds U LR 一般情况下，r gs 和r ds 比外接电阻大得多，因而近似分析时，可以认为它们是开路的。

+-gs UgsC 'gs m Ug g sddsC '+-ds U 将C gd 进行等效变换，折合到输入回路和输出回路gd gsgs C K C C )1( -+='gdds ds C KKC C 1-+=')(L m R g K '-= )(L m R g K '-=由于输出回路的时间常数通常比输入回路的时间常数小得多，所以分析频率特性时可忽略C 'ds 的影响+-gs UgsC 'gs m Ug g sddsC '+-ds U d+-gs Ugsgs m Ug gsC '+-ds U三、场效应管的主要参数g m （ms ）r gs （Ω）r gs （Ω）C gs （pF ）C gd （pF ）C ds （pF ）结型0.1~10105> 1071~101~100.1~1绝缘栅型0.1~20104> 1091~101~100.1~1参数（单位）管子类型。

采用大功率MOSFET管功率放大器模块的热设计夏立新(中国人民解放军第六九零九工厂设计所，江苏昆山215300)xialx6909摘要：主要阐述了采用大功率MOSFET管功率放大器热设计的原则、方法和步骤，结合具体的工程应用，介绍了多种冷却降温措施，重点突出了散热器的理论计算过程。

关键词：冷却；大功率；热设计；步骤；过程；措施某功放拟采用国际最新功率器件——场效应晶体管(MOSFET)作为高频功率放大器件。

功放的主要包括若干500W功放模块，50V160A开关电源等部分，采用模块化设计。

本文论述的重点是单个放大器模块的热设计过程。

1热设计的原则1.1热设计必须与电气设计、结构设计同时进行，相互兼顾；热控制系统的分析、计算，应与模拟试验相结合；所设计的热控制系统，应具有充分的应变能力；热控制系统，应是结构简单、可靠，工艺成熟易行，具有较好的经济性；所设计的热控制系统，应符合相关的规范、标准和指导性文件的规定。

1.2热设计就是围绕着最大安全温度进行设计。

最安全温度是根据功放单机的可靠性指标，按照可靠性理论来选取。

将整机的可靠性指标按照应力分析法分配到放大器的元器件，根据使用状况最恶劣的元器件（在该功放中是功率管）所允许的失效率确定元器件的许用结温[T j]，作为元器件的最大安全温度。

2分析整机结构输出功率为500W功放模块主要由功率放大单元、功率分配器、功率合成器、散热器、模块控制板等组成。

效率不低于30%，要求能在+55℃的高温环境下正常工作。

由于电子设备热设计的因素很多，在热设计计算过程中，我们应该抓住其主要矛盾，因此作出如下假设：●热负荷均匀分部在散热器上；●功率器件到功率模块的底板，模块的底板到散热器均为一维稳态导热。

冷却方式是根据质量因素热耗体积密度来选择。

还需要考虑的典型因素有：热阻、重量、维护要求或维修性、可靠性、费用、制造容差、热效能、效率或有效系数、环境适应性、环保、尺寸、复杂性、功耗及对设备电性能的影响。

回旋加速器高频(RF)系统中采用的功率放大器类型主要有固态电路和真空管两种[1]。

前者采用双极型晶体管或者场效应管作为放大元件，多级并联实现较高功率传输，具有高稳定性、高可靠性等优点，但其工作频率容易受到限制。

真空管主要有四极管和束调管两种，利用电场对真空中电子流的作用获得信号放大，真空电子管造价低、承受负载的能力强，允许负载在较大的范围变化，可以不使用环流器，线性度也优于普通的晶体管，适合于大功率的应用场合，但也具有体积大、功耗大、寿命短、需要高压电源和较大的推动功率等缺点。

华中科技大学电气学院研发的CYCHU-10高频系统,中心频率为101MHz，其功率放大器的输出功率为10kW,考虑到固态放大电路的频率以及负载能力的限制，这里采用四极管作为末级放大电路。

本文参考数据手册，选用适当的经验公式为四极管建模，在得到与厂家测试数据一致的仿真结果后，调整其工作状态，得到实际应用中的特性曲线。

然后在此模型的基础上，添加输入和输出匹配网络，建立完整的四极管功放电路模型，并仿真分析出有信号激励下的输出波形。

1四极管建模1.1四极管简介首先被用于无线电通讯领域中的是三极电子管。

尽管三极电子管发明后，使无线电通讯、广播等产生了质的飞跃，但其性能有诸多不足之处：首先是栅极和阳极之间存在着较大的过渡电容，用于高频放大时，将产生自激；其次是其放大倍数很难达到100倍以上。

四极管[2]就是在三极管中的板极（或阳极）和栅极之间引入屏栅极，加恒定的正电位，并以较大的电容与阴极相连，使其在高频时处于阴极电位，保证完善的屏蔽高频系统电子管功率放大电路的建模与仿真胡桐宁1，李冬2，杨军2，余调琴2(1.华中科技大学电子与信息工程系，湖北武汉430074；2.华中科技大学电气学院，湖北武汉430074）摘要：根据四极电子管4CW10000B用户手册提供的电气参数和性能测试曲线，利用ADS软件建立仿真模型。

结合华中科技大学研发的回旋加速器（CYCHU-10）高频（RF）系统的功率放大要求，利用电子管设计一个输出功率为10kW的功率放大器（PA），同时考虑到了无源网络匹配问题。

使用FET 场效应管高频放大期的设计制作使用FET(场效应管)高频放大期的设计-制作(1)000高频……FM广播频带用小信号放大器应具备的特性今以最常见到的可以将FM广播电波放大的高频放大器为例说明，使用于离广播电台的距离很远，所接收到的FM广播电波较弱，无法得到良好的立体广播接收效果等类似情况。

此时，如果利用高频放大器将天线所接收的信号放大后，再输入调谐器时，便可以得到良好的立体广播。

由於为FM广播，利用高频放大器放大，其目的是改善信号讯杂比。

假设FM广播带的频率为76M~90MHz（译者注：我国FM广播频率范围是88MHz~108MHz），则高频放大器所需要的频带宽为90M-76M=14MHz。

可是，对於特定的地区而言，由於FM广播电台所发射的频率已经决定了，故实际电路并非需要100%完整含盖此一FM频带的宽度。

在这里，可以设定高频小信号放大器的输入电路与输出电路的频带宽为10MHz。

由天线所输入的信号很微弱，将此微弱信号放大的电路，也有将此电路称为前置放大器(Pre-Amp)的。

对於此一高频小信号放大器所要求的特性如下：(1)只允许通过所需要的频带(Q：选择性)(2)功率增益要足够大(Gp：功率增益)(3)放大器本身所产生的杂讯很小(NF：Noise Figure)(4)放大器的线性要宽广。

定下设计方向---低杂讯表1所示的是本高频小信号放大器的设计要求，输入输出阻抗与同轴电缆线的特性阻抗匹配，定为50Ω。

如果所通过的频带为78M~88MHz，频带宽BW成为10MHz，则中心频率为83MHz。

放大器的功率增益Gp定为20dB(100倍)以上，在放大器内所产生的杂讯指数NF(Noise Figure)为3 dB以下。

以下说明可以满足表1规格的元件与电路方式的选择方法。

(选择能够满足此一规格条件的FET。

其功率增益为20dB，将信号放大为100倍)电源电压 10V输入阻抗 50Ω输出阻抗 50Ω中心频率 83MHz功率增益 20dB(min)杂讯指数（NF） 3dB(max)最高工作温度 60℃频带宽输入回路，输出回路均设计频带宽为10MHz图5 FM调谐器用高频放大器的方块图 (针对各方块图的重点来展开电路的设计，例如，输入输出回路的重点是为取得所必要的频带宽，需要设计适当的选择性，另外也要注意阻抗变换，放大部的目的是得到良好的信号放大) 图5所示的是高频小信号放大器的方块图，为了得到低杂讯，使用FET 代替2SC型式的高频晶体管。

开关电源高频变压器电容效应建模与分析【摘要】开关电源在电子领域中越来越重要，其已经逐渐成为各种电子设备不可或缺的一部分，因其微小化和高效化等特点，促使其代替变压器，更好的应用于设备中。

但是，开关电源并不是非常的完善，其中的高频变压器能够产生磁性干扰，促使开关电源高频化和高密度化受阻，高频变压器电容就是影响因素之一，其所形成的磁性能够直接干扰开关电源。

最佳的解决办法就是调整和优化变频器电容的效应的建模。

这正是本文研究的重点。

【关键词】开关电源；高频变压器；电容效应一、开关电源及其中的高频变压器所谓开关电源是利用现代电力电子技术，控制快关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。

通常开关电源是由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成的。

它具有造型小、应用方便、重量轻、效率高、危险性低等特点，促使其已经广泛的应用于各种电子设备中，成为当下这个雄心时代中电子领域不可或缺的一种电源方式。

目前开关电源主要分为两大类，即微型低功率开关电源和反转式串联开关电源。

微型低功率开关电源。

它的出现正好满足人们对开关电源微型化、高效化、方便等方面的需求，这是得微型低功率开关电源快速的代替变压器而广泛的应用于各种电子设备中。

反转式串联开关电源。

它所输出的电压是负电压，并且能够像负载输出电流，这是一般串联式开关所无法企及的。

另外，相对于一般串联式开关电源来说，他所输出的电流小于一般串联式开关电源的一倍，能够有效的节约电量的使用，实现长时间供电。

高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器。

它是开关电源最主要的组成部分，直接决定快关电源的应用效果。

在开关电源中高频变压器主要的工作原理是当初级线圈游交流电流通过时磁芯产生交流磁通，促使次级线圈中感应出电压，再向外传输。

二、开关电源高频变压器电容效应建模与分析高频变压器作为开关电源的重要组成部分，其能够促使开关电源具有良好应用性的同时也会给开关电源带来一定的影响，阻碍开关电源进一步高频化和高密度化。

功率场效应管高频建模方法
功率场效应管(Field Effect Transistor,FET)是一种半导体器件,可以在高频电路中使用。

在高频电路中,场效应管通常被用作开关或放大器。

为了确保在高频下的可靠建模,需要使用适当的模型来描述场效应管的特性。

以下是几种常用的功率场效应管高频建模方法:
1. 基尔霍夫定律建模:基尔霍夫定律是描述电路中电流、电压和电阻之间关系的定律。

在高频电路中,可以使用基尔霍夫定律来描述场效应管的工作原理。

通常,可以通过对输入和输出电流进行建模来确定场效应管的导通和截止状态。

2. 频率特性曲线建模:在高频电路中,场效应管的特性通常受到频率的影响。

可以使用场效应管的频特性曲线来确定其在不同频率下的响应。

这种方法通常需要对场效应管进行参数化建模,以确定其在不同频率下的响应参数。

3. 线性规划建模:线性规划是一种用于解决优化问题的数学方法。

在高频电路中,可以使用线性规划来确定场效应管的最佳参数,以实现最佳的性能和特性。

这种方法通常需要对场效应管的参数进行约束和优化。

4. 量子场论建模:量子场论是一种用于描述粒子和场之间的相互作用的数学模型。

在高频电路中,可以使用量子场论来描述场效应管的工作原理。

这种方法通常需要对场效应管的参数进行计算,以确定其在不同频率下的响应。

这些方法可以单独或结合使用,用于建模功率场效应管在高频下的工作原理和特性。

在建模过程中,需要考虑到场效应管的频率响应、特性和参数之间的关系,以获得最佳的性能和特性。

场效应管画法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：在进行场效应管的画法时，首先要了解其结构和工作原理。

场效应管通常由栅、漏极和源极组成，其中栅极用来控制电流流过通道的宽度，从而实现放大或开关的作用。

栅极与源极之间的电压控制了通道的导电能力，从而实现对电流的控制。

了解这些基本原理，可以帮助我们更好地理解场效应管的画法。

接下来，我们可以使用CAD软件或手绘工具来画出场效应管的电路图。

在电路图中，通常会使用符号来代表场效应管的结构和连接方式。

通过画出电路图，我们可以清楚地看到栅、漏极和源极之间的连接关系，以及场效应管在整个电路中的作用。

除了电路图，我们还可以用更具体的方式来画出场效应管的实物图。

在绘制实物图时，可以注重细节和比例的准确性。

通过绘制实物图，我们可以更直观地看到场效应管的外观和结构，从而加深对其工作原理的理解。

可以通过仿真软件来模拟场效应管的工作过程。

在仿真软件中，我们可以设置不同的电压和电流参数，从而观察场效应管在不同条件下的工作情况。

通过仿真，我们可以更深入地了解场效应管的特性和性能。

学习场效应管的画法是电子爱好者和电子工程师的基本技能之一。

通过掌握场效应管的结构、原理和画法，我们可以更好地理解和应用这一重要的半导体器件。

希望读者通过本文的介绍，能够更好地掌握场效应管的画法，进一步提升自己在电子领域的技术水平。

第二篇示例：场效应管是一种重要的电子器件，广泛应用于各种电子设备中，如放大器、开关等。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗、电压控制等优点，因此在电子技术领域中有着重要的地位。

场效应管的基本结构包括栅极、漏极和源极三个电极。

通过在栅极和源极之间的电场来控制漏极和源极之间的电流，从而实现对信号的放大或开关控制。

在实际应用中，了解场效应管的特性和工作原理非常重要，也需要掌握正确的画法来设计和搭建电路。

在进行场效应管的画法前，首先需要准备好必要的工具和材料，如示波器、信号发生器、万用表等设备，以及场效应管、电阻、电容等元器件。