T el:029******* Email:dav idkwan78@https://www.doczj.com/doc/2818427953.html,
收稿日期:20030422
一种能补偿热效应的高功率端面泵浦Nd YVO 4
激光谐振腔的设计
关 俊 陈国夫 程光华 刘 畅 侯 洵
(中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室,西安710068)
摘 要 针对激光二极管端面泵浦的Nd Y VO 4全固态激光器,提出了一种利用双晶体,对Nd Y VO 4的热效应进行补偿的方案,同时该方案又能提高最大输出功率,避免由于插入附加光学元件所导致的损耗,满足调Q 以及提高腔内倍频效率的要求 关键词 谐振腔;热效应补偿;双晶体;端面泵浦;Nd Y VO 4;DPSSL
中图分类号 TN248.1 文献标识码 A
0 引言
激光二极管抽运的全固态激光器(DPSSL)由于其效率高、光束质量好、体积小、寿命长等优点,在测
量、遥感、数据存储、医学等领域有着广泛的应用 而端面泵浦的DPSSL 以其泵浦光利用光纤耦合时能够实现泵浦源与激光器的有效分离,近年来成为人们研究的热点
在众多适合LD 泵浦的激光介质中,Nd Y VO 4
晶体由于它的受激发射截面大、吸收系数高、吸收光谱宽、偏振输出等优点而倍受青睐[1]
然而Nd Y VO 4晶体的热导率很低,只有YAG 的一半,激光运行时所表现出的强烈的热效应,严重影响了激光器的稳定性和输出光的光束质量,限制了其在较高功率激光器上的应用 因此热效应的影响成了当前亟待解决的问题[2]
关于解决热透镜的问题除了设计热稳腔外,还可以对热透镜效应进行补偿[2~4]
,但以前报道的热效应补偿方法都是通过加入附加的光学元件,增大了损耗降低了输出功率;本文根据几何光学原理,用两块激光晶体产生的热透镜组成共焦系统,能够有效地避免热透镜效应导致的输出功率下降、激光腔的热稳定性差和输出光束质量变差等问题,提出一种既能补偿热透镜效应又能提高最大输出功率的激光腔的设计
1 谐振腔的设计与分析
1.1 腔的设计
本文针对端面泵浦的Nd Y VO 4调Q 、腔内双通
倍频激光器进行设计,考虑图1所示的LD 双端泵浦Nd Y VO 4Z 型谐振腔 泵浦光的光路为:LD 1(2)
Focusing Optics M 1(M 2);而M 1 L 1 Nd Y VO 4
L 2 Nd Y VO 4 L 3 L 4(调Q 晶体) M 3 L 5(倍频晶体) M 4则构成了振荡光路 其中,两块相同的激光晶体相对旋转90!放置(对此将在后面有详细的说明和分析),并且光路中的相应光学元件已经按合适参数镀膜
下面以Nd Y VO 4发射波长1064nm 为例,利用传输矩阵对图1所示的谐振腔进行设计和分析:由于调Q 晶体、倍频晶体的光学长度相对于各段光路来说是小量,所以在此忽略它们对传输矩阵的影响
图1 LD 端面泵浦Nd Y VO 4Z 型谐振腔
Fig.1 Ld end pumped Nd Y V O 4Z cavit y
M 1、M 2为平面镜;M 3、M 4为凹面镜,其曲率半径分别为R 3、R 4;M 3的折叠角为 ;两块同样的Nd
YVO 4晶体的长度为L ;晶体中产生的热透镜焦距的取值由文献[5]中的式(13)计算得到,并且认为热透镜位于晶体的中间且两块晶体中产生的热透镜参数相同 以紧贴M 4的左端面的平面为参考平面,则谐振腔内子午面和弧矢面上,傍轴光线往返一周的变换矩阵为M t =A t B t C t D t =
1L 5
011
0-2/(R 3c os
)1?1L 4011L 3011L /2n 0110
-1/f t 11L /2n 01?1L 20
1
1L /2n 0
110-1/f t
1
1L /2n
1
1L 10
1?
第32卷第12期
2003年12月
光 子 学 报
ACTA PHOTONICA SINICA
Vol.32No.12December 2003
1L1 011L
/2n
01
10
-1/f t1
1L/2n
1
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01
?
1L/2n 01
10
-1/f t1
1L/2n
01
1L3
1
1L4
01
?
10 -2/(R3cos )11L5
01
10
-2/R4
1
M s=
A s
B s
C s
D s
=
1L5
01
10
-2cos /R3)1
?
1L4
01
1L3
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-1/f t1
1L/2n
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?
1L
2
01
1L/2n
01
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-1/f t1
1
L/2n
01
1L1
01
?
1L
1
01
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01
10
-1/f t1
1L
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10
-1/f t1
1L/2n
01
1L3
01
1L4
01
?
10
-2cos /R3)1
1L5
01
10
-2/R41
首先,利用数值计算并结合实际中易实现的原
则选取一组理想的参数:L=5mm,L1=10mm,L2
=180,L3+L4=145m m,R3=150mm,R4=50
mm;为了实际中易于调整,选取腔定性最为敏感的
折叠角 和短臂L5为变量 根据腔的稳定条件:
G t<1且G s<1(G i=|D i+A i|/2,i=t和i=s分
别对应于子午面和弧矢面的光束) 同时,为了保证
较高的倍频效率,还应该使L5上的束腰处(置放倍
频晶体的位置)的像散尽量小,为此设置在该处的像
散要求:|R t-R s|<0.003mm;|w t-w s|<0.003
mm 其中R i=2B i/(D i-A i),w i=
2 |B i|/[4-(D i-A i)2]分别为L5上束腰
处的子午面和弧矢面内的等相位
曲率半径和光斑半径 和L5取值范围分别为:
#[0,80!],L5#[0,250mm],做出二者在f t#
[140mm,?]上的三维立体图
1.2 腔的稳定性分析
在三维图上选取满足对f t#[140mm,?]都稳
定的 值,结合实际选取 =10!,利用数值计算做
出L5,f t的稳区图,如图2;为了比较,在其它条件
不变的情况下去掉图1所示的右边激光晶体,并做
出其L5,f t的稳区图,如图3 比较图2和图3可以
看出,利用双激光晶体进行补偿后L5,f t稳区图明
显加宽,并且从图2中还可以看出,利用双激晶体进
行补偿后,当L5取[105
,120]mm上的任何一个值
时,腔在热透镜焦距f t[140mm,900]上都是稳定
的,
这大大提高了腔的热稳定性
图2 利用双激光晶进行补偿后的稳区图
Fig.2 T he stable zone with compensated by tw in laser crystals
图3 没有利用双激光晶体进行补偿(单个激光晶体)的
稳区图
Fig.3 T he stable zone without compensated by tw in laser
cr ystals
1.3 倍频效率分析
为了保证倍频效率,一般把倍频晶体放在L5臂
上的束腰位置,并且使光束在倍频晶体处的像散尽
量小,这一点我们在前面的数值计算中已经保证;此
外,减小束腰位置的变化量和束腰半径的变化量也
是提高倍频效率和激光器稳定性的重要措施;从图
4中可以看出,热透镜焦距f t在[140mm,900]上变
化时,在利用双激光晶体进行热效应补偿的情况下,
L5臂上的束腰位置r20t/r20s(t和s下标分别表示
子午面和弧矢面内的参量,下同)的变化量在10
mm以下,而采用单块激光晶体时,L5臂上的束腰
位置r10t/r10s的变化量则大得多 图5则表明:热
透镜焦距f t在[140mm,900]上变化时,利用双激
光晶体进行补偿后,L5臂上的束腰半径w20t/w20s
变化很小变化率小于14%,特别是在140~700m m
范围内w
20t
/w20s几乎不变;而在此范围内,采用单
激光晶体时的w10t/w10s的变化则很大 所有的这
些都说明,利用双
图4 束腰位置r20t/r20s,r10t/r10s随f t的变化
Fig.4 Waist location r20t/r20s,r10t/r10s as a function of f t
1419
12期关俊等.一种能补偿热效应的高功率端面泵浦N d Y V O4激光谐振腔的设计
图5 束腰半径w 20t /w 20s ,w 10t /w 10s 随f t 的变化
F ig.5 Spot radii w 20t /w 20s ,w 10t /w 10s as a function of f t
激光晶体进行补偿后在提高倍频效率上也有较大的优势
1.4 输出光束质量分析
为了增大散热面积,一般将四方系的Nd Y VO 4
晶体切割成m %m %n 的形式,并且采用周边强制冷却的方式;而为了利用Nd Y VO 4的偏振输出特性,通常都是使晶体的四次旋转对称轴(光轴)垂直于光轴放置 这样,由于在振荡光通过的截面内晶体具有各向异性,导致了在相同温度边界条件下在x 与y 方向上有不同的温度梯度,进而导致在x 和y 方向上的热透镜焦距不同,这一点已经由文献[7]证实 所以在利用单激光晶体且没有进行相应补偿的情况下,输出的光束质量较差;而在利用如图1所示的双激光晶体结构时,如图6所示,将两块晶体相对旋转90!放置,其中,s &,和s ?分别表示平行与光轴面与垂直与光轴面 由于振荡光束在s &面和s ?面都经历了相同的屈光度(均为1/f t &+1/f t ?,f t &,f t ?分别为s &面和s ?面内的热透镜焦距)所以可以补偿光束的畸变而得到较好的光束质量
图6 两激光晶体相对旋转放置示意
F ig.6 Relative placement of tw in laser cr ystals
2 结论
我们提出了一种利用晶体本身的热效应来进行(自补偿),这种补偿有以下几点优势:
1)由于随着泵浦功率变化,两晶体内产生的热透镜做同样的变化,这样热透镜的补偿范围(泵浦功
率的变化范围)就更宽,腔的热稳定性更好
2)由于在光路中不引入导致谐振腔调整困难的透镜以及其它任何附加光学元件,减少了反射和吸收等损耗,提高了效率和输出功率
3)由于晶体中的热效应所产生的热应力不能超过Nd Y VO 4的断裂应力,所以单位增益介质上存在最大泵浦功率及输出功率极限,亦即Nd Y VO 4激光器的定标问题[8] 而采用双晶体结构时,在补偿热效应的同时增加了增益介质,减少了每块增益介质上所承担的泵浦能量,所以可以承受总体更高的泵浦能量进而可以获得更高的输出功率极限
4)由于光束在连续通过两块相同条件下的激光晶体时,经历了相反的纵向温度梯度,补偿了晶体中的由于纵向分布的温度梯度所导致的热效应;同时,由于振荡光通过两块激光晶体时,在子午面和弧矢面经历了相同的屈光度补偿了由于晶体的热效应横向各向异性造成的椭圆型光斑;所有这些都有利于提高光束质量,这是其他补偿方法很难达到的
5)由于Nd Y VO 4为单轴晶体且具有偏振吸收和偏振激发特性,它的热致双折射效应相对于其本身的双折射来说可以忽略,所以Nd Y VO 4晶体的热效应不会产生退偏损耗,因而两块激光晶体之间不需要加入旋转片;而当采用Nd Y AG 做激光晶体时,由于其为立方系晶体且非偏振激发而会产生热致双折射,在采用本文所提出的腔的结构时,不但可以补偿热透镜效应而且参考文献[9]和[10]等分别从理论和实验上已经证明在两块Nd Y AG 晶体之间加入90!旋转片后还可以补偿热致双折射和退偏损耗
通过数值模拟,证实了这种腔结构设计的优势与可行性,同时也为同类激光器的设计提供了参考 参考文献
1 白晋涛,张振杰,武自录,等 用于飞秒紫外激光产生的L D 泵浦高效Nd YV O 4绿光激光器研究 光子学报,2000,29(11):1053~1055
Bai J T ,Zhang Z J,Wu Z L,et al A cta Phontonica Sinaica ,2000,29(11):1053~1055
2 尹丽娜,陈莹,陈檬,等 大功率L D 端抽运N d Y A G Z 型
腔内热效应补偿的研究 中国激光,2002,A29(8):673~676
Y in L N ,Chen Y,Chen M ,et al Chinese Jour nal of
Lasers ,2002,A29(8):673~676
3 高颖,黄维铃,刘耀兰,等 固体激光器热透镜焦距的自适应补偿 中国激光,1999,A26(3):205~208
G ao Y,Huang W L ,Liu Y L ,et al Chinese Jour nal of Laser s ,1999,A 26(3):205~208
4 张光寅,宋峰,冯衍,等 可自适应补偿热透镜效应的固体激光谐振腔 物理学报,2000,49(8):1495~1498Zhang G Y,Song F ,F eng Y ,et al A cta Physica Sinica ,2000,49(8):1495~14985
Innocenzi M E,Yur a H T ,F incher L ,et al.T her mal modeling of cont inuous w ave end pumped solid stat lasers.A pp l Phy s Lett ,1990,56(19):1831~18336
Walter K Solid state laser eng ineering New Yor k:
1420光 子 学 报32卷
Spr ing er Verlag,1999
7 郑朝思,胡企铨 半导体激光泵浦各向异性介质的热效
应 中国激光,1997,24(8):679~683
Zheng C S,Hu Q Q Chinese Jour nal of L aser s ,1997,24(8):679~6838
P eng Xiaoyuan,Xu L,Asundi A,et al Pow er scaling of diode pumped Nd Y VO 4lasers.
IEEE J
Q uantum
Electronics ,2002,38(9):1291~12999
Giunliani G ,Paola R.Polarization flip cavities:A new appr oach to laser resonators Op tics Co mmunications ,1980,35(1):109~112
10 Y asui K.Efficient and stable operation of a hig h brightness
cw 500W Nd:YAG rod laser.A p p l Op tics ,1996,35(15):2566~2569
Design of Thermal Effect Compensation Resonator for a Sort of High power
End pumped Nd Y VO 4Laser
Guan Jun,Chen Guofu,Cheng Guanghua,Liu Chang,H ou Xun
S tate K ey L aborator y of T ransient Op tics T echnology ,X i ?an I nstitute of Op tics and Pr ecision Mechanics ,
Chinese A cademy of Sciences ,X i ?an 710068,P.R.China
R eceived date:20030422
Abstract For diode end pumped Nd YVO 4solid state laser,a scheme employ ing twin laser crystals to
compensate thermal effects is brought forw ard.At the same time laser max imum output can be enhanced,and the loss resulting from additional optical elem ents can be avoided,Q sw itching and efficient frequency doubling can be met in this scheme.
Keywords Resonator;Thermal effect compensation;Tw in laser crystals;End pum ped;Nd Y VO 4;DPSSL
Guan Jun w as born in 1978,in Zhumadian,Henan Province.H e received the B.S deg ree in M echanical Eng ineering from Xi ?an Jiaotong University .Now ,he is pursuing his M.S.degree directing by Prof.Hou Xun(Academician of CAS)and Prof.Cheng Guofu in Xi ?an Institute of
Optics and Precision M echanics .His current interest is in solid state laser.
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12期
关俊等.一种能补偿热效应的高功率端面泵浦N d Y V O 4激光谐振腔的设计
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：通信0704 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 通信电子线路综合设计 课程设计目的： ①较全面了解常用的数据分析与处理原理及方法； ②能够运用所学知识进行初步电路的设计； ③掌握基本的文献检索和文献阅读的方法； ④提高正确地撰写论文的基本能力。 课程设计内容和要求 1.高频小信号调谐放大器的电路设计 2. LC振荡器的设计； 3.高频谐振功率放大器电路设计。 初始条件： ①电路板及元件，参数； ②通信原理，高频，电路等基础知识。 时间安排： 课程设计时间为5天。 （1）方案设计，时间1天； （2）软件设计，时间2天； （3）系统调试，时间1天； （4）答辩，时间1天。 指导教师签名： 2010年月日 系主任（或责任教师）签名：年月
目录 目录 (1) 摘要 .................................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................................ II 1高频小信号调谐放大器的电路设计.. (1) 1.1 主要技术指标： (1) 1.2给定条件 (1) 1.3设计过程 (2) 1.4 单调谐高频小信号放大器电路调试 (5) 2 LC三点式反馈振荡器设计与制作 (6) 2.1电容三点式振荡器原理工作原理分析 (6) 2.2 主要设计技术性能指标 (10) 2.3 基本设计条件 (10) 2.4 电路结构 (10) 2.5 静态工作电流的确定 (10) 2.6 确定主振回路元器件 (11) 2.7 电路调试 (12) 3 高频谐振功率放大器电路设计与制作 (13) 3.1设计要求 (13) 3.2确定功放的工作状态 (13) 3.3 基极偏置电路计算 (14) 3.4计算谐振回路与耦合线圈的参数 (14) 3.5电源去耦滤波元件选择 (15) 3.6 电路调试 (15) 4 心得体会 (16) 5 参考文献 (17) 本科生课程设计成绩评定表 (18)
高频电子线路测试题 第一章绪论 一、自测题 1、一个完整的通信系统应有信源、发送设备、信道、 接受设备、信宿五部分组成。 220H Z到20KH Z 的范围内。 作业题 1、为什么在无线电通信中要使用“载波”发射，其作用是什么？ 解:由于需要传送的信息转变成电信号以后,其占有的频率成分基本上是低频范围,将这些低频范围的电信号直接发射出去,有两个不可克服的缺点,一是无选择性,相互干扰,不能实现多路通信.二是电信号频率低无线天线尺寸太大,为此采用对载波进行调制的发送方式就能较好地解决这两个缺点,选用高频载波作为运载信息的信号,由于频率高,天线尺寸小.另外,不同的电台,采用不同的载波,就很容易实现多路通信. 2、在无线电通信中为什么要采用“调制”与“解调”，各自的作用是什么？ 解:"调制"是发射机的主要功能.所谓调制是将所需传送的基带信号加载到载波信号上去,以调幅波,调相波或调频波的形式通过天线辐射出去. " 解调"是接收机的重要功能.所谓解调是将接收到的已调波的原调制信号取出来,例如从调幅波的振幅变化中取出原调制信号.从调相波的
瞬时相位变化中取出原调制信号.从调频波的瞬时频率变化中取出原调制信号. 3、计算机通信中应用的“调制解调”与无线电通信中的“调制解调”有什么异同点？ 答：无线通信中，高频信号容易经天线发射，利用这一原理来传输信号调制就是把实际要传输的低频信号(被调制信号）经过运算，加载到高频信号(载波）上面去，解调是重新从已调制的高频信号中恢复低频信号（调 制信号） 二、思考题 试说明模拟信号和数字信号的特点？它们之间的相互转换应采用什么器件实现？ 答：(1)模拟信号与数字信号 不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。
高频谐振功率放大器实验 121180166 赵琛 1、实验目的 1.进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。 2.掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。 3.掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。 二、实验使用仪器 1. 丙类谐振功率放大器实验板 2. 200MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表 4. 高频信号源 5. 扫频频谱仪（安泰信） 6 . 高频毫伏表 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路 高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。 高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。放大器电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ＝180，效率η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。高频谐振功率放大器原理电路如图3-1。 图中U b为输入交流信号，E B是基极偏置电压，调整E B，改变放大器的导通角，以改变放大器工作的类型。E C是集电极电源电压。集电极外接LC并联振荡回路的功用是作放大器负载。放大器工作时，晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图3-1所示。晶体管转移特性如图3.2中虚线所示。由于输入信号较
大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。 图中' B U 为管子导通电压，g m 为特征斜率（跨导）。 图3-1 高频谐振功率放大器的工作原理 设输入电压为一余弦电压，即 u b =U bm cos ωt 则管子基极、发射极间电压u BE 为 u BE =E B +u b =E B +U bm cos ωt 在丙类工作时，E B <' B U ，在这种偏置条件下，集电极电流i C 为余弦脉冲，其最 大值为i Cmax ，电流流通的相角为2θ，通常称θ为集电极电流的通角，丙类工作时，θ<π/2 。把集电极电流脉冲用傅氏级数展开，可分解为直流、基波和各次谐波i C =I C0+i c1+i c2+=I C0+I c1m cos ωt+I c2m cos2ωt+… 式中，I C0为直流电流，I c1m 、I c2m 分别为基波、二次谐波电流幅度。 i R L
前言 在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。 本次课设报告先是对高频功率放大器有关理论知识作了一些简要的介绍，然后在性能指标分析基础上进行单元电路设计，最后设计出整体电路图，在软件中仿真验证是否达到技术要求，对仿真结果进行分析，最后总结课设体会。 工程概况 高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000 Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百Hz 一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 kHz 的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。 正文 3.1课程设计目的 由于高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小，不能满足发射机天线对发射机的功率要求，所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。 本次课程设计使通过已学的电路基础知识，模拟高频振动功率放大器，使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输，这就要求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配，放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配。
2-1 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？ 解：因为谐振功放的输出负载为并联谐振回路，该回路具有选频特性，可从输出的余弦脉冲电流中选出基波分量，并在并联谐振回路上形成不失真的基波余弦电压，而电阻性输出负载不具备上述功能 2-2 放大器工作于丙类比工作于甲、乙类有何优点？为什么？丙类工作的放大器适宜于放大哪些信号？ 解：(1)丙类工作，管子导通时间短，瞬时功耗小，效率高。 (2) 丙类工作的放大器输出负载为并联谐振回路，具有选频滤波特性，保证了输出信号的不失真。 为此，丙类放大器只适宜于放大载波信号和高频窄带信号。 2-4 试证如图所示丁类谐振功率放大器的输出功率2)sat (CE CC L 2o )2(π2 V V R P -=，集电极 效率CC ) sat (CE CC C 2V V V -= η。已知V CC = 18 V ，V CE(sat) = 0.5 V ，R L = 50 Ω，试求放大器的P D 、 P o 和ηC 值。 解：(1) v A 为方波，按傅里叶级数展开，其中基波分量电压振幅。)2(π 2 )sat (CE CC cm V V V -=通过每管的电流为半个余弦波，余弦波幅度，)2(π2 )sat (CE CC L L cm cm V V R R V I -== 其中平均分量电流平均值 cm C0π 1I I = 所以 2)sat (CE CC L 2cm cm o )2(π2 21V V R I V P -== )2(π2 )sat (CE CC CC L 2C0CC D V V V R I V P -== CC ) sat (CE CC D o C 2/V V V P P -= =η
毕业设计（论文）任务书 2010 年 1 月 10 日至 2010 年 4 月 25 日题目：谐振功率放大电路的设计 姓名： 学号： 系部：物理系 专业：电子信息科学与技术 年级：二00六 指导教师：（签名） 系主任（或教研室主任）：（签章）
谐振功率放大电路的设计 XX大学 XXX 摘要： 本论文利用所学的高频电子线路知识，设计一个高频功率放大器。通过对电路的设计，来掌握高频谐振功率放大器的设计方法、电路调谐及测试技术。加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。 高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。功率放大电路的主要性能指标：输出功率、效率和非线性失真，而通常在实际应用中为了节省能量所以效率显得尤为重要，因此丙类工作状态为我们所采用，而在工作中为了滤除丙类工作中产生的众多高次谐波分量，因而采用LC谐振回路作为选频网络，也因此也称为丙类谐振功率放大电路 由于丙类谐振功率放大电路方便实用而且容易实现，所以本篇论文主要展示其工作原理、状态及效果。 关键词：谐振、功率、丙类谐振功率、放大电路的设计
目录 （一）设计原理 (5) （二）谐振功率放大电路的工作原理 (7) （三）选定器件 (11) （四）安装调试 (12) （五）结束语 (12) （六）致谢 (13) （七）参考文献 (13)
引言 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，功率放大电路的应用也变得越来越广泛，作为电子器件中最重要的的功率放大元件，功率放大器也是高频电子线路中需要我们学习的一门主要课程。因此，这门课程也要求我们熟悉谐振功率放大器的工作方法及工作状态，懂得谐振功率放大器的工作原理并且能设计和测试简单的谐振功率放大电路。 因为功率放大器在实际应用中重要而广泛，所以谐振功率放大器的性能以及效率就显得尤为重要。在放大器中根据晶体管的工作状态的不同，或晶体管集电极导通角的范围的差异，放大器又可以分为甲、乙、丙、丁等不同的种类。晶体管中电流的导通角越小，放大器的工作效率也就越高。所以谐振功率放大器一般都工作在丙类状态，主要应用于无线发射机中，用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大。
第2章 高频功率放大器 2.1为什么低频功率放大器不能工作于丙类，而高频功率放大器则可工作于丙类？ 答：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.3提高高频放大器的效率与功率，应从哪几方面入手？ 答：（1）使放大器工作于丙类，并用选频网络作为负载； （2）适当选取电流导通角c θ。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m11()90 1.57141.3(mA)c co c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W ) D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η== ?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈??? （2）22 21max 111()22 o cm p c p c P I R I R αθ== ∴222222 123111::(180):(90):(60)0.5:0.5:0.3911:1:0.61o o o P P P ααα=???=≈
课程设计任务 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计 2、电源电压V cc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯， 3、工作频率f0＝6MHz 4、负载电阻R L＝75Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η>60％ 5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总 时间安排： 二十周一周，其中3天硬件设计，4天软、硬件调试及答辩。 指导老师签名 年月日 系主任（或责任老师）签名： 年月日
目录 摘要...................................................................................................................................... I 1 高频功率放大器简介. (1) 1.1 宽带功放 (1) 1.2 丙类功率放大器. (4) 2 单元电路的设计 (6) 2.1 丙类功率放大器的设计 (6) 2.2 甲类功率放大器的设计 (8) 2.3 电路仿真 (9) 3 电路的安装与调试 (10) 4 课程设计心得体会 (12) 参考文献 (14) 附录1 (15)
摘要 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大。以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360°，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180°；丙类放大器电流的流通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。高频功率放大器在很多领域和方面都有应用，并且涉及到很多方面的知识点，则在此次设计中我们可以掌握高频宽带功放与高频谐振功放的设计方法，电路调谐及测试技术；负载的变化及激励电压，基极偏置电压，集电极电压的变化对放大器工作状态的影响；了解寄生振荡引起的波形失真及消除寄生振荡的方法；并且可以了解并掌握仿真软件的应用。 关键词：高频谐振功率放大器谐振回路耦合回路工作状态
高频电子线路课程设计报告 题目：丙类功率放大器 院系： 专业：电子信息科学与技术 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 报告成绩： 2013年12月20日
目录 一、设计目的 (1) 二、设计思路 (1) 三、设计过程 (2) 、系统方案论证 丙类谐振功率放大器电路 、模块电路设计 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 匹配网络 VBB 、Vcm、Vbm、VCC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 四、整体电路与系统调试及仿真结果 (11) 电路设计与分析 .仿真与模拟 Multisim 简介 基于Multisim电路仿真用例 五、主要元器件与设备 (14) 晶体管的选择 判别三极管类型和三个电极的方法 电容的选择 六、课程设计体会与建议 (17) 、设计体会 、设计建议 七、结论 (18) 八、参考文献 (19)
一、设计目的 电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路，中小规模集成电路，大规模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。 高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗，要求发射机具有较大的输出功率，而且，通信距离越远，要求输出功率越大。所以，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用，而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。 设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真，以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。 二、设计思路 丙类谐振功率放大器工作原理 图2-2-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压V BB应设置在功率的截止区。 输入回路 由于功率管处于截止状态，基极偏置电压V BB作为结外电场，无法克服结内电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度小于90o。 由i C≈βi B知，i C也严重失真，且脉宽小于90o。 输出回路 若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线(i C～V BE)上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列,脉冲宽度小于半个周期。
第二章高频功率放大器 一、填空题 1、丙类高频功率放大器又称为____________功率放大器，常在广播发射系统 中用作____________级。 2、按照通角θC来分类，θC=180°的高频功率放大器称为_____类功放；θC <90°的高频功率放大器称为_____类功放。 3、功率放大器的工作状态按照集电极电流的通角θC的不同可分为四类：当 θC= ______时，为_____类：当θC=_____时，为_____类；当θC<____时为____类；当____<θC<____时，为_____类。（该工作状态系指甲、乙、丙类。下同）为了提高谐振功率放大器的功率，常使它工作在____类。 4、线性功放适用于放大__________信号，谐振功放适合于放大单频信号和调 频__________信号等。 5、分析、设计高频功放的最终目的是保证放大器件安全工作，在允许的_____ 范围内_____地输出足够大的信号功率。 6、若谐振功放的输入电压U be为余弦波，其集电极电流i C是_______脉冲，但 放大器输出回路的电压仍为_______。 7、谐振功放工作于非线性状态，i C, i B是U be, U ce的_______函数，工程上可采 用______________近似分析法。 8、谐振功率放大器集电极电流的通角θC与U BB，U bm，U BZ的关系是： θ=_______；若谐振功放原工作在乙类状态时，当输入信号电压振幅U bm C 减小，则放大器工作于____类；当U BB由负值向正值方向增加到一定值时，则可使放大器工作于_____类。 9、若谐振功率放大器集电极谐振阻抗为R P，尖顶脉冲电流的高为I cmax，通角 为θC，则：电源Ec提供的直流功率P D=______；输出功率P0=________。 放大器能量转换效率ηC=________；θC越小效率______，但输出功率_____。为此常选θC约为_______左右为宜。 10、欠压工作状态是指晶体管在输入信号的全周期内都工作在特性曲线的 _______；过压工作状态是指在信号周期内部分时间晶体管工作于_______区。 11、若工作于临界状态的谐振功放，在E C、U BB、U bm不变时，增加谐振电阻 R P，则将进入________状态，动态特性曲线的斜率将________。 12、放大器工作在欠压状态，若使E C、U BB、U bm不变。当负载谐振电阻R P
天津天狮学院 《高频电子线路》设计报告 题目：高频谐振功率放大器 专业：（本14级电子信息工程 班级：2班 ：黄霞 总成绩： 天津天狮学院信息与自动化学院 2016年 5月 10 日
课程设计任务 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计 2、电源电压V cc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯， 3、工作频率f0＝6MHz 4、负载电阻R L＝75Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η>60％ 5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总
目录 摘要.................................................................................................................................................. I 1 高频功率放大器简介 (1) 1.1 高频功率放大器的分类 (1) 1.2 高频功率放大器的主要技术指标. (2) 1.3 功率放大器的三种工作状态 (2) 1.4 高频功率放大器的分析方法 (3) 2 放大器电路分析 (4) 2.1 谐振功放基本电路组成 (4) 2.2 集电极电流余弦脉冲分解 (5) 2.3 谐振功率放大器的动态特性 (7) 2.3.1 谐振功放的三种工作状态 (7) 2.3.2 谐振功率放大器的外部特性 (8) 3 单元电路的设计 (11) 3.1 丙类功率放大器的设计 (11) 3.1.1 放大器工作状态的确定 (11) 3.1.2谐振回路和耦合回路参数计算 (12) 3.2 甲类功率放大器的设计 (12) 3.2.1电路性能参数计算 (12) 3.2.2静态工作点计算 (14) 3.3 电路原理图 (14) 4 电路的安装与调试 (15) 5 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (17) 附录1 (18)
第2章 高频功率放大器 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.5 解：高频功率放大器的欠压、临界、过压工作状态是根据动态特性的A 点的位置来区分。若A 点在 max be u 和饱和临界线的交点上，这就是临界状态。若A 点在max be u 的延长线上（实际不存在） ， 动态特性为三段折线组成，则为过压状态。若A 点在max be u 线上，但是在放大区，输出幅度cm U 较 小，则为欠压状态。 欠压区的特点是电流脉冲为尖顶，输出电压幅度相对较小，其输出功率较小，效率也低，除在基极调幅电路中应用外，其它应用较少。临界状态，输出电压较大，电流为尖顶脉冲，输出功率最大，效率较高，较多的应用于发射机中的输出级。过压状态，电流为凹顶脉冲，输出电压幅度大，过压区内输出电压振幅随P R 变化小，常作为发射机的高频功率放大器的中间级应用。 改变 C E 时，C E 由小变大，工作状态由过压到临界然后到欠压。改变bm U 时，由小变大，工作状态 由欠压到临界然后到过压。改变BB U 时，由负向正变，工作状态由欠压到临界到过压。改变P R 时， 由小到大变，工作状态由欠压到临界然后到过压。 2.8解：（1）用功放进行振幅调制，调制信号加在集电极时，功放应工作在过压区内。在过压区中输出电压随C E 改变而变化；调制信号加在基极时功放应工作在欠压区中，在欠压区中，输出电压 随BB U 、 bm U 改变而变化 2）放大振幅调制信号时，工作在欠压区，线性比较差，采用甲或乙类工作状态时，线性较好 （3）放大等幅信号应工作在临界状态。在临界状态输出功率最大，效率也较高，是最佳工作状态。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m 11()90 1.57141.3(m A ) c c o c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W )D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η= =?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈???
LASCAD-激光谐振腔设计软件 LASCAD 介绍 ?计算机上的光学工作平台 ?激光谐振腔分析与设计工具 ?教学工具 LASCAD 计算机上的光学工作平台 尽管LASCAD提供复杂的工程工具，它的一个基本原则是创造一个容易使用的程序。它提供了一个程序化用户界面，可作为PC上的光学工作台，用于激光谐振器的直观设计。这样人们就可以在实验室或交流会上了解实验结果，而不需花费很长时间去看复杂的说明书或者键入大量数字： ?光学元件如平面镜、透镜、或晶体可以用单击鼠标来加入、合并、拉动、调整、或消除 ?全面考虑了谐振器和晶体的象散现象 ?有限元分析、ABCD矩阵及波动光学编码可以在菜单条中选择 LASCAD 激光腔体分析与设计工具 LASCAD 激光腔体分析与设计工具 FEA 可以用于计算激光器晶体的温度分布、变形、应力和机械断裂。计算过程中需要考虑材料的参数、泵浦构型以及冷却结构等。FEA 是技术物理领域中
一种众所周知的求解差分方程的数值方法，例如，热传导方程。虽然在其他许多工程领域，FEA 得到广泛的成功应用并且是一个不可或缺的方法，但是目前还没有在其他任何一款商用激光设计软件上实现。 为了让FEA 能够直接应用于激光腔的设计，LASCAD对重要构型进行FEA 模型预设计，例如，端面或者侧面泵浦的棒状、条状以及盘状激光器。多种材料或者掺杂的晶体也有相关的模型，例如未掺杂的端面镜。用户可以自定义尺寸、FEA 网格、边界条件以及模型中的其他参数。与温度相关的材料参数也可以通过解析式添加到模型中去。 被吸收的泵浦功率密度分布采用基于超高斯函数的解析近似表达式进行表征。为了实现吸收泵浦光的数值建模，LASCAD?支持从ZEMAX和TracePro的光线追迹程序导入数据。这些程序可以生成吸收泵浦功率密度的三维数据，可以直接导入到LASCAD中。ZEMAX 和TracePro对模拟闪光灯泵浦或者非常规的泵浦结构时的泵浦光分布非常有用。 ABCD 高斯光束传播代码 LASCAD提供一个开放的图形语言，可以将泵浦光的分布，边界状态和FEA 结果利用复杂的2D和3D图形工具形象化。 将FEA 的结果应用到ABCD 传输矩阵，温度分布，以及温度相关的折射率函数，在垂直光轴方向进行抛物线拟合。在拟合过程中，有限元网格在沿着晶体轴和垂直的方向上又进行划分。用同样的方法可以完成晶体端面变形的拟合。对于很多结构，例如端面泵浦的晶体棒，上述拟合近似可以得到的激光模式的可靠解。
高频电子线路杨霓清答案第七章-高频功 率放大器 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
思考题与习题 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态为什么采用谐振回路作负 载为什么要调谐在工作频率上回路失谐将产生什么结果 答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器 件的损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件的安全 工作。乙类丙类放大器状态的效率比甲类高因此高频功率放大器常选用乙 类或丙类放大器。 乙类和丙类放大器的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振电阻p R 相 乘，产生边疆的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压 输出。 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别为 什么会产生这些区别动态特性的含义是什么 答：所谓动态特性是指放大器的晶体管（c g 、bz U ）、偏置电源（cc V 、 bb V ）、输入信号（bm U ）、输出信号或谐振电阻（cm U 或p R ）确定后，放 大器的集电极电流c i 随be u 和ce u 的变化关系。事实上，改变bb V 可以使放大 器工作于甲类、乙类或丙类。而工作在甲类，电流c i 是不失真的，所作的 负载线也是在确定动态特性，它的动态特性为一条负斜的直线，是由负载 线决定的。 而丙类放大器的bb V ＜bz V ，电流产生失真，是周期脉冲电流。而输出 电压是谐振回路的谐振电阻p R 与电流脉冲的基波电流相乘，即电流c i 的变 化为脉冲状，而输出电压是连续的基波电压，因此动态特性不能简单地用 谐振电阻p R 负载线决定。只能根据高频谐振功率放大器的电路参数用解析 式和作图法求得，它与甲类放大的负载线不同，其动态特性为。原因是电 流为脉冲状，有一段时间c i 是为0的 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙 类 答：因为谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有迁频特性，可以 从晶体管的余弦脉冲电流中，将不失真的基波电流分量迁频出来，在并联谐振 回路上形成不失真的基波余弦电压，而电阻听电阻特性输出负载不具备这样的 功能，因此不能在丙类工作。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目：高频谐振功率放大器设计 初始条件： 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务： 1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计 2、电源电压V cc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯， 3、工作频率f0＝6MHz 4、负载电阻R L＝75Ω时，输出功率P0≥100mW，效率η>60％ 5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。 时间安排： 1．2010年6月4日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。 2．2010年6月5日至2010年6月10日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。 3. 2010年6月11日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要................................................................ I Abstract........................................................... I I 1.绪论 (1) 2.高频谐振功率放大器原理 (2) 2.1 甲类功率放大器 (3) 2.1.1 静态工作点 (3) 2.1.2 负载特性 (4) 2.1.3 功率增益 (5) 2.2 丙类功率放大器 (5) 2.2.1 基本关系式 (5) 2.2.2 负载特性 (8) 2.3 变频变压器的绕制 (9) 2.4 这要技术指标及测试方法 (10) 2.4.1输出功率 (10) 2.4.2 效率 (11) 3.总体电路设计与参数计算 (13) 3.1 丙类功率放大器的设计 (13) 3.1.1 确定放大器工作状态 (13) 3.1.2 计算谐振回路和耦合回路参数 (14) 3.1.3 基极偏置电路参数计算 (14) 3.2 甲类功率放大器的设计 (14) 3.2.1 计算电路性能参数 (14) 3.2.2计算静态工作点 (15) 4.仿真测试 (17) 4.1 multisim软件简介 (17) 4.2 仿真电路及仿真波形图 (18) 5.实际电路组装与调试 (19) 5.1 电路组装要点 (19) 5.2 高频谐振功率放大器的调整 (19) 5.2.1 谐振状态的调整 (19) 5.2.2 寄生振荡及其消除 (19) 6.心得体会 (21) 参考文献： (22) 附录：元件清单 (23)
激光谐振腔模式研究的MATLAB 实现 光信1001班 刘吉祥 U201013222 摘要：谐振腔内的模式计算是分析激光器输出光束质量的前提和基础。本文在matlab 环境下，采用Fox_Li 数值迭代法计算了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的振幅分布和相位分布，并比较了腔形、菲涅尔数、初始光强分布、倾斜扰动等因素对最终模式的影响，具有一定的实际应用价值。 1. 原理说明 设初始时刻在镜I 上有某一个场分布1u ，则当波在腔中经第一次渡越而到达镜II 时，将在镜II 上形成一个新的场分布2u ，场2u 经第二次渡越后又将在镜I 上形成一个新的场分布3u 。每次渡越时，波都将因为衍射损失一部分能量，并引起能量分布变化，如此重复下去……由于衍射主要是发生在镜的边缘附近，因此在传播过程中，镜边缘附近的场将衰落得更快，经多次衍射后所形成的场分布，其边缘振幅往往都很小（与中心处比较），具有这种特征的场分布受衍射的影响也将比较小。可以预期：在经过足够多次渡越之后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布，即实现了模的“自再现”。 光学中的惠更斯—菲涅尔原理是从理论上分析衍射问题的基础，该原理的严格数学表示是菲涅尔—基尔霍夫衍射积分。设已知空间任意曲面S 上光波场地振幅和相位分布函数为),(y x u '',由它所要考察的空间任一点P 处场分布为),(y x u ，二者之间有以下关系式： ??+=-S ik dS e y x u ik y x u ')cos 1()','(4),(θρπρ 式中，ρ为),(y x ''与),(y x 连线的长度，θ为S 面上点),(y x ''处的法线和上述连线之间的夹角，s d '为S 面上的面积元，k 为波矢的模。 本文采用Fox —Li 数值迭代法实现了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的形成。 2. 实现方案 2.1条形腔 条形腔是一种理想模型，即一个方向有限长，而另一个方向上无限延伸的腔形，故只在长度有限的那个方向上发生衍射现象，迭代公式为一维的菲涅尔—基尔霍夫衍射积分：
第4章 谐振功率放大器习题参考解答 4-1 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类 解：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 4-2 一谐振功率放大器，若选择甲、乙、丙三种不同工作状态下的集电极效率分别为：％＝甲50c η，％＝乙75c η，％＝丙85c η。试求： （1） 当输出功率P o =5W 时，三种不同工作状态下的集电极耗散功率P C 各为多少 （2） 若保持晶体管的集电极耗散功率P C ＝1W 时，求三种不同工作状态下的输出功率P o 各为多少 解：通过本题的演算，能具体了解集电极效率对集电极耗散功率和输出功率的影响。 （1）根据集电极效率ηc 的定义 c o o D o c P P P P P +== η 可得 o c c c P P ηη-=1 将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式可得 P c 甲＝P o ＝5W ，P c 乙＝＝，P c 丙＝＝可看出ηc 越高，相应的P c 就越小。 （2）从P c 的表达式可以推导出 c c c o P P ηη-=1 将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式得 P o 甲＝P c ＝1W ，P o 乙＝3P c ＝3W ，P o 丙＝＝可见，在P c 相同时，效率越高，输出功率就越大。 4-4 某一晶体管谐振功率放大器，设已知V CC =24V ，I C0＝250mA ，P o ＝5W ，电压利用系数ξ＝1。试求P D 、ηc 、R p 、I cm1、电流通角θc 。 解： ()W W I V P C CC D 625.0240=?== %3.83833.06 5====D o c P P η V V V V CC cm 24241=?==ξ A A V P I cm o cm 417.024 52221=?==