功率放大电路仿真分析.docx

1、功率放大电路仿真分析12W功率放大电路仿真分析、甲类输出级最常见的甲类输出级电路就是射极跟随器。1、绘制电路图运行Capture CIS程序，新建空白工程，绘制电路图如下:Q2N1420R22k选中晶体管，选择Edit | PSpice Model功能菜单项，打开PSpice Model Editor 窗口，将晶体管放大倍数Bf改为100，如下图，并保存。选择PSpice | New Simulation Profile功能选项或单击丿按钮，打开 NewSimulation对话框，在Name文本框中输入 DC,单击Create按钮，弹出Simulation Setti ngs-DC对话框，设置

2、如下：单击“确定”按钮启动PSpice A/D仿真程序，得到如下图Vo曲线可以看出，当扫描电压小于-7.5V时，输出电压Vo的幅度几乎保持不变， 维持在-8V左右；当扫描电压 Vi大于-7.5V和小于12.8V时，输出电压Vo的幅 度随着输入电压的增加而升高，当扫描电压 Vi大于12.8V时，输出电压Vo的幅度也几乎保持不变，大约在12V。一般希望发射极的输出可以直接接负载电阻，这就要求发射极的输出端的静态直流电位应该设为零，所以较实用的射极跟随器一般采用双电源供电。 如果也采取这种静态直流电位为零，该电路的动态输出范围约为 8V。如果要将电路的动态输出范围调整为 6 V,需改变电阻R1。动态

3、范围最早是信号系统的概念，一个信号系统的动态范围被定义成最大不 失真电平和噪声电平的差。而在实际用途中，多用对数和比值来表示一个信号系 统的动态范围，比如在音频工程中，一个放大器的动态范围可以表示为：D = lg ( Power_max / Power_min) 20；修改电阻R1的值为：RVal,放置Param元件，双击该元件，弹出PropertyEditor元件属性设置窗口，单击“ New Colum n”按钮，按下图进行相关设置。在电路分析中，参数RVal的取值将决定电路中每个RVal的数值，因此称 为全局参数（Global）。进行扫描分析设置，分析类型为 DC Sweepo见下图：启动

4、PSpice A/D仿真程序，弹出如下窗口:Awdihbte SertioTis Profile: SCHEMATICI -DC1Profile： SCHEMATIC WProfile: SCHEMATIC1 -DC -Profile: SCHEMATICI-DC1Profile: ,SCHEMATIC1-DC,E:F5 .al= 1.0000E+03 27.0DegEAPSal= 1.5000E+03 27,0 DegEAPS4 2.0000E+03 27.0 Deg .a = 2 5QLCiE+rn 27.0EAPSal= 3.0000E+03 27.0 DeqAll None先单击ALL

5、，再单击OK，结果如下:V VI图中5条曲线从上到下依次为 1k、1.5k、2k、2.5k、3k。利用Probe的Cursor 工具可以方便地读出五种情况下的动态输出范围，当 R仁2k时，满足动态范围为6V的要求。3、分析电压增益修改电路：双击模块Param的大小属性，将电阻的大小由1k改为2k。修改 输入直流电压源V4的小小为0.721V，选取电压源元件VAC,更名为Vs,大小 设置为3V，电路修改结果如下图。01选择PSpice | New Simulation Profile功能选项或单击一按钮，打开 NewSimulation对话框，在Name文本框中输入 AC,单击“Create按钮

6、，弹出Simulation Setti ngs-AC对话框，设置如下：启动PSpice A/D仿真程序，选择 Trace | Add Trace设置如下:结果如下图4、分析输入电阻启动PSpice A/D仿真程序，选择 Trace | Add Trace设置如下:Add TracesSimulatn Outpit VaiiablesOK | Cancel | Help输出波形如下图:F亡ecpjm匚寸通过光标工具Cursor可以测出输入电阻为91.931K5、分析输出电阻为了测量输出电阻，电路修改如下：将电路中原电压源Vs的大小设置为0, 或直接删除接地；双击电阻R2将其大小调整为2000M或

7、将其开路；在输出端加 以3V的VCA。修改后电路如下图：PSpice A/D仿真程序，选分析仍采用交流扫描分析，其余设置不变，启动择Trace | Add Trace设置如下：Simulation Outpiit VariablesI1VI)13101)IC(Q1) iE(an IS(Q1) V(0| V(N002V2) V(N00463) V(N01008) v(ai：b) V(Q1:c) V(01;el V(R1：1 V(R1:2) V(V4：+) V(V4:- Wco) V(Vcc：-l VVee：+JP Analog厂 Digital倉 Voltages1 Cmrents Power厂

8、 Noise P2fl-fz)【7 Alias Names厂 Subcircui* Nods55 variables listedTrace Expressiorr |V(VO/l(VtJ结果如下:Functions or MacrosABS()AR CT AN ()AT ANUAVG()AVGX( JC0S()0()DB()ENVMAXf JFN MR,i 1EXR)GOIMG)L0G)L0G10O Ml) b1AX()1. S 6QC - : : : : .10 Hz iDDMz 1，0KXz lDOz IOOKMe l.OXUzgjV(VO/ ICVc)Frsq-ueDC通过光标工具Cu

9、rsor可以测出输入电阻为1.5956K二、乙类输出级及互补输出级。互补输出级实际上是两个轮流工作的互补共集电极放大电 路的组合。1、绘制电路图运行Capture CIS程序，新建空白工程，绘制电路图如下：修改Q1、Q2两个管子的Bf=100。2、进行直流扫描分析选择 PSpice|New Simulation Profile功能选项或单击：-按钮，打开 NewSimulation对话框，在Name文本框中输入DC,单击“Create按钮，弹出Simulation Setti ngs-DC对话框，设置如下：启动PSpice A/D仿真程序，得到结果如下图 VLQlib) V (V0)测得两条曲

10、线交点处的参数值，此时 VQ1:b和VVo都是0,输入偏压为 -5.276V，为了得到最大的动态输出范围，将偏置电压Vin的大小调整为-5.276V。 但在VVo上有一段曲线的斜率为0,其他地方良曲线的斜率一样，除了在VVo 未0时，VVo比VQ1:b大约0.7V左右，这是由于发射结偏压引起的，正是由 于这个结电压会引起一种失真，叫交越失真。也可以在PSpice A/D仿真窗口中选择View|Output Files选项，查看仿真输 出网单文件。3、进行瞬态分析修改图中交流信号源的 VAMPL为20mV，设置探针如下图选择 PSpice|New Simulation Profile功能选项或单

11、击 二按钮，打开 NewSimulation对话框，在 Name文本框中输入 Tran,单击“ Create”按钮，弹出 Simulation Setti ngs- Tran 对话框，设置如下：运行结果如下图:从图中可以看出晶体管 Q1和Q2的输入为正弦波，但它们的输出不是标准 的正弦波，而是有了较大失真的正弦波，这种失真称为交越失真。另外可以看到 输出电压的正半周略小于负半周，这是由于晶体管的参数不对称造成的。但乙类输出级较甲类输出级的效率提高了很多，约为 78.5%。三、甲乙类输出级乙类输出级的效率较甲类输出级电路提高了很多，但是却存在交越失真， 为了解决这一问题，可以给晶体管加一个起始偏

12、置，使两个晶体管即使在其中一 个输入为零时也处于导通状态，即工作于甲乙类，称之为甲乙类输出级。1、绘制电路图运行Capture CIS程序，新建空白工程，绘制电路图如下：Q2N22220注意修改Q1、Q2两个管子的Bf=100。2、进行直流扫描分析选择 PSpice|New Simulation Profile功能选项或单击 二按钮，打开 NewSimulation对话框，在Name文本框中输入DC,单击“Create按钮，弹出Simulation Setti ngs-DC对话框，设置如下：在电路输出端放置探针，测量输出电压的值。 启动PSpice A/D仿真程序，得到结果如下图SV-T-10

13、VH 1 1 1 1 1 1 1 1 s 1 1 8 1 1 ! 1 ! 1 1 ! 1 1 ! 1-6.0 V -S.SV -S.OV -4.5V s 0V -3.SV -S.OV町 VO|iV Vin在PSpice A/D仿真窗口中用贯标工具Cursor，可以测得该曲线的最大值为 4.1036V，最小值为-5.0877V，所以该甲乙类输出级的输出动态范围为 4.1036V。正向动态范围要明显小于负向动态范围，这是由于电阻 Rc以及晶体管Q1的压降存在使得正向动态范围受到限制。 并测得当输入电压Vin约为-5.2833V时，甲乙类输出级的输出电压为0V。切在输出电压为0时，不存在斜率为零的部

14、分。随着负载电阻的增大，可以提高甲乙类输出级的动态范围。修改电路中 RI值为5k，其他设置不变，得到输出曲线如下，可测出正向范围为 -5.3115V。双击图中Vin的值，将其改为-5.2833V,观察此时的静态工作点情况。选择 PSpice|New Simulation Profile功能选项或单击二1按钮，打开 NewSimulation对话框，在 Name文本框中输入 Bias，单击“ Create”按钮，弹出 Simulation Setti ngs-Bias 对话框，设置如下：启动PSpice A/D仿真程序，在PSpice A/D仿真窗口中选择 View|Output Files 选

15、项，查看仿真的输出网单文件。3、进行瞬态分析观察输入为正弦波时输出波形情况。修改图中信号源的 VAMPL为10mV，在Q5的集电极和输出端各放置一个探针。选择 PSpice|New Simulation Profile功能选项或单击=按钮，打开 NewSimulation对话框，在 Name文本框中输入 Tran，单击“ Create”按钮，弹出 Simulation Setti ngs- Tran 对话框，设置如下：Simulation Settings - Trdn输出结果如下:从图中可以看出，甲乙类输出级如果输入的是完整的正弦波，输出的也是 完整的正弦波，消除了乙类输出级的交越失真。甲乙类输出级的效率与乙类相同, 最大为78.5%。