功率放大器非线性失真特性研究
功率器件中的MOS电容非线性研究的开题报告
功率器件中的MOS电容非线性研究的开题报告一、选题背景与意义随着功率半导体器件的不断发展，MOS场效应管被广泛应用于电力电子领域中的各种电路中。
MOS场效应管因其具有高的输入阻抗、低的驱动能力、快速开关速度等特点，被广泛应用于功率放大器、切割电源、电压调节器等电力电子设备中。
然而，MOS管在工作时存在着非线性效应，特别是MOS管固有的MOS电容，它的非线性效应不可忽略。
MOS电容具有内建电荷，深度充放电特性等特点，因此，MOS电容是MOS管失真的主要来源。
而为了更好地研究MOS电容的非线性特性，需要对MOS电容进行深刻的研究。
因此，本研究将对MOS电容在功率器件中的非线性特性进行研究，以及如何降低MOS电容的非线性失真，为电力电子设备的研究和开发提供更好地理论基础。
二、主要研究内容本研究将通过以下几个方面的研究来深入探讨MOS电容的非线性特性：1. MOS电容的基本性质和工作原理分析。
2. MOS电容在功率器件中的非线性特性分析。
3. MOS电容的失真模型建立和分析。
4. 降低MOS电容的非线性失真的方法探究。
三、研究方法1. 文献综述法：通过收集相关电力电子学科领域的文献，对MOS电容在功率器件中的非线性特性、失真模型和降低失真的方法进行综述和分析。
2. 理论分析法：基于MOS电容的基本性质和工作原理，建立MOS电容的失真模型，通过数学的理论分析方法，对MOS电容的失真特性进行研究和探究。
3. 实验分析法：通过实验研究，对MOS电容在功率器件中的非线性特性进行测量和分析，并验证理论模型的正确性。
四、预期成果及应用价值本研究通过对MOS电容在功率器件中的非线性特性的研究，将建立MOS电容的失真模型，并提出降低MOS电容失真的方法。
本研究的成果不仅能够提高电力电子设备的性能，降低功率器件的失真，而且在实际应用中也有很大的价值和意义，具有广泛的应用前景。
什么是线性失真？什么是非线性失真？浅析无线通信的失真
什么是线性失真？什么是非线性失真？浅析无线通信的失真（信号）经过射频收发通道的时候，由于有加性噪声和乘性噪声引入，或多或少会对所传信号有一定程度的歪曲，这种情况就是无线信号的失真。
一般分为线性失真和非线性失真，下面介绍下各自的特点。
什么是线性失真线性失真（（Linear）Dist（or）（ti）on）是指在信号传输过程中，信号的幅度和相位发生了线性变化，导致信号的形状、幅度和相位发生改变的一种失真形式。
线性失真是（无线通信）系统中非常常见的一种失真形式，它会导致信号的质量下降，从而影响系统的性能。
线性失真通常是由信号在传输过程中受到不同的衰减和延迟引起的。
在信号传输的过程中，信号会经过一些介质，如空气、水或导线等，这些介质对信号的传播会产生不同的影响，例如折射、散射、反射等等。
这些影响会导致信号的幅度和相位发生变化，从而引起线性失真。
在无线通信中，（射频）器件输出的幅值变化特性和相位偏移特性对不同频率的输入有很大的不同。
很多射频信号，由很多不同的频率分量组成，输出端的合成信号在幅值和相位上与输入相比就会有一定程度的失真，类似下图：线性失真时，输出信号中不会有输入信号中所没有的新的频率分量，各个频率的输出波形也不会变化。
这种幅度的失真或者相位的失真是由该电路的线性电抗元件对不同频率的响应不同而引起的，所以叫线性失真。
由于是射频器件对不同频率的信号处理结果上的偏差，又叫频率失真。
线性失真主要是由（滤波器）等无源器件产生的。
在设计或选择无源射频器件的时候，要重点关注它的频率使用范围，在这个范围内对不同频率的信号输入和输出的线性关系应尽量一致，以减小线性失真的影响。
什么是非线性失真非线性失真（Nonlinear Distortion）是无线通信中一种常见的失真类型，它是指信号在传输过程中发生非线性变化而引起的失真。
这种失真与线性失真不同，线性失真是指信号传输过程中的线性衰减或衰减，这可以通过信号补偿来修复，而非线性失真则是无法通过简单的补偿来修复的。
干货｜大学生电子竞赛题目分析——放大器非线性失真研究装置
干货｜大学生电子竞赛题目分析——放大器非线性失真研究装置1任务设计并制作一个放大器非线性失真研究装置，其组成如图所示，图中的K1和K2为1×2切换开关，晶体管放大器只允许有一个输入端口和一个输出端口。
2要求K1和K2均投到各自的“1”端子，外接信号源输出频率1kHz、峰峰值20mV的正弦波作为晶体管放大器输入电压u i，要求输出无明显失真及四种失真波形u o，且u o的峰峰值不低于2V。
外接示波器测量晶体管放大器输出电压u o波形。
（1）放大器能够输出无明显失真的正弦电压u o（2）放大器能够输出有“顶部失真”的电压u o（3）放大器能够输出有“底部失真”的电压u o（4）放大器能够输出有“双向失真”的电压u o（5）放大器能够输出有“交越失真”的电压u o（6）分别测量并显示上述五种输出电压u o的“总谐波失真”近似值。
（7）其他3说明（1）限用晶体管、阻容元件、模拟开关等元器件设计并实现图中的受控晶体管放大器，其输出的各种失真或无明显失真的信号必须出自该晶体管放大电路，禁用预存失真波形数据进行D/A转换等方式输出各种失真信号。
（2）在设计报告中，应结合电路设计方案阐述出现各种失真的原因。
（3）无明显失真及四种具有非线性失真电压u o的示意波形如下图所示：（4）总谐波失真定义：线性放大器输入为正弦信号时，其非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量，常用总谐波失真（THD：total harmonic distortion）衡量线性放大器的非线性失真程度。
THD定义：若线性放大器输入电压其含有非线性失真的输出交流电压为则有：在完成设计要求的第（6）项时，谐波取到五次即可，即（5）对THD自动测量期间，不得有任何人工干预。
（6）K1和K2的“2”端子用于作品测试。
题目分析与方案设计本题主要由两部分组成：一个晶体管放大器、一个谐波分析电路。
题目要求的晶体管放大器是一个具有特殊要求的放大器，要求通过切换某些元件后，不仅能够输出正常的无失真波形，还能输出4种失真波形，分别为顶部失真、底部失真、双向失真与交越失真。
功率放大器非线性特性及预失真建模
F ( x(t )) G 1 ( g x(t ))
方法二：（程序没有及时编写） 一般的多目标优化的数学模型如下： 目标函数为：
Min F ( X ) 1F1 ( X ) 2 F2 ( X ) ... n Fn ( X )
-6-
约束条件为：
f k (Y ) 0 (k 0,1, 2,..., t ) f k ( Z ) 0 (k 0,1, 2,..., t )
-3-
图 1 预失真技术的原理框图示意 其中 x(t ) 和 z (t ) 的含义如前所述，y (t ) 为预失真器的输出。 设功放输入-输出传 输特性为 G ，预失真器特性为 F ，那么预失真处理原理可表示为
z (t ) G( y (t )) G( F ( x(t ))) G F ( x(t )) L( x(t )) （1） G F L 表示为 G ( ) 和 F ( ) 的复合函数等于 F ( ) 。线性化则要求 z (t ) L( x(t )) g x(t ) （2） 式中常数 g 是功放的理想“幅度放大倍数” （g>1） 。因此，若功放特性 G ( ) 已知， 则预失真技术的核心是寻找预失真器的特性 F ( ) ，使得它们复合后能满足: (G F )( x(t )) L( x(t )) g x(t ) （3） 如果测得功放的输入和输出信号值， 就能拟合功放的特性函数 G ( ) ， 然后利用 （3）式，可以求得 F ( ) 。
四、模型的建立与求解
若记输入信号 x(t ) ，输出信号为 z (t ) ，t 为时间变量，则功放非线性在数学上可表 示为 z (t ) G ( x(t )) ，其中 G 为非线性函数。预失真的基本原理是：在功放前设置一个 预失真处理模块，这两个模块的合成总效果使整体输入-输出特性线性化，输出功率得 到充分利用。原理框图如图 1 所示。
一种改善射频功率放大器非线性的预失真法
一
种 改善 射 频功 率放 大器非 线性 的 预 失真 法
收 稿 日期 ： ２ ０ ０ ０ ２— ９—１ ６
一
种改 善射频 功率 放大器非 线性的预 失真 法
黄 磊 王 家礼
西 安 ７ ０ ７ ） １０ １
Ａ ｗ ｃ Ｎｅ Ｔｅ ｈｎｉ ｅ ｆ ｒ Ｒｅ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ Ｎｏ ｉ ｅ ｒ ｔ ｆ Ｒ Ｆ Ｐｏｗｅ ｑｕ ｏ ｄ ｃ ｎ ｈ ｎｌｎ ａ ｉｙ ｏ ｒ Ａｍ ｐｌｆｅ ｉｉｒ
放 大 器 的 非 线 性 比较 有 效 ， 可 以 使 Ｉ Ｄ Ｍ ３的 功 率 电 平 至 少 下 降 ３ Ｂ ４ｄ ｍ。
关 键 词 ：Ｒ Ｆ功 率 放 大 器 ；预 失 真 法 ； 交调 ； 交 调 失真
随 着通 信技 术 的发展 ，特别 是 第三 代通 信 系统 的开发 应用 及蓝 牙 技术 的研 发涌 现 ，要 求射 频 （ ）或 微 波 ＲＦ
ＨＵＡＮＧ ｉ Ｗ ＡＮＧ ｉｌ Ｌｅ ． Ｊａｉ
（ 安电子科技大学 机电工程学院 西
（ ｃ ０ ｌ ｆＥｌｅｒ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌＥ ｇｎ ｅｉ ｇ， Ｘ ｄａ ｉｅ ｓｔ Ｓ ｈ ｏ ｅ ｔ ｏ ｅ ａ ｉａ ｎ ｉｅ ｒ ｏ ｎ ｉ ｉｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ，Ｘｉ ｎ． ７ ０ ７ ， Ｃ ｉａ ａ １０ １ ｈｎ ）
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（ 一Ｖ ｏｏ ＋Ｖ ｏｏ ＋ 』÷ｇ 。 ｇＶ ） ｏ［２１ ｃ ￡ ］ ｏ［２２ ｃ ￡ ］ ５ ￡ ） ｃｓ１ Ｊ ｔ ｃｓ２ Ｄ ３ ＋ Ｊ ｔ （ ｓ ｛ ｓ （ｃ一ｃ）＋讫 ＋ｃｓ（ｃ一ｃ） ＋ ）（） ｃ ｃ ， ， ２ ｃ ， ， １
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RF放大器非线性测量技术--数字预失真效果
RF放大器非线性测量技术--数字预失真效果随着无线通信技术的飞速发展，频谱利用率较高的调制方式得到了广泛应用，如PSK和QAM调制。
这些调制信号的一个共同特点是信号功率的平均值和包络峰值存在差异，峰均比（即峰值因子Crest Factor）较大，这要求放大器必须具有良好的线性特性，否则非线性影响，如互调失真，会导致频谱再生，进而产生邻道干扰。
在设计放大器，如WCDMA 多载波功率放大器时，要采用线性化技术来补偿放大器的非线性，从而提高放大器输出信号的频谱纯度，减少邻道干扰。
与此同时，我们还必须兼顾到放大器的工作效率。
线性化技术主要分为以下几类，如图1所示。
在放大器的设计中，一般都会将几种线性化技术结合在一起使用，以达到最佳的线性化效果。
图1 线性化技术分类数字预失真是预失真技术的一种，其基本原理如图2所示。
根据放大器的非线性特性（幅度和相位失真），对输入放大器的信号进行相反的失真处理，两个非线性失真功能相结合，就能够实现高度线性、无失真的系统。
在数字基带上进行预失真处理就是数字预失真；在模拟电路上进行预失真处理就是模拟预失真。
图2 数字预失真技术基本原理数字预失真技术的优势在于：工作在数字基带上，成本低，适应性强，还可以通过增加采样率和增大量化阶数来抵消高阶互调失真，可以使用简单高效的AB类放大器，避免前馈技术带来的复杂性、高成本和高功耗，显著提高放大器的线性和整体功效。
使用数字预失真技术的前提是必须准确测量得出放大器的非线性特性，进而才能根据放大器的非线性特性对输入的基带信号进行预失真处理。
但是，由于无线通信系统的信号带宽日益增加，如WCDMA四载波的带宽已达20MHz，用传统的窄带网络测量方法（如矢量网络分析仪），无法准确测量出宽带放大器在实际工。
功率放大电路 实验报告
功率放大电路实验报告功率放大电路实验报告引言：功率放大电路是电子工程中常见的一种电路，它的作用是将输入信号的功率放大到更高的水平，以便驱动负载。
本实验旨在通过搭建一个简单的功率放大电路，探索其工作原理和性能特点。
实验装置：1. 功率放大器芯片：我们选择了一款常用的功率放大器芯片，具有高增益和低失真的特点。
2. 电源：为了保证电路的正常工作，我们使用了一个稳定的直流电源。
3. 输入信号发生器：为了提供输入信号，我们使用了一个可调频率和幅度的信号发生器。
4. 负载：为了测试功率放大电路的输出能力，我们选择了一个合适的负载。
实验步骤：1. 搭建电路：根据电路原理图，我们将功率放大器芯片、电源、输入信号发生器和负载依次连接起来。
2. 设置参数：根据实验要求，我们将电源电压、输入信号频率和幅度进行调整，以便观察电路的工作情况。
3. 测试输出：通过连接示波器，我们可以实时监测功率放大电路的输出信号，并记录相关数据。
4. 分析结果：根据实验数据，我们可以计算功率放大电路的增益、频率响应和失真程度等指标，并进行分析和比较。
实验结果：根据实验数据和分析，我们得出以下结论：1. 增益特性：功率放大电路在一定范围内具有较高的增益，输入信号经过放大后，输出信号的幅度明显增加。
2. 频率响应：功率放大电路对不同频率的输入信号具有不同的放大效果，一般在特定频率范围内工作最佳。
3. 失真特性：由于电路本身的非线性特点，功率放大电路在放大过程中会引入一定的失真，主要表现为谐波失真和交叉失真。
4. 输出能力：功率放大电路可以驱动较大的负载，输出功率与负载阻抗之间存在一定的关系。
讨论与改进：在实验过程中，我们还发现了一些问题和改进的空间：1. 温度效应：功率放大电路在工作过程中会产生一定的热量，温度的变化可能会影响电路的性能稳定性，需要进一步研究和改进。
2. 失真抑制：为了减少失真的影响，可以采用一些补偿电路或反馈控制技术，提高功率放大电路的线性度和稳定性。
全国研究生数学建模竞赛B题
2018年全国研究生数学建模竞赛B题＜华为公司合作命题)功率放大器非线性特性及预失真建模一、背景介绍1•问题引入信号的功率放大是电子通信系统的关键功能之一，其实现模块称为功率放大器＜PA Power Amplifier )，简称功放。
功放的输出信号相对于输入信号可能产生非线性变形，这将带来无益的干扰信号，影响信信息的正确传递和接收，此现象称为非线性失真。
传统电路设计上，可通过降低输出功率的方式减轻非线性失真效应。
b5E2RGbCAP功放非线性属于有源电子器件的固有特性，研究其机理并采取措施改善，具有重要意义。
目前已提出了各种技术来克服改善功放的非线性失真，其中预失真技术是被研究和应用较多的一项新技术，其最新的研究成果已经被用于实际的产品＜如无线通信系统等)，但在新算法、实现复杂度、计算速度、效果精度等方面仍有相当的研究价值。
p1Ea nqFDPw本题从数学建模的角度进行探索。
若记输入信号x(t)，输出信号为％)，t 为时间变量，则功放非线性在数学上可表示为z(t) =G(x(t))，其中G为非线性函数。
预失真的基本原理是：在功放前设置一个预失真处理模块，这两个模块的合成总效果使整体输入-输出特性线性化，输出功率得到充分利用。
原理框图如图1所示。
DXDiTa9E3d图1预失真技术的原理框图示意其中x(t)和z(t)的含义如前所述，y(t)为预失真器的输出。
设功放输入-输出传输特性为G，预失真器特性为F，那么预失真处理原理可表示为RTCrpUDGiTz(t) =G(y(t))二G(F(x(t))) =G F(x(t))八(x(t)) <1) G F =L表示为G和F的复合函数等于L。
线性化则要求z(t)二L(x(t))二g x(t)<2)式中常数g是功放的理想“幅度放大倍数” <g>1)。
因此，若功放特性G 已知，则预失真技术的核心是寻找预失真器的特性F，使得它们复合后能满足5PCzVD7HxA(G F)(x(t))二L(x(t))二g x(t)<3)如果测得功放的输入和输出信号值，就能拟合功放的特性函数G，然后利用<3)式，可以求得F。
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功率放大器非线性失真特性研究
功率放大器是电子设备中一种重要的电路，可以将信号的电压或电流进行放大，并输出到外部电路中。
随着科学技术的不断发展，功率放大器的应用范围越来越广泛。
但是，功率放大器中存在着非线性失真的问题，这会对信号的传输产生负面影响。
本文将就功率放大器非线性失真特性进行深入探讨。
一、功率放大器的工作原理
功率放大器主要由直流供电、输入信号放大、输出阶段等组成。
在工作时，信
号被输入到输入端，并通过输入信号放大器进行放大，然后被输送到输出阶段，并从输出端输出。
在放大过程中，功率放大器需要保证输出信号与输入信号之间的线性关系，否
则就会出现失真现象。
但是，有些因素会导致功率放大器出现非线性失真，如功率放大器本身的非线性特性、电容和电感等元件的非线性特性、信号的过载等。
二、功率放大器的非线性失真特性
1.交叉失真
交叉失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交叉产生失真引起的失真。
这种失真主要由功率放大器的非线性特性引起。
当两个不同频率的信号同时存在于功率放大器中时，会产生交叉相位，这会导致交叉失真的发生。
2.截止失真
截止失真是指输出信号的幅度不能随着输入信号的幅度而无限制地增加。
当输
入功率达到一定程度时，输出功率开始波动，无法再继续增加。
这种失真主要由功率放大器的内部电压限制引起，当电压超过一定限制时，输出信号的幅度就无法再随着输入信号的幅度而增加。
3.交调失真
交调失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交互作用产生失真引起的失真。
当两个不同频率的信号同时作用于功率放大器时，会在放大器内产生交互作用，导致交调失真的发生。
三、功率放大器非线性失真控制方法
1.负反馈
负反馈是一种消除失真的方法，它可以通过将一部分输出信号输入到功率放大
器的输入端进行控制，从而减小输出信号与输入信号之间的误差。
负反馈可以降低失真程度并提高整个系统的线性度，但它不能彻底消除失真。
2.滤波
滤波是一种消除失真的方法，它可以将出现于功率放大器输出端的失真信号进
行筛选，只保留有效信号而滤去失真信号。
滤波可以减少失真信号的干扰，但它不能消除失真产生的根本原因。
3.消除交叉失真
消除交叉失真的方法主要是减小功率放大器的非线性特性，可以通过更换元件、优化功率放大器电路等方法来实现。
此外，还可以通过选择合适的交叉失真抵消电路来进行消除。
四、结语
功率放大器是现代电子设备中不可或缺的一部分，但是它们都存在着一定的非
线性失真特性。
为了改善失真的问题，可采取上述措施。
因此，功率放大器非线性失真特性的研究在电子工程中具有广泛的应用前景。