高频功率放大电路实验.doc

课程名称： 高频电子线路

题 目： 高频功率放大电路仿真

学生姓名：
专 业： 电子信息科学与技术
班 级：
学 号：
指导教师：
日 期： 2013 年 6 月 16 日

实验九 高频功率放大电路

一、实验原理
高频功率放大电路通常用在发射级末级功率放大电路和末前级功率放大电路中，主要对高频小信号低功率进行放大，使其达到发射功率的要求。
高频功率放大电路如图 9-1 所示，其电路特点是：晶体管工作在丙类，负载为并联谐振回路，调谐在输入信号的功率上起滤波和阻抗匹配的作用。

图 9 -1 高频功率放大电路

1 、集电极电流 Ic 与输入信号之间的非线性关系
晶体管工作在丙类的口的是提高功率放大电路的功率，此时晶体管的导通时间小于输入信号的半个周期。因此，集电极电流Ic将是周期的余弦脉冲序列。
（l）当输入信号的振幅为0.75V 时，利用 Mtlltisim7 仿真软件中的瞬态分析对高频功率放大电路进行分析的设置是：起始时间设置为0.03s，终止时间设置为0 . 0300055，输出变量为 VV3 # branch ，瞬态分析的结果即集电极电流将是一串尖脉冲。
（2）当输入的振幅为1V 时，利用 Multisim7 仿真软件中的瞬态分析对高频功率放大电路进行分析时，设置同上，瞬态分析结果将是一串凹顶的脉冲。
2 、输入与输出信号之间的线形关系
尽管由于晶体管的非线形工作，使集电极电流Ic与输入信一号之间为非线形关系，利用并联谐振回路的选频特性，使集电极电流Ic的基波分量会在回路两端产生较大的输出电压，而谐波分量所产生的输出幅度很小，可以忽略不计。这样输出信号将与输入信号成线形关系。
利用 Multisim7 仿真软件创建如图 9-1 所示的电路图，单击“仿真”按钮，观察示波器所显示的输入与输出波形。

二、高频功率放大电路的外部特性
高频功率放大电路的外部特性是判断、调整其工作状态的依据，主要包括：调谐特性、负载特性、振幅特性、和调制特性。

图 9-2 谐振放大器的调谐特性

1 、调谐特性
调谐特性是指在 R1 、Vbm、Vbb、Vcc不变的条件下，高频功率放大电路的Ic0、Ie0 、Vcm等变量的关系，如图 9 -2 所示。调谐特性是指示负载回路是否调谐在输入载波频率上的重要依据。
下面以图 9 -3 所示的电路为例具体说明高频功率放大电路的调谐特性。首先使可变电容的百分比为 50 % ，即电容的大小为 200pF ，此时，电路处于谐振状态，并联谐振回路两端输出正弦波，直流电流表的读数为 0184 mA 。若改变可变电容的百分比，则会发现直流电流表的读数增加，电路处于失谐状态，输出信号失真。

图 9-3 高频功率放大器调谐特性的仿真电路

2 、负载特性
负载特性是指在Vbm、VBB、VCC不变的条件下，高频功率放大电路的工作状态（特别是Ic0、Ic1m、Vcm）与R1之间的关系， 负载特性曲线如图9-4所示：

在图 9 -3 所示的高频功率放大电路中，将负载 R1换成电位器，变化之后的电路如图 9 -5 所示，设置其初始值为 30 千欧（此时高频功率放大电路位于临界状态）。按 A 键及 Shift + A 键改变负载 Rl 的值，可以通过与负载回路并联的万用表电压档和示波器观测负载R1 变化时输出信号电压Vom的变化。

图 9 -5 谐振功率放大器负载特性的仿真

由图 9 -5 可见，当电位器的百分比为 50 ％时，输出电压的振幅为 9 . 456V ，调整电位器的百分比为70％时，重新单击“仿真”按钮，交流电压表的读数为 9 . 593v 由此可见，输出电压随着负载电阻的增加而增加，但增加的幅度不大。
3、放大特性
放大特性是指在Vbb、Vcc、Rl不变的条件下，高频功率放大电路的工作状态（如Ic0、Ic1m、Vcm）与输入信号的振幅Vbm之间的关系，如图 9 一 6 所示。

图 9-6 谐振功率放大器的放大特性 图 9-7 放大特性的仿真电路

由图9-7可见，当输入信号源为1.06V 时，集电极电流为0. 546mA ，若输入信号源为 0 . 5V 时，重新单击“仿真”按钮，集电极电流Ic0为0 . 555 uA。由此可见，集电极电流Ic0随着输入信号源所产生信号振幅的减少而减少，且处于欠压工作时，减少的幅度很大。
5、调制特性
(2)集电极调制特性高频功率放大的集电极调制特性是指在Vbm、Vbb、R1不变的条件下，其Ic0、Ic1m、Vcm与之间的关系，如图 9 -8 所示。

图 9-8 集电极调制特性 图9-9 集电极调制的仿真电路 下面以图 9 -9 所示的高频功率放大电路为例，具体说明其集电极调制特性。
首先创建如图9 -9所示的电路，然后单击 Multisim7 用户界而 Stimulate 菜单 Analyses 选项下Parameter Sweep 命令，弹出Parameter Sweep 对话框。
单击该对话框中的Edit Analysis 按钮，对所要得瞬态分析进行参数设置。
设置完毕后，单击 Apply 按钮，返回 Parameter Sweep 对话框。在该对话框的 outPut variables 标签中，设置节点 4 为输出变量。最后，单击 Stilntllate 按钮，进行参数扫描分析。
（2）基极调制特性
高频功率放大电路的基极调制特性是在Vb1、R1、Vcc不变的条件下，其Ic0、Ic1m、Vcm与Vbb之间的关系，如图 9-10 所示。

图 9 一 10 基极调制特性
下面仍以图 9-9 所示的电路为例，具体说明基极调制特性。基本步骤与集电极调制特性相同，只是将扫描的参数对象改为VBB，仿真采样点分别为0.6V、1.0V、1.2V 。

二、实验内容
1 ．集电极电流 Ic 与输入信号之问的非线性关系
当输入信号的振幅分别为0.75V , 1V 时，观察集电极电流的瞬态分析。
0.75V:

1V:

2 ．观察输入与输出信号之间的线性关系

3 ．高频功率放大电路的外部特性
（1）观察 9-3 的输出波形，验证调谐特性