功率放大电路仿真分析.docx
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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CaptureCIS程序，新建空白工程，绘制电路图如下:
Q2N1420
R2
2k
选中晶体管，选择Edit|PSpiceModel功能菜单项，打开PSpiceModelEditor窗口，将晶体管放大倍数Bf改为100，如下图，并保存。
选择PSpice|NewSimulationProfile功能选项或单击丿按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入DC,单击Create按钮，弹出SimulationSettings-DC对话框，设置如下：
单击“确定”按钮
启动PSpiceA/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6V,需改变电阻R1。
动态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Property
Editor元件属性设置窗口，单击“NewColumn”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DCSweepo见下图：
启动PSpiceA/D仿真程序，弹出如下窗口:
AwdihbteSertioTis
™Profile:
"SCHEMATICI-DC1
Profile：
''SCHEMATICW
Profile:
"SCHEMATIC1-DC'"-Profile:
'SCHEMATICI-DC"1
Profile:
,SCHEMATIC1-DC,'
[E:
\F5...al=1.0000E+0327.0Deg
EAPS……al=1.5000E+0327,0Deg
EAPS……42.0000E+0327.0Deg.a=25QLCiE+rn27.0
EAPS……al=3.0000E+0327.0Deq
AllNone
先单击ALL，再单击OK，结果如下:
VVI
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|NewSimulationProfile功能选项或单击一按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入AC,单击“Create"按钮，弹出SimulationSettings-AC对话框，设置如下：
启动PSpiceA/D仿真程序，选择Trace|AddTrace设置如下:
结果如下图
4、分析输入电阻
启动PSpiceA/D仿真程序，选择Trace|AddTrace设置如下:
AddTraces
Simulat»nOutpitVaiiables
OK|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91.931K
5、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或将其开路；在输出端加以3V的VCA。
修改后电路如下图：
PSpiceA/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|AddTrace设置如下：
SimulationOutpiitVariables
I1VI）
13101）
IC（Q1）iE（anIS（Q1）V（0|V（N002V2）V（N00463）V（N01008）v（ai：
b）V（Q1:
c）V（01;elV（R1：
1]V（R1:
2）V（V4：
+）V（V4:
-]Wco）V（Vcc：
-lV[Vee：
+J
PAnalog
厂Digital
倉Voltages
1^Cmrents
¥Power
厂NoiseP2fl-fz）
【7AliasNames
厂Subcircui*Nods
55variableslisted
TraceExpressiorr|V（VO]/l（VtJ
结果如下:
FunctionsorMacros
ABS（）
ARCTAN（）
ATANU
AVG（）
AVGX（J
C0S（）
0（）
DB（）
ENVMAXfJ
FN''MR,i1
EXR）
GO
IMG[）
L0G[）
L0G10OMl）b1AX（）
1.S6QC>->:
:
:
:
.
10HziDDMz1，0KXzlDOzIOOKMel.OXUz
gjV（VO]/ICVc）
Frsq-ueDC
通过光标工具Cursor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CaptureCIS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|NewSimulationProfile功能选项或单击：
-按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入DC,单击“Create"按钮，弹出SimulationSettings-DC对话框，设置如下：
启动PSpiceA/D仿真程序，得到结果如下图
□VLQlib）V（V0）
测得两条曲线交点处的参数值，此时V[Q1:
b]和V[Vo]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V[Vo]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V[Vo]未0时，V[Vo]比V[Q1:
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PSpiceA/D仿真窗口中选择View|OutputFiles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|NewSimulationProfile功能选项或单击二按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入Tran,单击“Create”按钮，弹出SimulationSettings-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CaptureCIS程序，新建空白工程，绘制电路图如下：
Q2N2222
"0
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|NewSimulationProfile功能选项或单击二按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入DC,单击“Create"按钮，弹出SimulationSettings-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PSpiceA/D仿真程序，得到结果如下图
SV-T
-10VH1■1111111s11811!
■1!
11!
11!
1
-6.0V-S.SV-S.OV-4.5Vs0V-3.SV-S.OV
□町VO|i
VVin
在PSpiceA/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|NewSimulationProfile功能选项或单击二1按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入Bias，单击“Create”按钮，弹出SimulationSettings-Bias对话框，设置如下：
启动PSpiceA/D仿真程序，在PSpiceA/D仿真窗口中选择View|OutputFiles选项，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|NewSimulationProfile功能选项或单击=按钮，打开New
Simulation对话框，在Name文本框中输入Tran，单击“Create”按钮，弹出SimulationSettings-Tran对话框，设置如下：
SimulationSettings-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%。
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