线性放大器

用于标准核仪器插件的设备

线性放大器是一种标准核仪器插件，它插入FH0001型插件机箱，主要用于闪烁探测器、正比计数管、裂变室及半导体探测器等输出信号的成形和放大，除具有FH1001A，FH1002A放大器的一般特性外，还具有更好的线性和稳定性，因此是取代以上两种放大器的新NIM插件。

英文名称

linear amplifier

功能用途

线性放大器IC各种电子产品不可缺少的部分，如何设计出高质量的电子产品，除了要求总体方案最佳外，放大器设计得是否合理可靠直接影响整个电子产品的系统性能。

定义

输出信号幅度与输入信号度成正比的放大器。将输入信号放大到需要功率电平的线性放大器称为线性功率放大器，要求它的非线性失真最小，其互调要在-30dB以上。

性能指标

1．放大倍数：5～750倍连续可调。

2．放大倍数的长期稳定性：≤0.1%。

3．放大倍数的温度稳定性：≤0.02%/℃。

4．积分非线性：≤0.2%。

5．折合到输入端的噪声：≤10μV。

6．过载：过载200倍，在2.5倍非过载脉冲宽度处恢复至基线的 2%。

7．输入极性：正或负。输出极性：正输出阻抗50Ω。

8．成形时间常数：0，0.5，1，2，3，4，5，6μS。

9．仪器在相对湿度为90%（30℃）条件下能正常工作。

10．运输试验：在加速度为（1～1.2）x 9.8m/s2频率为20～40 Hz的条件下，进行运输模拟试验8小时后应能正常工作。

使用环境

温度范围：0～50℃

相对湿度：≤90%（在40℃）

供电电源：±24V，30mA,±12V，10mA， 2W

线性化

射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。为此要对射频功率放大器的进行线性化处理，这样可以较好地解决信号的频谱再生问题。射频功放基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输入RF信号包络的振幅和相位作为参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。实现射频功放线性化的常用技术有三种：功率回退、预失真、前馈。

功率回退

这是最常用的方法，即选用功率较大的管子作小功率管使用，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。

功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点(放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进入饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。)向后回退6-10个分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。

功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。

预失真

预失真就是在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性失真。

预失真线性化技术，它的优点在于不存在稳定性问题，有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号。预失真技术成本较低，由几个仔细选取的元件封装成单一模块，连在信号源与功放之间，就构成预失真线性功放。手持移动台中的功放已采用了预失真技术，它仅用少量的元件就降低了互调产物几dB，但却是很关键的几dB。

预失真技术分为RF预失真和数字基带预失真两种基本类型。RF预失真一般采用模拟电路来实现，具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，缺点是频谱再生分量改善较少、高阶频谱分量抵消较困难。

数字基带预失真由于工作频率低，可以用数字电路实现，适应性强，而且可以通过增加采样频率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真，是一种很有发展前途的方法。这种预失真器由一个矢量增益调节器组成，根据查找表(LUT)的内容来控制输入信号的幅度和相位，预失真的大小由查找表的输入来控制。矢量增益调节器一旦被优化，将提供一个与功放相反的非线性特性。理想情况下，这时输出的互调产物应该与双音信号通过功放的输出幅度相等而相位相反，即自适应调节模块就是要调节查找表的输入，从而使输入信号与功放输出信号的差别最小。注意到输入信号的包络也是查找表的一个输入，反馈路径来取样功放的失真输出，然后经过A/D变换送入自适应调节DSP中，进而来更新查找表。

前馈

前馈技术起源于“反馈”，应该说它并不是什么新技术，早在二三十年代就由美国贝尔实验室提出来的。除了校准(反馈)是加于输出之外，概念上完全是“反馈”。

前馈线性放大器通过耦合器、衰减器、合成器、延时线、功分器等组成两个环路。射频信号输入后，经功分器分成两路。一路进入主功率放大器，由于其非线性失真，输出端除了有需要放大的主频信号外，还有三阶交调干扰。从主功放的输出中耦合一部分信号，通过环路1抵消放大器的主载频信号，使其只剩下反相的三阶交调分量。三阶交调分量经辅助放大器放大后，通过环路2抵消主放大器非线性产生的交调分量，从而了改善功放的线性度。

前馈技术既提供了较高校准精度的优点，又没有不稳定和带宽受限的缺点。当然，这些优点是用高成本换来的，由于在输出校准，功率电平较大，校准信号需放大到较高的功率电平，这就需要额外的辅助放大器，而且要求这个辅助放大器本身的失真特性应处在前馈系统的指标之上。

前馈功放的抵消要求是很高的，需获得幅度、相位和时延的匹配，如果出现功率变化、温度变化及器件老化等均会造成抵消失灵。为此，在系统中考虑自适应抵消技术，使抵消能够跟得上内外环境的变化。

放大器

判断非线性与线性的的标准可以是：对放大器使用一个固定频率f1和电平的输入，观测放大器的输出，如果其输出含有额外的频率成分（一般是其谐波2f1,3f1...)则该放大器是非线性的。

从实际上来说，任何放大器其线性区/非线性区取决于输入信号电平。当输入信号电平大于一定值（P1dB）其输出的非线性频率成分会急剧增加。为了减少非线性产物一般要求输入信号低于放大器P1dB3~6dB。

这里还有一个信号调制方式的问题，比如GMSK调制信号的PAR(峰值/均值)~=0dB，其放大器对线性要求就比较低，因为其信号不会超过P1dB点而把放大器推入饱和区；QPSP的PAR=6~10的dB,其放大器对线性要求就比较高，否则信号很容易超过P1dB点而把放大器推入饱和区。OQPSK比QPSK的峰值要低一些，所以CDMA手机使用的功放不必是完全线性的。

实际上这个问题的最根本解释要去看看低频和高频电子线路的书了。三基管的放大曲线只有在工作点较低的一段才是线性放大的，当工作点抬高以后，就进入了非线性放大区间。通常的甲类和乙类功率放大器是工作在线形区间的，但是起效率很低，通常只有30%~40%，大部分能量都耗在了极电极的内阻上，流通角大；而丙类放大器工作在非线性区间，效率很高，可以达到70%~80%，但是输出的放大信号的波形会产生失真，从而产生谐波分量，因此，丙类放大器必须接在LC振荡回路中，因为LC振荡回路可以起到一定的滤波作用，filter一些谐波分量，保留基波分量。

因此，如果你采用的是恒包罗调制方式，可以采用非线性的放大器；而如果你采用的是非恒包罗调制方式，特别是峰均比较大的时候，必须采用线性方法器。

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