線性放大器

　　1、英文名稱

        linearamplifier

　　2、功能用途 

        線性放大器IC各種電子產(chǎn)品不可缺少的部分，如何設(shè)計出高質(zhì)量的電子產(chǎn)品，除了要求總體方案最佳外，放大器設(shè)計得是否合理可靠直接影響整個電子產(chǎn)品的系統(tǒng)性能。

　　本儀器是一種標準核儀器插件，它插入FH0001型插件機箱，主要用于閃爍探測器、正比計數(shù)管、裂變室及半導體探測器等輸出信號的成形和放大，除具有FH1001A，F(xiàn)H1002A放大器的一般特性外，還具有更好的線性和穩(wěn)定性．因此是取代以上兩種放大器的新NIM插件。

　　3、定義

        輸出信號幅度與輸入信號度成正比的放大器。將輸入信號放大到需要功率電平的線性放大器稱為線性功率放大器，要求它的非線性失真最小，其互調(diào)要在-30dB以上。

　　4性能指標

        1．放大倍數(shù)：5～750倍連續(xù)可調(diào)。

　　2．放大倍數(shù)的長期穩(wěn)定性：≤0.1%。

　　3．放大倍數(shù)的溫度穩(wěn)定性：≤0.02%/℃。

　　4．積分非線性：≤0.2%。

　　5．折合到輸入端的噪聲：≤10μV。

　　6．過載：過載200倍，在2.5倍非過載脈沖寬度處恢復至基線的2%。

　　7．輸入極性：正或負。輸出極性：正輸出阻抗50Ω。

　　8．成形時間常數(shù)：0，0.5，1，2，3，4，5，6μS。

　　9．儀器在相對濕度為90%（30℃）條件下能正常工作。

　　10．運輸試驗：在加速度為（1～1.2）x9.8m/s2頻率為20～40Hz的條件下，進行運輸模擬試驗8小時后應(yīng)能正常工作。

　　5、使用環(huán)境

        溫度范圍：0～50℃

　　相對濕度：≤90%(在40℃）

　　供電電源：±24V，30mA,±12V，10mA，2W

　　6線性化

        射頻功率放大器的非線性失真會使其產(chǎn)生新的頻率分量，如對于二階失真會產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻，對于三階失真會產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內(nèi)，將會對發(fā)射的信號造成直接干擾，如果落在通帶外將會干擾其他頻道的信號。為此要對射頻功率放大器的進行線性化處理，這樣可以較好地解決信號的頻譜再生問題。射頻功放基本線性化技術(shù)的原理與方法不外乎是以輸入RF信號包絡(luò)的振幅和相位作為參考，與輸出信號比較，進而產(chǎn)生適當?shù)男Ｕ?。實現(xiàn)射頻功放線性化的常用技術(shù)有三種：功率回退、預(yù)失真、前饋。

　  功率回退

　　這是最常用的方法，即選用功率較大的管子作小功率管使用，實際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。

　　功率回退法就是把功率放大器的輸入功率從1dB壓縮點(放大器有一個線性動態(tài)范圍，在這個范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器漸漸進入飽和區(qū)，功率增益開始下降，通常把增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點，用P1dB表示。)向后回退6-10個分貝，工作在遠小于1dB壓縮點的電平上，使功率放大器遠離飽和區(qū)，進入線性工作區(qū)，從而改善功率放大器的三階交調(diào)系數(shù)。一般情況，當基波功率降低1dB時，三階交調(diào)失真改善2dB。

　　功率回退法簡單且易實現(xiàn)，不需要增加任何附加設(shè)備，是改善放大器線性度行之有效的方法，缺點是效率大為降低。另外，當功率回退到一定程度，當三階交調(diào)制達到-50dBc以下時，繼續(xù)回退將不再改善放大器的線性度。因此，在線性度要求很高的場合，完全靠功率回退是不夠的。

　   預(yù)失真

　　預(yù)失真就是在功率放大器前增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性失真。

　　預(yù)失真線性化技術(shù)，它的優(yōu)點在于不存在穩(wěn)定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含多載波的信號。預(yù)失真技術(shù)成本較低，由幾個仔細選取的元件封裝成單一模塊，連在信號源與功放之間，就構(gòu)成預(yù)失真線性功放。手持移動臺中的功放已采用了預(yù)失真技術(shù)，它僅用少量的元件就降低了互調(diào)產(chǎn)物幾dB，但卻是很關(guān)鍵的幾dB。

　　預(yù)失真技術(shù)分為RF預(yù)失真和數(shù)字基帶預(yù)失真兩種基本類型。RF預(yù)失真一般采用模擬電路來實現(xiàn)，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用等優(yōu)點，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。

　　數(shù)字基帶預(yù)失真由于工作頻率低，可以用數(shù)字電路實現(xiàn)，適應(yīng)性強，而且可以通過增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來抵消高階互調(diào)失真，是一種很有發(fā)展前途的方法。這種預(yù)失真器由一個矢量增益調(diào)節(jié)器組成，根據(jù)查找表(LUT)的內(nèi)容來控制輸入信號的幅度和相位，預(yù)失真的大小由查找表的輸入來控制。矢量增益調(diào)節(jié)器一旦被優(yōu)化，將提供一個與功放相反的非線性特性。理想情況下，這時輸出的互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)該與雙音信號通過功放的輸出幅度相等而相位相反，即自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊就是要調(diào)節(jié)查找表的輸入，從而使輸入信號與功放輸出信號的差別最小。注意到輸入信號的包絡(luò)也是查找表的一個輸入，反饋路徑來取樣功放的失真輸出，然后經(jīng)過A/D變換送入自適應(yīng)調(diào)節(jié)DSP中，進而來更新查找表。

　   前饋

　　前饋技術(shù)起源于“反饋”，應(yīng)該說它并不是什么新技術(shù)，早在二三十年代就由美國貝爾實驗室提出來的。除了校準(反饋)是加于輸出之外，概念上完全是“反饋”。

　　前饋線性放大器通過耦合器、衰減器、合成器、延時線、功分器等組成兩個環(huán)路。射頻信號輸入后，經(jīng)功分器分成兩路。一路進入主功率放大器，由于其非線性失真，輸出端除了有需要放大的主頻信號外，還有三階交調(diào)干擾。從主功放的輸出中耦合一部分信號，通過環(huán)路1抵消放大器的主載頻信號，使其只剩下反相的三階交調(diào)分量。三階交調(diào)分量經(jīng)輔助放大器放大后，通過環(huán)路2抵消主放大器非線性產(chǎn)生的交調(diào)分量，從而了改善功放的線性度。

　　前饋技術(shù)既提供了較高校準精度的優(yōu)點，又沒有不穩(wěn)定和帶寬受限的缺點。當然，這些優(yōu)點是用高成本換來的，由于在輸出校準，功率電平較大，校準信號需放大到較高的功率電平，這就需要額外的輔助放大器，而且要求這個輔助放大器本身的失真特性應(yīng)處在前饋系統(tǒng)的指標之上。

　　前饋功放的抵消要求是很高的，需獲得幅度、相位和時延的匹配，如果出現(xiàn)功率變化、溫度變化及器件老化等均會造成抵消失靈。為此，在系統(tǒng)中考慮自適應(yīng)抵消技術(shù)，使抵消能夠跟得上內(nèi)外環(huán)境的變化。

　　7、放大器

        判斷非線性與線性的的標準可以是：對放大器使用一個固定頻率f1和電平的輸入，觀測放大器的輸出，如果其輸出含有額外的頻率成分（一般是其諧波2f1,3f1...)則該放大器是非線性的。

　　從實際上來說，任何放大器其線性區(qū)/非線性區(qū)取決于輸入信號電平。當輸入信號電平大于一定值（P1dB）其輸出的非線性頻率成分會急劇增加。為了減少非線性產(chǎn)物一般要求輸入信號低于放大器P1dB3~6dB。

　　這里還有一個信號調(diào)制方式的問題，比如GMSK調(diào)制信號的PAR(峰值/均值)~=0dB，其放大器對線性要求就比較低，因為其信號不會超過P1dB點而把放大器推入飽和區(qū)；QPSP的PAR=6~10的dB,其放大器對線性要求就比較高，否則信號很容易超過P1dB點而把放大器推入飽和區(qū)。OQPSK比QPSK的峰值要低一些，所以CDMA手機使用的功放不必是完全線性的。

　　實際上這個問題的最根本解釋要去看看低頻和高頻電子線路的書了。三基管的放大曲線只有在工作點較低的一段才是線性放大的，當工作點抬高以后，就進入了非線性放大區(qū)間。通常的甲類和乙類功率放大器是工作在線形區(qū)間的，但是起效率很低，通常只有30%~40%，大部分能量都耗在了極電極的內(nèi)阻上，流通角大；而丙類放大器工作在非線性區(qū)間，效率很高，可以達到70%~80%，但是輸出的放大信號的波形會產(chǎn)生失真，從而產(chǎn)生諧波分量，因此，丙類放大器必須接在LC振蕩回路中，因為LC振蕩回路可以起到一定的濾波作用，filter一些諧波分量，保留基波分量。

　　因此，如果你采用的是恒包羅調(diào)制方式，可以采用非線性的放大器；而如果你采用的是非恒包羅調(diào)制方式，特別是峰均比較大的時候，必須采用線性方法器。