功率计范文1
一、有关教材和教学对象
《高中课程标准》中对《功率》的教学要求为二类，因此本节课的内容是本章的重点和难点。学好本节课的内容是对理解功的概念的进一步，对后面学习电功率也有铺垫的益处。《功率》是一节典型的概念课，是从新的角度对功进行深入探讨和衡量，深化对功的概念的理解。由于功率在生活、生产中应用很广，所以这节课是架起理论与实际联系的桥梁，使抽象知识具体化，我想这也是教材的编写意图。高中的学生有一定的思维能力和自主学习能力，所以本节课我将立足引导学生学习为主，这不仅体现了我的教学理念，而且能让学生更多地体会自主学习并获得知识的乐趣，激发学习热情。因此本节课我制订了如下的三维学习目标。
（一）知识与技能
1.理解功率概念及额定功率和实际功率，平均功率和瞬时功率。
2.会利用P=W/t，P=Fv进行相关的计算。
（二）过程与方法
通过讨论，体会物理学研究问题的方法，了解功率的物理意义。
（三）情感、态度与价值观
1.感知功率在生活中的实际作用，提高学习物理的兴趣和意识。
2.通过瓦特的介绍，体会物理为社会发展带来的推动。
二、有关教学方法
个人认为一节好课一定是能选择恰当的教学策略与方法，引领学生进行自主、研究与合作的学习，并且注重知识的形成过程和学习方法的传授。因此本节课我将采用情境激学法（创设问题情境，引发学习兴趣，调动学生的内在学习动力，促使学生主动学习）；目标导学法（利用学案明确学习目标及过程，使学生学有方向，有的放矢，促使学生积极探索、发现）；讨论法；归纳法，最大限度地调动学生参与教学活动的积极性，充分体现“教师主导，学生主体”的“双主体”的教学思想。
三、有关教学程序预设
本节课我将使用物理教材中标志性的人物“闪电一毛”的动画视频带领学生进入本节课的学习，以一毛的所见、所想为主线，通过学生们帮助一毛解决问题来达成本节课的三维学习目标。
首先，通过一毛对牛犁地和机械化耕种来引入比较做功的快慢，并结合导学案上的问题一探究表格，引导学生通过有方向的思考和讨论，得出正确的结论，并且给出功率的物理意义、定义、定义式、单位，并通过投影仪来展示学生的学案，体现主体学习成果。而且在回答问题的过程中加入有效的竞争机制，进一步激发学生的学习热情。
其次，通过一毛乘坐的三轮机动车和汽车的比较，解决一毛有关力与速度关系的困惑。并通过该部分探究问题的讨论，认识一些用电器的铭牌，进而突破平均功率和瞬时功率、额定功率和实际功率这两个教学难点。
再次，学生将进入我为本节课精心设计的练习环节，我们知道目的明确，坡度适宜，内容适中的练习能帮助学生巩固新知识，并有利于物理概念的理解和物理规律的应用。我会让学生把过程和结果写在预设在学案上的问题下面，借助投影仪把成果进行展示，充分检验本节课的学习效果。当然练习也与一毛离不开，因为练习题目的情景就出现在一毛回家的路上。
好的板书设计，会对教学起到很大的帮助，因此本节课的板书我有两大坚持：坚持布局清晰化，坚持简约明了化，这样不仅能给学生带来美的视觉享受，更能使需重点掌握的知识一目了然，尽收眼底。
最后的作业布置为：查阅资料，体会生活中功率的应用的开放性作业。它所起的作用是进一步巩固所学知识，并体会物理学习为日常生活现象的解释带来的便利。
四、有关教学效果预测
一是目标达成度预测。本节课是概念课，学生在初中就接触过相关的学习内容，为知识与技能目标做了很好的铺垫，通过特色情景预设，使重难点的突破顺理成章，相互的讨论与协作促进了过程与方法目标的达成，瓦特的介绍及生活实际的引入更突出了物理学对社会发展的促进，体现生活处处有物理的精彩。
功率计范文2
授课地点：物理实验室
授课教师：
授课时间：1课时
仪器材料：PZ220-25、PZ220-60、2.5V 0.3A、3.8V 0.3A、学生电源、开关、电压表、电流表、导线等。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）知道电功率是表示消耗电能的快慢，理解电功率的概念；
（2）知道电功率的单位有W和KW；
（3）会用电功率的公式进行简单的计算；
（4）了解电功率的大小是仪器的主要指标之一。
2.过程与方法
（1）通过探究电功率与用电器中电流和电压的关系，进一步学习科学研究的基本方法——控制变量法，体会探究过程和科学方法的重要性；
（2）通过电器的铭牌比较它们的功率大小，培养节能意识。
3.情感、态度和价值观
(1)通过实验探究，培养学生实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神，激发学习物理知识的兴趣；
(2)通过交流讨论，使学生学会与人交流自己的见解，学会倾听别人的见解，有与他人合作的意识，认识到交流合作的重要性；
（3）通过观察铭牌，计算电功，培养节能意识。
【教学重点】
电功率的概念、公式
【教学难点】
电功率的概念，用电功率的公式进行计算。
【教学过程】
教师活动设计
学生活动设计
一、引入新课
教师：你家装修房子采购了两种不同规格的灯泡，有60W和25W的；根据需要客厅、书房的灯要亮些，卧室、厕所里的灯要暗些，如果让同学们从中选择，你会怎么选？为什么？
同学们根据已有生活经验进行判断选择：客厅、书房安装60W的灯泡；卧室、厕所里安装25W的灯泡。
原因：60W的电灯泡比25W的更亮。
二、认识电功率
教师：演示60W和25W灯泡正常工作情况；
问1：电灯泡工作时能量是如何转化的？从刚才实验看出60W的电灯泡比25W的更亮，这说明什么问题呢？
问2：怎样来比较电流做功的快慢呢？
学生观察灯泡亮度
电能转化为光能和热能；这表明相同时间内60W的电灯泡把更多的电能转化为光能和热能。（也就是说电流做功有快慢之分。）
教师类比启发：
（1）怎样比较物体运动的快慢？
（2）怎样比较力对物体做功的快慢？
（3）可以怎样来比较电流做功的快慢呢？
学生思考并回答：
（1）利用物体单位时间内通过的路程（即速度）；
（2）利用物体单位时间内完成的功（即功率）；
（3）单位时间电流所做的功。
教师：物理学中就引进了一个十分重要的物理量来描述电流做功的快慢，它就是电功率。从刚才的比较中得出应该怎么来描述电功率呢？
电功率就是电流在单位时间内所做的功。
如果用Ρ表示电功率，用W表示电功，用t表示通电时间，用数学公式就应该这样表示：
引导学生说出其物理意义、数值和单位
教师：但在工农业生产上的用电器，如起重机上的电动机，功率往往很大，这时就要用更大的单位千瓦（kW）来表示。1kW=1000W
如农田灌溉时用来带动水泵的电动机，功率大约在几千瓦到几十千瓦之间。
电功率在数值上等于电流在单位时间内所做的功。
当电功的单位是焦（J），时间的单位是秒（S），电功率的单位就是焦/秒（J/S），常用瓦特（W）来表示。
学生熟悉电功率的常用单位。
平常我们说40W的灯泡、150W的电视机说的就是电功率。电功率是家用电器的一项重要性能指标，在各种用电器的铭牌和说明书中都有标示，请同学们仔细观察课本图7-2-2并思考讨论：
（1）该电视机正常工作时的电功率是多少？表示什么意思？（2）看两小时电视要消耗多少电能？
教师说明：计算时只要单位配套使用即可，计算日常生活中用电时消耗的电能用此方法更简便。
学生观察后回答：（1）该电视机正常工作时的电功率是140W；表示它1s消耗电能140J
（2）由公式，可得
或：
学生了解单位的配套使用
（1）P—W,t—S,W—J；
（2）P—KW,t—h,W—KWh.
教师：请同学们利用所学知识分析一下，要节约电能可以从哪些方面着手？
学生：根据公式W=Pt，可以在不改变用电时间的情况下，尽可能的减小用电器的功率；也可以在不减小用电功率的情况下，减少用电时间，如养成随手关灯的习惯等。当然可以同时考虑。
三、探究电功率跟电流、电压的关系。1.提出问题，进行猜想与假设
教师：不同的用电器工作时其电功率一般不同，请同学们猜想一下影响电功率大小的因素可能是什么？把你的猜想写下来，然后与组员讨论，提出共同猜想的影响因素。
教师在教室里巡视，引导督促学生进行猜想，避免学生盲目猜想。
学生猜想假设：
（1）可能与两端的电压有关；
（2）可能与通过的电流有关；
（3）可能与用电器的电阻有关
…………
学生各自猜想后，与小组成员进行讨论，提出小组成员共同赞成的猜想，在班级里进行交流，每个小组选出一位代表与全班同学交流本组的猜想。
教师将学生主要提出的猜想列在黑板上。帮助学生排除掉一些不必要的因素，确定出需要探究的猜想。
学生在教师的指导下，确定出可能影响的因素。明确只需探究电功率跟电压、电流的关系。
2.设计实验，进行实验
教师：以小组为单位进行讨论，设计一个验证我们提出的猜想的实验方案，画出电路图。
学生思考讨论，设计实验方案，画出电路图，各小组内进行方案交流。
教师：每组派代表与大家交流你们小组的实验方案。
教师指导学生交流，强调研究方法---控制变量法。
学生交流讨论得出实验方案。
通过观察灯泡的亮度来判断灯泡电功率的大小，操作如下：（1）将小灯泡串联，保持电流相等，测量灯泡两端的电压；（2）将小灯泡并联，保持电压相等，测量灯泡的电流。
教师：根据实验方案，选择实验仪器，分小组进行实验。
教师巡视指导学生实验。
学生进行实验。
3.收集数据、分析论证
教师：请设计表格，记录实验数据，并且进行分析。
教师对学生进行适时指导。
学生设计表格，收集数据，进行分析，得出小组结论。
4.交流讨论
教师组织、指导学生交流讨论得出实验结果。
小组选出代表汇报实验结果，全班进行交流讨论，得到结论：（1）通过用电器的电流相同时，用电器上的电压越大，电功率越大；（2）用电器两端的电压相同时，通过用电器的电流越大，电功率越大。
5.评估
教师：实验设计有没有不合理的地方？操作中有没有失误？测量数据与所得结论是否可靠？
学生审查思考
教师：进一步实验发现：电功率等于电压与电流的乘积。
即P=UI
公式中I表示电流，单位是安(A)，U表示电压，单位是伏（V），P表示电功率，单位是瓦（W）．
学生领会两个计算电功率的公式：
（1）
（2）P=UI
推导出公式：W=UIt.
四、例题
教师引导学生解答课本例1；
教师：有无办法直接由电压和电功率求出电阻？
学生尝试完成例1和“自我评价”第3题。
教师引导学生解答课本例2并启发学生完成讨论交流----电流过大的原因。
学生尝试完成
五、课堂小结
本节课我们探究了电功率，知道了电功率的概念、计算公式、单位；并能利用所学知识进行计算，解决实际问题。
六、课堂练习
“发展空间”之“自我评价”剩余部分
七、课后练习
活动手册中的练习。
【实践活动】
利用电能表和秒表测某家用电器的电功率。提醒学生一定要注意安全，最好在家长的陪同下完成。
【教学反馈】
电功率的概念是本节内容重点和难点之一，要巧妙地利用前面所学“速度”和“功率”的概念进行类比，使概念的得出水到渠成。探究电功率跟电压和电流关系的实验，是一个完整的探究活动，要让学生在前面实验探究基础上进一步体会探究的各个环节，让学生在科学探究的过程中体会科学思想和科学方法，培养学生的科学探究能力。本课要根据实际情境设计问题让同学解答，在解题中激发兴趣。
功率计范文3
论文关键词：功率放大器,逆,类,高效率,线性度
无线通信技术的发展对大功率射频发射前端需求的提高，加剧了通信系统线性度与效率之间的矛盾。虽然当前新的技术和产品不断涌现，GaNHEMT以及HBT晶体管开始在应用于无线通信系统，但因其昂贵的价格、稳定性、偏置电压等诸多因素的制约，还未成为主流设计产品。LDMOS晶体管作为当前主流功率放大晶体管，功率等级也不断提高。随着输出功率的提高，要求设计者采用合适的放大结构在功率回退的基础之上维持线性度与效率之间平衡，诸如：DOHERTY结构等。
本文采用LDMOS晶体管，设计逆F类功率放大器，在维持一定线性度的情况下提高效率达8%。
一、逆F类功率放大器原理
F类功率放大器就是基波和谐波负载阻抗用短路端阻抗和开路峰值来控制器件集电极（或漏极）电压和电流波形，以得到最大的效率。通过使用具有无耗传输线与具有无限品质因数的谐振回路相串联来实现集电极方波电压和半正弦波电流波形。工作于理想F类的放大器具有100%的集电极效率。
逆F类功率放大器具有与F类功率放大器相反的电压电流波形----方波电流与半正弦波电压，如图1所示。在这种情况下，最大输出电流波形幅度较小，减小了由于寄生电阻引起的两端电压以及集总参数电感上的损耗。
图1逆F类的理想电流和电压波形
逆F类功率放大器基波电流和电压分量分别由下式确定：
（1）
（2）
基波功率如下：
（3）
在这种情况下，理想的逆F类集电极效率可达100%，因为电流和电压之间无交叠部分。100%理想集电极效率下的器件集电极阻抗条件必须是
n为奇数（4）
n为偶数
理想逆F类功率放大器不能仅用一段传输线提供电压三阶和高阶奇次谐波短路终端，这一点与传统F类功率放大器仅用一段传输线实现偶次谐波短路终端不同。图2为逆F类等效输出阻抗峰化电路。
图2等效传输线匹配电路
逆F类基频分量下传输线的电长度，如下式所示：
（5）
公式（1）给出了理想F类工作的电压与电流波形。由傅里叶分析可知奇次谐波的总和构成了方波电压，基波和偶次谐波的总和近似为半个正弦电流形状。时域上没有交叠的电压、电流波形决定了100%集电极效率。随着工作频率的提高，实际F类和逆F类功率放大器输入输出匹配电路设计时，很难实现对超过三次的谐波进行合理的短路或峰化设计。
二、逆F类功率放大器的仿真设计
1、输入匹配电路设计
根据FREESCALE公司MRF7S27130的技术资料，在ADS仿真软件中进行SOURCE-PULL仿真获得最佳源阻抗=4.2+j*0.8。输入匹配仿真电路设计及S参数仿真如图3、图4所示：
图3逆F功率放大器输入匹配电路
图4输入匹配电路S参数仿真
2、输出匹配电路设计
根据逆F类功率放大器的原理，输出匹配电路设计是关键。根据MRF7S27130的技术资料及LOAD-PULL技术确定最佳负载阻抗=2.76+j*4.084。同时要通过短支截线实现偶次谐波开路及奇次谐波短路，以达到晶体管漏极输出电压半正弦波及漏极输出电流方波的目的。由于晶体管的工作于2.6GHZ频段，各次谐波均有较的频率，力争做到对其二次谐波及三次谐波的控制。仿真过程中要通过SMITH-CHART准确控制二次谐波点开路，三次谐波短路。图5、图6和图7是仿真电路图及仿真结果：
图5逆F类功率放大器输出匹配电路
图6输出电路S参数结果
图7输出电路S参数SmithChart结果
三、逆F类功率放大器制作与实测结果
选Freescale公司MRF7S27130LDMOS管，基板选材罗杰斯-4350，介电常数3.48，板厚道0.508mm，铜厚0.05mm。为了增强功率放大器的散热及良好的接地性能设计纯铜底座一个。
输出匹配电路及栅极偏置将是逆F类功率放大器调试的重难点所在，为此设计者务必反复实验以获得逆F类放大器的最佳性能参数。以下图表是逆F类放大器的实物图及测试结果。
图7逆F类放大器实物
图8AB类与逆F类漏极效率比较图
图9AB类与逆F类二次三次谐波抑制比较图
四、结论
通过仿真及实物验证，在大功率输出情况下逆F类功率放大器获得了比AB类功率放大器高的效率。但大功率开关模式放大器都带来线性度较差的问题，这需要设计都在线性度与效率之间做出权衡。
参考文献
1 Doherty W H., A new high efficiency amplifier for modulated waves, Proc. IRE, vol.24, Sept.1936,pp.1163-1182.
功率计范文4
电功、电功率和电热的计算是初中物理的重要内容和基础，在计算时，首先要搞清什么是纯电阻电路和非纯电阻电路。所谓纯电阻电路是指只含有电阻的电路，电流通过时，把电能全部转化为内能，即W=Q；电路中如果有电风扇、电动机等用电器，电流通过时消耗的大部分电能转化为机械能，只有少部分电能转化为内能，这样的电路是非纯电阻电路。
一、纯电阻电路的计算公式
在初中阶段属于纯电阻电路的用电器有：电热水器、电饭锅、电熨斗、电炉、电烙铁、电烤箱、电热毯等。①电功和电热的计算公式：
例1：某保温电热水壶的电路图如图所示，电热水壶有加热和保温两种状态（由机内温控开关S2自动控制），其铭牌技术参数如图表中所示。（不考虑温度对电阻值的影响）求：⑴开关S1、S2均闭合时，电热水壶处于哪种工作状态？ ⑵电阻R1、R2的阻值分别是多少？
⑶将温度为20℃，质量为2kg的水烧开，需要26min，那么电热水壶把电能转化为内能的效率是多大？
[c水= 4.2×103J/（kg？℃） 标准大气压下]
分析：电热水壶属于纯电阻电路，解题思路与例1基本相同，只是在第三问中涉及了能量的转化和效率。水烧开吸收的热量是由消耗的电能转化而来的，用来做有用功，因此，电热水壶把电能转化为内能的效率就是水烧开吸收的热量与烧水消耗的总电能的比值。
解：⑴由公式
例2：一台直流电动机，其电阻是0.5？，加在它两端的电压是220V，正常运转时通过它的电流是20A，试计算1h内电动机消耗的电能、产生的热量和产生的机械能。
分析：电动机不是纯电阻电路，因此，消耗的电能的计算公式用W=UIt ，产生热量的计算公式用2 QI Rt=；消耗的电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能，故电能与电热之差就是电动机的机械能。另外，在计算之前，先根据题设条件进行单位换算。
⑴1h=3600s 电动机消耗的电能
例3：将一台“220V 100W”的电风扇、一个“220V 100W”的充电器、一把“220V 100W”的电烙铁分别接入220V的电源上，在相同的时间内，电流通过它们产生的热量最多的是（ ）
功率计范文5
关键词：工业电力用户；无功功率；计量收费
1概述
在电力输送时，整个电网系统需要承担有功和无功两种功率，其中有功功功率是指把电能转化成其他能量而得出的功率；无功功率是指所有电气设备在各种元件工作时由于电力磁场的建立而消耗的电功率。整个电力系统中，电能功率影响因数的重要组成部分就是无功功率，其大小对电压的质量将产生直接影响。如果出现无功率不足状态，电网的电压就会降低；如果出现无功率过剩状态，电网电压又会升高。高低不稳的电压对整个电网的供电质量产生非常严重的影响，并且会威胁到各种设备的运行安全性。同时，若输送电能时存在的无功功率较大，电力系统很大份额的容量就会被占用，增加投资。
2无功功率的作用
无功功率在整个电网中发挥着巨大的作用。机械的运动是靠电动机转子的转动带动起来的，而转子的转动是需要电动机建立并维持旋转磁场，而无功功率就是旋转磁场建立的关键。同样，变压器也离不开无功功率，只有在无功功率的作用下，变压器的一次线圈才会出现磁场，二次线圈才会有感应电压出现。由此可见，离开无功功率，电动机将无法转动，变压器也实现不了变压的功能，不会出现交流接触器吸合的现象[1]。电网正常运作的状态下，各种设备不仅需要电源提供有功功率，无功功率也是必不可少的。无功补偿的作用主要是增强设备的功率因数，达到降低设备功率及容量损耗、增强电压的稳定性及供电质量的良好效果，增强长距离输电中输电能力及稳定性，并实现三相负荷无功与有功功率的平衡。通过并联电容器的安装来实现无功补偿，对于无功功率在电网中的传输有一定的限制作用，降低线路电压损耗，增强配电网电压的质量[2]。
3无功功率平衡的重要意义
供电质量的优劣将直接影响到用户电压的稳定性，这就要求相关供电部门必须要采取有效措施保证供电质量，以良好的服务用户，这就充分体现出平衡的无功功率的关键性作用。在人们的日常生活及生产中，所用的各种设备的设计制造都是按照额定电压来进行的，只有在额定电压的状态下，这些设备才可以正常高效的运行。一旦电压偏离额定值，且不在规定范围后，将会严重影响个用电设备的运行，严重的还会出现安全隐患。如异步电动机，它的电磁转矩和它的端电压平方是存在正比关系的，如果电压降低百分之十，电磁转矩会降低大约百分之十九，在这种情况下，若电动机拖动的机械负载阻力没有发生变化，就会出现电动机转差率升高的现象，发热增多，提高绕组温度，这就会使绝缘介质的老化加剧，降低使用寿命。而过低的电压又会导致用户照明不足等，对人们的工作效率及视力等都会产生影响。此外，过大的电压也会影响电力系统本身，过低的电压还会加大能量及功率的损耗，并对整个电力系统运行的稳定性产生严重影响。由此可见，平衡的无功功率对于整个供电系统的正常高效运行有着非常重要的意义[3]。
4缺少无功率的危害
根据电力系统实际运行过程中出现问题，当缺少无功率从时，不仅会影响用户的正常用电，同时，无功负荷和无功电源都将处在低电压的状态下，也增加了电力系统的损耗，影响了电力设备的正常使用年限，给电力企业把的效益带来很大的损失。缺少无功功率给电力系统带来的实际危害分述如下。
4.1影响用电设备的正常使用
在电力系统实际运行过程中，用电设备占据重要的作用，是保护电力系统正常运行的关键。但是，如果出现了无功功率不足的情况，不仅会降低电力系统中功率因数和电压，经过长时间的运行，还会给用电设备带来很大的损失，影响用电设备的使用年限，甚至出现电压崩溃的事故，进而带来更大范围的影响，不利于电力企业效益的提升[4]。
4.2增大了电能损耗
当在电力系统实际运行过程中，出现无功功率不足的情况，就会不断降低电力功率和电压，从而就不能充分发挥电气传输设备的作用，进而不断增加电能损耗，这样不仅给电力企业的效益带来很大影响，增加了电力输送成本，同时，也影响了用户的正常用电。
5改善无功收费措施
通过上文所写，随着我国电力系统的快速发展，我国电力企业的功能日趋完善，极大的提高了人们生活的便捷程度，但是，在电力系统正常运行过程中，还存在很多问题，尤其是无功收费问题，在很大程度上影响了电力企业的效益，同时，由于无功功率的不足，还会给电力设备带来很大的损失，因此，改善无功收费就十分必要。第一，在我国市场经济不断发展的前提下，我国电力系统的无功收费还存在着商业和工业价格相同的情况，这就导致在实际运行过程中存在很多问题，如无功收费不易进行，且不直观。现阶段，我国政府正在积极改革售电的价格结构，将普通工业、非居民照明用电、商业用电和工业用电等，都进行了一定的合并规划，合并成一般工业和商业以及其他类型的用电，用电类型的不同，其自身功率因数达到的标准也不尽相同，但是，如果在进行电费价格确定时，依然根据功率因数做出调整，这样就不利于电力企业进行电费的收取，因此，无功功率在实际收费方式的选择上应该按照用户的实际用电情况，这样不仅更加简单操作，同时更加的透明、直观，利用用电企业的发展[5]。第二，电力企业进行无功收费，在很大程度上利于电力价格朝着市场调节角度发展，在电力系统中的无功源，向这些提供电压控制以及无功备用的辅助服务，这样可以维持电力系统在电压的规定范围之内，同时，在市场作用下，电力企业应该按量收费，系统进行了无功的计量，这样在进行收费时更加的合理。第三，进行无功收费的方式简单易操作，因而就不需要对电表进行改造，对与用户和电力企业，这种收费方式存在很大的明确性，对于用户而言，这种收费方式十分精确。而针对电力企业而言，这种收费方式，省去了其中的复杂操作环节，从而提高了收费的精确度。同时，这种无功电能表，在实际安装过程中，安装有防盗装置，用户也不需要对电能表进行改造，这样也就不会增加电网的投资成本，利于我国电力企业的发展。
6结束语
研究电力系统无功功率计量收费对于促进整个电力行业的快速发展有着重要意义。分析无功功率缺少状态下可能存在的各种危害，并借鉴国外先进的计量收费政策，有针对性的采取措施来对我国的无功功率计量收费状态进行改进，以促进我国无功功率计量收费的快速发展，为我国整个电力行业的发展做出贡献。
参考文献
[1]王卓勇，石晔.工业电力用户无功功率收费问题的探讨[J].衡水学院学报，2014，4：112-114.
[2]龚昱，蒋传文，李明炜，等.基于复功率潮流追踪的电力用户侧碳排放计量[J].电力系统自动化，2014，17：113-117.
[3]朱成章.搞好无功补偿可以节约大量电能[J].节能，2005，12：7-9.
[4]郑厚清，高效.功率因数无功电量收费机制研究[J].中国电力，2013，5：90-93.
功率计范文6
关键词：GaN HEMT；平面式；内匹配；高效率；偏置电路
中图分类号：TN454 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0207-03
Abstract：With the excellent characteristics of high power density， high working efficiency and high operating temperature， the GaN high electron mobility transistor （HEMT） is widely used in military electronic equipment and weapon system. As the increases of active array based on the solid-state power amplifier （PA）， high power， high efficiency and pint-sized power amplifier will be the principal choice in active phased array radar（APAR）， In this paper， a novel bias circuit was proposed to realize a complanate， miniaturized and high efficiency internal matched GaN power amplifier， which can be easily integrated in T/R modules. The experiment results show that the maximum output power is more than 80 W， the power added efficiency is more than 65% and the power gain is greater than 12 dB across the band of 3.1-3.4 GHz. The external dimensions of the device is only 15 mm*6.6 mm*0.8 mm. By RF accelerated life test and multi-batch on line test， the products completely meet the requirements of the APAR.
Key Words：GaN HEMT； Complanate； Internally Matched； High Efficiency； Bias Circuit
宽禁带材料具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点，成为制作大功率、高频、高压、高温及抗辐照电子器件的理想材料。近年来，SiC单晶生长技术和GaN异质结外延技术的不断成熟，宽禁带功率半导体器件的研制和应用得到迅速发展。随着有源相控阵雷达阵面的增加，整机单位对T/R组件核心器件GaN功率放大器的小型化，高效率等指标要求越来越高[1-4]。
针对GaN功率放大器的小型化和高效率需求，本文通过采用新颖的偏置电路及平面式设计，解决了传统电路体积大、损耗大的技术难题，实现了一款便于TR组件内部集成的平面式功率放大器。文章首先介绍了功率管中所用到的GaN管芯，然后论述了平面式功率放大器的匹配电路设计、直流偏置设计、工艺实现、微波性能及功率管的可靠性试验[5-6]。
1 GaN鲂в晶体管芯
本文设计的功率放大器采用自主研制的GaN管芯（见图1）进行两胞合成，管芯通过金锡焊料直接烧结在金属载体片中实现的良好散热，并通过金丝与匹配元件进行互联，在+28V电压下，每毫米栅宽功率密度可达3W以上。
2 平面式功率放大器的设计及实现
本文基于管芯的参数模型设计了偏置电路及输入输出匹配网络，将GaN晶体管的输入输出阻抗匹配到50欧姆。
匹配电路通常采用“T”型LCL低通滤波网络[7]将晶体管的输入输出阻抗转换为实数阻抗，其中键合引线电感在满足电路匹配的同时实现器件和微带电路的电气互连。由于键合线不仅是微波通路，更是直流通路，一根键合线的承受电流能力有限，因此电感L通常由n根键合引线实现。
电容C为高阶陶瓷平板电容，常用作电容的介质有A12O3、SiO2、Si3N4及GaAs等，电容的长度为a，宽度为b，t为电容介质厚度，容量C的计算公式[8]为：
在通用的电容值范围，修正常数k一般在1.2～1.8范围内，a和b越小，t越大，k的值通常也越大。
输入输出网络中的功分器采用微带结构，在实现阻抗变换的同时实现微波信号的功分输入及功率合成输出。本文的介质基板选用介电常数为9.9厚度为0.254mm的氧化铝陶瓷。
理想的直流偏置电路应该是相对端口阻抗呈现高阻状态，且带线越细阻抗越高，扼流效果越好。传统内匹配功率放大器（如图2）直流偏置电路通常是在50欧姆端口处采用1/4波长线与扇形线或对地短路电容相结合的方法实现，该方式存在扼流线过长的问题。为实现良好的扼流效果，同时实现小型化设计，本文对传统的直流偏置电路进行了改进，采用在阻抗较低的位置进行直流偏置设计，同时将偏置电路参与电路的匹配，将偏置电路的尺寸缩小为原来的1/2，整个电路的拓扑结构如图3所示[9]。
整个功率模块的匹配电路通过微组装工艺集成在长度为15mm，宽度为6.6mm，厚度为0.5mm的钼铜载体上（如图4），钼铜具有良好的导热性能以及与GaN管芯相近的热膨胀系数。
平面式设计突破了以往金属陶瓷管壳与微组装工艺不兼容的使用限制，使得功率器件可以与其它元器件同烧结，共键合。小型化平面式设计在大型相控阵雷达T/R组件中拥有封装功率器件无法比拟的应用前景[10]。
3 测试结果及可靠性验证
以如图5所示建立微波大功率测试系统，被测器件的输入功率通过耦合器进行实时监测，输出信号经过大功率衰减器进入功率计[11]。
经测试，在栅压为-5V，漏压为+28V工作电压下，3.1-3.4GHz频段内放大器输出功率≥80W，功率增益≥12dB，功率附加效率≥65%，部分频点功率附加效率甚至超过70%。图6为输出功率和功率附加效率随频率的测试曲线，图7为功率增益随频率的测试曲线。
我们对该款GaN功率放大器进行了多批次的红外热阻测试，并率先开展了相关的射频加速寿命试验工作。自制的脉冲信号源经过耦合器后进行四路功分分别为密封在盒体中的GaN功率放大器提供所需的激励功率，系统实时监测输入输出功率变化。试验条件为：脉宽1ms，占空比90%，输入功率5W，加热台温度110℃。
四只功率管在高温加电500小时后进行了电性能复测，结果显示：射频输出功率下降
4 结语
采用新颖的直流偏置电路设计，研制出一种S波段平面式GaN功率放大器，在3.1-3.4GHz带宽内，实现了连续波输出功率Pout ≥80W，功率附加效率PAE≥65%，功率增益≥12dB，经过多批次的装配测试及射频加速寿命试验，本文研制的小型化平面式功率放大器具有耐高温，高功率，高效率，高成品率，高可靠性，方便集成等特点。高功率器件的平面化设计将是未来T/R组件小型化的首要选择，该产品将在微波通信、相控阵雷达等系统中得到广泛应用。
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