脉冲放大器(主放大器)
第十二讲 啁啾脉冲放大器电子版本
560 TW OPCPA by Russia
Main Routes for Petawatt laser
•CPA based on Ti:Sapphire: 800 nm wavelength; broad
bandwidth (30 fs), repetitive (0.1 Hz); 30 J
•CPA based on Nd:glass: 1053 nm, 400 fs, >200 J, one
3.08 ns
Diffraction-grating pulse compressor
The grating pulse compressor also has negative second-order phase.
Grating #2
d2 d 2 0
03 2c2d
2
Lsep
cos2 (' )
t = t [d/d]–1 = 0.44 [d/d]–1 = 0.44 2/c0
where we’ve neglected the minus sign since we’re computing the bandwidth, which is inherently positive. So the bandwidth is:
shot per hours;
• OPCPA based on KD*P: 40-80 fs; 910 nm or 1053 nm,
35 J; single shot
Petawatt example: petawatt hybrid OPCPA-Glass laser-Texas
Petawatt scheme
where d = grating spacing (same for both gratings)
初中物理功率放大器技术指标概述
功率放大器技术指标概述工作频率范围Operating Frequency放大器满足或优于指标参数时的工作频率范围。
输出功率Output Power：放大器的输出功率有两种表示方式：饱和功率和1dB压缩点输出功率。
前者是输出的最大功率，后者则是指增益下降1dB时的输出功率，前者一般大于后者。
对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分，前者表示有信号时的输出功率，后者则是按时间平均后的功率，两者之间的关系与信号的占空比有关。
增益Gain功放输入输出功率的比值。
增益平坦度Gain flatness表示放大器在工作频段内功率增益的波动。
噪声指数Noise Figure指的是功放输出端和输入端信噪比的比值。
输入输出三阶截取点IIP3，OIP3反映放大器的线性特性的指标。
具体指三阶谐波与输入端基波电平相同时对应的输入/输出功率电平。
此指标与输入电平的大小和放大器的增益无任何关系。
电压驻波比VSWR放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程度。
用下式表示：VSWR = （1+|Γ|）/（1-|Γ|）其中Γ=（Z-Z0）/（Z+Z0）VSWR：输入输电压出驻波比Γ：反射系数Z：放大器输入或输出端的实际阻抗Z0：需要的系统阻抗效率Efficiency指输入电流×输入电压＝总功率效率＝实际输出射频功率/总功率×100％临道功率比ACPR (Adjacent Channel Power Ratio)用来衡量主信道的功率泄漏到相邻信道的多少，和放大器的线性、信号的调制等多因素有关。
主要应用在象CDMA这样的宽频谱信号的研究上。
脉冲波的上升沿时间和下降沿时间Rise Time and Fall Time上升沿时间：从脉冲波上升沿10％上升到90％所经历的时间；下降沿时间：从脉冲波下降沿90％下降到10％所经历的时间；脉冲宽度：两个脉冲幅值的50%的时间点之间所跨越的时间。
实验二电荷灵敏放大器
实验⼆电荷灵敏放⼤器实验⼆电荷灵敏放⼤器⼀、实验⽬的1、进⼀步掌握电荷灵敏放⼤器的电路结构的特点和⼯作原理。
2、学习电荷灵敏放⼤器性能指标的测试⽅法。
3、掌握电荷灵敏放⼤器的特点和⽤途。
⼆、实验内容1、静态⼯作点测试；2、上升时间测量；3、电荷灵敏度测量；4、⾮线性测量；5、噪声特性测量。
三、实验原理当给半导体探测器加上反偏压后，如果有射线照射，则在探测器的灵敏区内产⽣电⼦-空⽳对，其数⽬与射线粒⼦在灵敏区内损失的能量E 成正⽐。
这些电⼦-空⽳对被探测器结电容d C 收集，形成电压脉冲，其幅度为：dC Q U =，这⾥Q是收集到的电荷量。
图2-1 电荷灵敏放⼤器原理图由于半导体探测器的结电容d C 随外界温度和外界偏压⽽改变，使得输出信号的幅度不稳定，给能谱测量带来很⼤困难。
为解决此问题，需要使⽤电荷灵敏放⼤器。
电荷灵敏放⼤器原理如图2-1所⽰。
其中d C 是半导体探测器的结电容，r C 是放⼤器的输⼊电容和分布电容之和。
f C 为反馈电容。
如将反馈回路的电容等效到输⼊端，则输⼊端的总电容为()fr d CA C C 01+++。
当半导体探测器输出电荷Q 时，在放⼤器输⼊端形成的信号电压为()fr d sr CA C C QU 01+++=如果满⾜条件10>>A ，()r d f C C C A +>>+01，则 fsr CA Q U 0≈放⼤器的输出信号幅度为 fsr sc CQ U A U -=?-=0由此可见，只要满⾜上述条件，电荷灵敏放⼤器的输出信号幅度就仅与探测器输出的电荷Q 成正⽐，⽽与探测器的结电容d C 和放⼤器的输⼊电容r C ⽆关。
输⼊单位电荷所产⽣的输出电压值为fsc CU 1-=fC1-称为电荷灵敏度。
由式可见，要提⾼电荷灵敏度，应选择较⼩的f C 值。
本实验所⽤FH1047A 电荷灵敏放⼤器，其电路原理如图2-2。
其中，1T 采⽤结型场效应管3DJ7G ，它具有极⼩的栅流，很⾼的输⼊电阻，很⼩的输⼊电容，这是获得低的噪声所必需的。
电力拖动自动控制系统（名词解释）
电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。
2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。
3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。
4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。
T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。
M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。
5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。
6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。
（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。
限幅放大器
数字传输系统的一种元件
01 介绍
002 原理 04 特点
限幅放大器用作数据量化器。能够接受较宽的输入电压范围，提供边沿速度受控的、幅度固定的正发射极耦 合逻辑输出电平。具有集成的功率检测功能，用来指示输入功率何时跌落到低于编程门限值。
介绍
限幅放大器是数字传输系统中常用的放大器。ECL或SCFL类电流放大器的非线性特性用于实现限幅功能。限 幅放大器的工作原理是：当放大器的输入信号幅度超过一定的电平时，放大器进入非线性工作区域，输出信号幅 度达到限幅状态。下面分别讨论双极性硅BJT和MOSFET所组成的放大器电路的限幅原理。
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17GHz时幅度减小3dB。根据以上测量结果，限幅放大器有望获得比特率超过30Gb/s时增益超过15dB的性能。
需要提及的是这三种限幅放大器都采取了某些措施以提高其工作速率。其中第一和第三种运用了高频补偿， 第二种运用了双极Sherry—Hooper结构。为了解决偏移问题，前两种限幅放大器运用了一种相似的直流反馈络。
1.轨道电路是一种衰耗量变化很大的通道，因此在限放输入端的信号电平变化很大，这就要求限幅放大器能 适应信号电平这种大幅度的变化。
2.轨道电路道床电阻为最小的情况下，接收端信号电压较小，它不足以直接动作解调器(鉴频器)，而必须将 信号进行放大，并满足放大量的要求。
3.为了满足轨道电路长度的要求，必须要有一定的返还系数。
工艺技术
14.11-14.15(5张)图14.11给出了用0.3μmHEMT工艺实现的五级限幅放大器的框图14.13。图14.11给出了 五级限幅放大器集成电路的芯片缩微照片。图14.13给出了限幅放大器的小信号增益和灵敏度随频率变化的曲线。 从图中可以看出，低频范围内其小信号增益高于40dB大约从5GHz处开始下降。由于高增益和直接耦合，输入端的 小电压偏移即会引起输出级进入饱和状态。图14.11所示的直流反馈络用于使电路稳定。
FANUC主轴放大器故障排除
1．按序号2的1项检查速度传感器是否正常，异常则更换。
2．更换控制板或送修。
21速度与指令电压偏置异常报警（AL-23）一般发生在一上电，基本可判断为控制板或电机速度传感器故障。
1．按序号2的1项检查速度传感器是否正常，异常则更换。
5．测量运放MB10的7脚，如果没有电压而1脚有电压，则是外部倍率电位器坏或参数F02设定错误，修改或更换。
2．如果电压正确，再测量板上的+5V，如果没有，检查AF1，如果烧坏，更换。
23控制板显示A主控制板故障，或ROM故障。
1．检查是否安装ROM（两片），或ROM安装不好，或ROM坏。
2．2．控制板坏，更换主控板。
24一上电就烧保险或检测电阻R1或R2接触器还未吸合就烧元件，应该与控制板及电机无关，应查单元主回路。
8．如果有条件（即车间里有相同的交流主轴单元），可互换控制板或整套单元，但必须测量接触器的线圈和晶体管模块没有短路，否则会将另一控制板烧坏。这样会很快判断出是单元或控制板或电机故障。
3直流侧保险烧断报警（LED显示AL-03）三相200V交流电经整流桥整流到直流300V，经过一个保险后给晶体管模块，控制板检测此保险两端的电压，如果太大，则产生此报警。
1．检查主回路的大电容阻值，如果有短路，则更换。
2．检查整流桥是否有短路。
3．检查接触器的触点是否正常。
25主轴不转，无任何报警显示主轴单元没有吸合，或系统指令（*ESP，MRDY，正反转）信号异常。
1．检查主轴单元主接触器是否吸合，如果没有吸合，则查急停输入，或MRDY（机械准备好信号）或参数F01设定错误。
堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器
堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器
李晓莉;石顺祥;赵卫;刘红军
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2010(39)7
【摘要】以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11mJ,能量稳定性小于2%rms,8nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.
【总页数】4页(P1235-1238)
【关键词】激光放大器;参量振荡器与放大器;超快激光;超快技术
【作者】李晓莉;石顺祥;赵卫;刘红军
【作者单位】西安电子科技大学技术物理学院;中国科学院西安光学机密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】
1.稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计 [J], 邓青华;刘勇;丁磊;谢旭东;唐军;高松;陈远斌;陈林;刘建国;王正辉;卢振华
2.光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究 [J], 黄小军;张树葵;袁晓东;王晓
东
3.基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大 [J], 叶荣;钟哲强;吴显云
4.高效三通光参量啁啾脉冲放大器 [J], 李晓莉;石顺祥;刘红军;赵卫
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晶闸管及其触发电路简介
在风电变流器中，晶闸管用于实现风能发电的整流和 逆变。
储能系统
晶闸管在储能系统中用于实现充放电控制和直流交流 转换等功能。
晶闸管与其他电子器件的集成和优化
集成化控制电路
将晶闸管与控制电路集成在一起，实现高效、紧 凑的电力电子系统。
混合式电路
将晶闸管与其他电子器件（如二极管、晶体管等） 混合使用，实现特定功能的电路。
在异常情况下，触发电路可以起 到保护晶闸管的作用，防止其过 热或损坏。
触发电路的种类生脉冲信号触发晶闸管。
晶体管触发电路
利用晶体管的开关特性产生脉冲信号触发晶闸管。
IC集成触发电路
利用集成电路产生脉冲信号触发晶闸管，具有精度高、可靠性高、 体积小等优点。
02
触发电路简介
触发电路的作用
控制晶闸管的导通和关断
触发电路的主要作用是通过提供触发信号来控制晶闸管的 导通和关断，从而实现电路的开关控制。
保证电路的稳定运行
触发电路可以保证晶闸管在适当的时刻导通或关断，从而 保证整个电路的稳定运行，避免因晶闸管误动作而引起的 电路故障。
提高电路的效率
触发电路的设计可以优化晶闸管的导通和关断时间，从而 提高电路的效率，减少能源的浪费。
系统级封装
将多个晶闸管和其他电子器件封装在一个封装内， 实现系统级优化和集成。
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THANKS
宽禁带半导体材料的应用
宽禁带半导体材料如硅碳化物和氮化镓具有高临 界击穿电场和高电子饱和速度等优点，应用在晶 闸管中可提高其性能。
智能控制和集成化
将晶闸管与传感器、控制电路等集成在一起，实 现智能控制和集成化，提高系统的可靠性和效率。
晶闸管在新能源领域的应用
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放大节通常由高增益的运算放大器和一个反馈 网络组成，通常采用负反馈方法。
• 不采用一个大的放大单元而采用若干放大节串接的原因： 谱仪放大器除了放大信号之外还要完成滤波成形的功 能，需要若干级微分和积分电路，这些电路之间一般 要求有隔离节； 同时由于一个大的放大单元内，加以深度负反馈时很 容易引起自激振荡。
脉冲成形电路简介
• 无源阻容滤波成形 • 有源滤波成形
无源阻容滤波成形
CR-(RC)m滤波成形电路
C1 A=1 Q vi(t) Cf R1 C2 R2 A=1 C3
起隔离作用，减小滤波成形 电路之间的相互影响
R3 A=1
Rm+1 vo(t) Cm+1
R1=R2=….=Rm+1=R，C1=C2=….=Cm+1=C 最佳滤波原理：RC时间常数相同时信噪比最佳。
• 一般的集成运放是无法满足核电子学的要求的，必须对集 成运放提出一些要求： 上升速率：谱仪放大器的放大节要有快的上升速率； 相位补偿：负反馈电路，在频率变化时会产生附加的 相移，可能产生自激振荡。必须进行相位补偿。
相位补偿电路
集成运放放大节举例（一）
退耦电路
输出限幅
3160 348 Af ~ 10 348
谱仪放大器的功能
主要功能是放大和成形。 • 放大：将前置放大器的输出信号进一步放大，以便于 后面的电路对其进行处理和分析。
• 成形：将前置放大器的输出信号成形为一定形状，既 满足后续分析测量设备的要求，有利于高计数率下工 作，并可以进一步提高信噪比。
谱仪放大器的放大环节
• 定义：一个谱仪放大器一般由若干个负反馈放大单元串接 组成，每个放大单元称为一个放大节。
集成运放放大节举例（二）
相位补偿 T1、T2为输出级 提供正负电源
匹配电阻
6.81 Af ~ 5 .6 1.21
集成运放构成的放大节电路特点（重点）
• 负反馈 • 快的上升时间 • 相位补偿
谱仪放大器的滤波成形
滤波：为了提高信噪比，在频域中滤去不想要的某 些频率。 成形：在时域中将信号成形为某种形状。
理论分析表明，当电荷灵敏前置放大器输出的阶跃脉 冲信号被成形为无限宽尖顶脉冲时，可以达到最佳信 噪比。 -----最佳滤波原理
谱仪放大器中滤波成形电路的最终目的就是把电荷 灵敏前置放大器输出的阶跃脉冲成形为准高斯型脉 冲，即可得到较好的信噪比，顶部还保持一定的 宽度，能满足后续分析测量电路的要求。
(s
1 1
)m 1
由拉氏变换
L[t e u (t )]
n
t
n! ( s ) n1
那么CR-(RC)m滤波成形电路的输出信号为
Q t m Vo(t ) ( ) e u(t ) m! Cf
t
(1) 输入为阶跃电压时，输出为单极性脉冲； (2) 随着m的增加，脉冲幅度变小，峰位后移，脉冲宽度增 加，且峰两边趋于对称。 (3) 从信噪比和实际应用来考虑，m=4时所成的准高斯波形 已可以满足实际的需要。
传递函数为
H(s) R R ( 1 sC )m sRC 1 sRC s ( )m sRC 1 sRC 1 (sRC 1)m 1 (s 1)m 1
1 1 R sC sC Q Vi(s) Cf s
Vo(s ) Vi(s )H(s )
Q s Q Cf s (s 1)m 1 Cf m
有源滤波成形
将滤波网络接在起隔离作用的放大器的反馈网 络中，则构成有源滤波器。 假设放大器具有理想的特性： • 输入阻抗无限大 • 输出阻抗为0 • 开环增益无穷大且与频率无关。
有源滤波成形电路（一）
H(s) Vo(s) Vi(s)
R3 C // R3 R2 // C1 1 R R2 2 1 R2 R1 R2 // C1 1 s 1 1 s 2
运算放大器可以由分立元件组成，随着集成电路技术的发展， 集成运算放大器在带宽、转换速率、负载等方面的性能的提高， 可以用来作为核电子学仪器中的放大节，使电路设计得到简化。
Rf Af R Ri R Ro 0
Rf Af 1 R Ri Ro 0
粗调
细调
核电子学中对放大节电路的要求
C
v(t)
vo(t)
t v(t)
vo(t)
t
R
t
t
1.0
reletive magnitude
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
1.0
i=50s
0
20
reletive magnitude
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 0 20
40 60 80 t(s) =6s i=50s
脉冲放大器 （主放大器）
探测器 辐射源 高压
前放
主放
分析测量 设备
主放大器又称脉冲放大器 • 谱仪放大器（核辐射能量分析中的线性放大器）
• 宽带放大器（核辐射时间分析中的快放大器）
电荷灵敏前放的输出信号
堆积信号很难进行放大，因为信 号很容易使放大器阻塞而失去 放大功能，而且后面分析测量 设备也无法进行正常的分析及 处理
100
40
60
80
100
t(s)
放大器的输入信号（即前置放大器的输出信号）有一个缓慢衰 减的后沿（一般为50s），微分后信号将具有一个与输入信号 相同大时间常数的尾部。如果输入信号幅度超过正常范围上百 倍、上千倍，过大的尾部使放大器长时间进入非线性区（幅度 过载，放大器的阻塞）。从过载输出信号产生时刻起到其基 线恢复到零的时间称为过载信号基线恢复时间。放大器发生过 载要经过相当长的时间才能恢复。 去除下冲，极零相消
主要任务： • 使输出信号的形状满足后续分析测量设备的要求 • 抑制系统的噪声，使系统信噪比最佳
成形电路的要求
1) 系统应是线性的。 2) 成形电路宽度尽量窄，减小信号堆积。 3) 要求产生无下冲单极性信号，避免过大信号下冲使放大器进 入非线性区。 4) 成形脉冲顶部比较平坦，以免探测器收集时间变化对能量分 辨率产生影响。同时适合于接幅度分析器。 5) 成形电路尽可能简单，时间常数或脉冲宽度可以调节。 6) 时间测量中，要求信号成形电路能提供精确的时间信息，电 路与能量谱仪中有所不同。