正交場放大管

正交場放大管是指靠電子在正交電磁場中運動並同微波場交換能量來放大信號的微波電子管。待放大的微波信號經由輸入能量耦合器輸入慢波電路。

基本介紹

• 中文名：正交場放大管
• 外文名：crossed-field amplifier
• 屬性：微波電子管
• 性能：正交場器件
• 分類：前向波放大管，返波放大管

放大器

放大器（英語：Amplifier），俗稱音箱，一般而言是指能夠使用較小的能量來控制較大能量的任何器件。現在，在日常使用中，這個名詞常常是指放大器電路，經常用於音頻套用中。

一個放大器的輸入輸出關係——常常表示為一個與輸入頻率相關的函式，這個關係稱為放大器的傳輸函式，同時這個傳輸函式的係數定義為增益。

放大器的基本特性

大多數放大器的特性可以由一系列的參數來描述。

增益[編輯]

增益是指放大器能在多大程度上增大信號的幅值。該參數常用分貝（dB）來度量。用數學語言來說，增益等於輸出幅值除以輸入幅值。（對功率放大器而言，用分貝表示的增益可以由此關係式計算：G(dB)=10log(Pout/Pin)(Electrical)）。

理想頻率特性

放大器對於不同的頻率有不同的轉換倍率，一個放大器會有最佳的放大波段，即聽音樂時調整的EQ.

輸出動態範圍

輸出動態範圍，常用dB為單位給出，是指最大與最小有用輸出幅值之間的範圍。因為最低的有用幅值受限於輸出噪聲，所以稱之為放大器的動態範圍。

頻寬與上升時間

放大器的頻寬（BW）常定義為低頻與高頻半功率點之間的差值。因而也就是常說的-3dB BW。有時也定義在其它的回響容差下的頻寬（-1dB，－6dB等等。）。舉例來說，一個好的音頻放大器的－3dB頻寬將在二十赫茲到兩萬赫茲左右（正常人的聽覺頻率範圍）。

放大器的上升時間是指當階躍信號輸入時，輸出端由其最終輸出幅度值10%變化到90%時所用的時間。對於高斯回響系統（或一個簡單的RC振盪迴路），上升時間大約可以表達為：

,其中BW的單位是Hz，Tr的單位是秒。

建立時間與失調

是指輸出幅值建立於最終幅值的某個比值（比如0.1%）以內時所花的時間。

壓擺率

壓擺率（slew rate）是指輸出電壓變數的變化率，常定義為伏特/每秒（或微秒）。

噪聲係數

是對在放大過程中引入噪聲多少的一個量度。噪聲是電學器件和元件中不受歡迎卻無法避免的。噪聲由放大器零輸入時輸出的分貝或輸出電壓峰值來度量。也可由輸入信號和輸出信號的信噪比差值確定，輸出信號信噪比惡化了多少dB，則該放大器的噪聲係數就是多少d 5

效率

效率用來量度多少輸入能量是套用於放大器輸出的。甲類（A類）放大器效率十分低下，約在10-20%之間，最大不超過25%。現代甲乙類（AB類）放大器一般效率都在35-55%之間，理論值可達78.5%。有報導說商用的丁類（D類）放大器的效率可高達97%。放大器的效率限制了總功耗中有用部分所占的比例。注意，效率越高的放大器散熱量越小，通常在幾個瓦特的設計中也無需風扇。

線性度

理想放大器應當是完全線性器件，但是實際的放大器僅在某些實際限制下是線性的，其他情況下均會出現失真。當驅動放大器的信號增大後，輸出也隨之增大，直到達到某個電壓值，使得放大器的某部分達到飽和從而不能再增大輸出了，稱之為“截止失真”（削頂失真、削峰失真）。同樣的，存在著“飽和失真”（削底失真）。失真的原因與電晶體的特性以及靜態工作點的選擇密切相關。

有些放大器在設計中通過某種可控途徑來解決這個問題，即以犧牲增益為代價換取較小的失真。其結果是一種補償效應，即（如果放大器是音頻放大器的話）大大減少聽起來不悅耳的聲音。對於這些放大器，其增益比小信號時小1dB時的輸入功率（或輸出功率）定義為1dB補償點。

線性度是一個關鍵的問題，目前有很多技術來避免非線性帶來的影響，比如前饋、預矯正、後矯正、包跡抑制還原（波包消除重建）、用非線性元件實現線性放大（LINC）、CALLUM、Cartesian反饋……

放大器電路

主條目：放大器電路

對於不同的套用，電子放大器有很多種類。

最普通的一類放大器就是電子放大器，常套用於廣播和電視發射台及接收器，高傳真（hi-fi）立體聲裝置，微型計算機和其它電子數字裝置，以及其他儀表放大器。它最關鍵的元件是有源器件，比如真空管或電晶體。

功率放大器

放大器常依據通過放大器件的輸入信號（正弦波）的導通角（有時也稱為angle of flow）來分類;詳見功率放大器類型。

正文

靠電子在正交電磁場中運動並同微波場交換能量來放大信號的微波電子管。它是在磁控管基礎上發展起來的另一類正交場器件。正交場放大管一般用於放大鏈式雷達發射機的末級，前級通常採用行波管。正交場放大管一般由電子槍、慢波電路（也稱陽極）、底極、能量耦合器、收集極、磁路等部件組成（見圖）。分布發射式器件不採用電子槍，底極即發射電子的陰極；重入式器件不設收集極，電子由陽極收集。 　待放大的微波信號經由輸入能量耦合器輸入慢波電路。調整陽極電壓和磁場量值，使電子平均漂移速度與慢波電路中傳播的波的相速相等，即電子與波保持同步運動。與磁控管相似，電子在向陽極運動的過程中把直流位能交給微波電磁場，從而能在輸出端得到放大的微波能量。
正交場放大管可以分為前向波放大管和返波放大管兩大類。在前向波放大管中，波的相速方向（即電子運動方向）與群速方向（能量傳輸方向）一致。在返波管中，相速方向與群速方向相反。前向波放大管又可分為注入式和分布發射式兩種。注入式前向波放大管的電子注是不重入的；分布發射式放大管又分電子注重入和電子注不重入兩類。返波正交場放大管只有分布發射式的，其中有一類電子漂移區很短、電子相位重入的返波放大管，稱為增幅管。
正交場放大管一般工作在脈衝狀態，脈衝功率為幾百瓦到幾兆瓦 (增幅管可達5兆瓦)。注入式正交場放大管可以工作在連續波或脈衝狀態（有的可工作在兩種狀態，稱為雙模正交場放大管），其連續波功率可達 1kW。同行波管相比，正交場放大管的效率較高（一般為40%，增幅管可達60%～70%）；與速調管相比，正交場放大管的頻帶較寬(一般為10%～15%)。正交場放大管還具有相位靈敏度高、增益平坦、結構緊湊、體積小、重量輕、工作電壓低、附加電源簡單等優點。正交場放大管的缺點是增益低、噪聲大、線性動態範圍小。它的增益一般只有10～20分貝，正在研製的陰極激勵正交場放大管增益可達40分貝。