通信電子電路高頻功率放大器的設(shè)計仿真

實驗室實驗室 時間段時間段 座位號座位號 實驗報告實驗報告 實驗課程實驗課程 實驗名稱實驗名稱 班班 級級 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號號 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師 高頻諧振功率放大器的設(shè)計仿真預(yù)習(xí)報告高頻諧振功率放大器的設(shè)計仿真預(yù)習(xí)報告 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1 掌握高頻功率放大器的電路組成和工作原理 2 掌握負(fù)載變化對放大器工作狀態(tài)的影響 3 掌握集電極電源電壓對放大器工作狀態(tài)的影響 4 掌握輸入激勵電壓對放大器工作狀態(tài)的影響 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 1 觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)的現(xiàn)象 并分析其特點(diǎn) 2 測試丙類功放的調(diào)諧特性 3 測試負(fù)載變化時三種狀態(tài) 欠壓 臨界 過壓 的余弦電流波形 4 觀察激勵電壓 集電極電壓變化時余弦電流脈沖的變化過程 5 觀察功放基極調(diào)幅波形 實驗報告實驗報告 1 認(rèn)真整理實驗數(shù)據(jù) 對實驗參數(shù)和波形進(jìn)行分析 說明輸入激勵電壓 集電極電源 電壓 負(fù)載電阻對工作狀態(tài)的影響 2 用實測參數(shù)分析丙類功率放大器的特點(diǎn) 3 總結(jié)由本實驗所獲得的體會 一 實驗?zāi)康囊?實驗?zāi)康?1 掌握高頻功率放大器的電路組成和工作原理 2 掌握負(fù)載變化對放大器工作狀態(tài)的影響 3 掌握集電極電源電壓對放大器工作狀態(tài)的影響 4 掌握輸入激勵電壓對放大器工作狀態(tài)的影響 二 實驗原理 簡述 二 實驗原理 簡述 高頻功放的電原理圖如圖 3 1 所示 共發(fā)射極放大器 ci C L bU bE cE cU 圖 3 1 由于丙類調(diào)諧功率放大器采用的是反向偏置 波形如圖所示 ic ic 0 Ube Ub Uj t Eb 0 t 圖 3 2 折線法分析非線性電路電流波形 1 激勵電壓幅值變化對工作狀態(tài)的影響 bm U ic icUbe 0 0 0 3 2 1 wt A Ubm3 Ubm2 Ubm1 Uce wt Q EC wt Uce 123 Ucm1 Ucm2 Ucm3 圖3 3 變化對工作狀態(tài)的影響 bm U 由圖可以看出 當(dāng)增大時 也增大 當(dāng)增大到一定程度 放大器 bm U maxc i cm U bm U 的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓 電流波形出現(xiàn)凹陷 但此時還會增大 如 cm U 3cm U 2 負(fù)載電阻變化對放大器工作狀態(tài)的影響 c R 當(dāng) 保持恒定時 改變集電極等效負(fù)載電阻對放大器工作狀態(tài)的影 C E b E bm U c R 響 如圖3 4所示 ic ic Ube 0 0 0 wt Ube max Uce wt Q EC wt Uce Uc1m Uc2m Uc3m 180 0 A2 A3 A 3 A1 Rc 3 2 1 圖3 4 不同負(fù)載電阻時的動態(tài)特性 3 電源電壓變化對放大器工作狀態(tài)的影響 C E 在 保持恒定時 集電極電源電壓變化對放大器工作狀態(tài)的影響如 b E bm U C R C E 圖所示 ic Ube max Uce Q1 EC3 0 A2 A1 3 2 1 1 2 3 Q2Q3 EC2 EC1 Uces ic 0 wt過壓 臨界欠壓 Ec3 Ec2 Ec1 Uce min 3 2 1 改變時對工作狀態(tài)的影響 C E 三 實驗電路或仿真電路圖三 實驗電路或仿真電路圖 完整的高頻諧振功率放大器電路如圖 3 6 所示 1 1 諧振功放主體電路 諧振功放主體電路 選擇 2N2222 作為功放晶體管 L2 與 C2 決定的諧振頻率為 15MHz 扼流線圈 L3 組成串 聯(lián)饋電 扼流線圈 L1 和 R1 組成基極自偏置電路 如圖 3 7 所示電路 由于該功放晶體管 的等效負(fù)載電阻小于 30 歐姆 使得該諧振回路的品質(zhì)因數(shù) Q 約為 4 8 濾波效果比較差 需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)提高選頻特性 圖 3 7 由 2N2222 組成的高頻調(diào)諧功放主體部分 2 2 輸出端改進(jìn)的 輸出端改進(jìn)的 L L 型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) 高頻功放后面的負(fù)載通常是 50 歐姆的天線 與功放主體部分電路的輸出電阻 Rc 約 30 歐姆 不相等 因而需要輸出匹配電路 圖 3 8 改進(jìn)的 L 型匹配網(wǎng)絡(luò) 3 3 輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 仿真輸入端電壓電流的基波分量值 可以計算出高頻調(diào)諧功放輸入電阻 Ri 約為 70 歐 姆 一般的高頻設(shè)備和單元的阻抗都為 50 歐姆 因而需要進(jìn)行阻抗匹配 利用 形阻抗 匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計 取 Q 3 可以得到以下的元件參數(shù) 圖 3 9 輸入端 形阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 四 實驗內(nèi)容和相關(guān)實驗參數(shù)四 實驗內(nèi)容和相關(guān)實驗參數(shù) 1 畫出仿真電路圖 2 調(diào)節(jié)輸入端信號的電壓值 觀察電路工作狀態(tài)的變化情況 保持 Ec 12V 改變 Ubm 1V 1 5V 2V 2 5V 3V 3 5V 4V 調(diào)節(jié) Ubm 3V 改變 Ec 7 5V 10V 12V 15V 3 觀察負(fù)載電阻和電源電壓對工作狀態(tài)的影響 保持 EC 12V Ubm 3V 改變 RL 25 50 75 五 實驗結(jié)果或仿真結(jié)果 測量數(shù)據(jù)和實測波形 五 實驗結(jié)果或仿真結(jié)果 測量數(shù)據(jù)和實測波形 圖 3 10 當(dāng) Ec 12V Ubm 1V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 11 當(dāng) Ec 12V Ubm 1 5V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 12 當(dāng) Ec 12V Ubm 2V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 13 當(dāng) Ec 12V Ubm 2 5V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 14 當(dāng) Ec 12V Ubm 3V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 15 當(dāng) Ec 12V Ubm 3 5V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 16 當(dāng) Ec 12V Ubm 4V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 17 當(dāng) Ubm 3V Ec 7 5V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 18 當(dāng) Ubm 3V Ec 10V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 19 當(dāng) Ubm 3V Ec 12V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 20 當(dāng) Ubm 3V Ec 15V 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 21 當(dāng) Ubm 3V Ec 12V RL 25 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 22 當(dāng) Ubm 3V Ec 12V RL 50 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 圖 3 23 當(dāng) Ubm 3V Ec 12V RL 75 時的示波器顯示 萬用表顯示以及瓦特計顯示 六 實驗數(shù)據(jù)處理 計算 分析誤差 作曲線 六 實驗數(shù)據(jù)處理 計算 分析誤差 作曲線 1 觀察保持 Ec 12V 調(diào)節(jié) Ubm 顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng) Ec 一定時 隨著 Ubm 的增大 集 電極電流逐漸增大 輸出功率也隨之增大 放大器的工作狀態(tài)由欠壓到臨界再到過壓 2 觀察保持 Ubm 3V 調(diào)節(jié) Ec 顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng) Ubm 一定時 隨著 Ec 的增大 集電 極電流逐漸增大 輸出功率也隨之增大 放大器的工作狀態(tài)由過壓到臨界再到欠壓 3 觀察保持 Ubm 3V Ec 12V 調(diào)節(jié) RL顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng) Ubm 一定時 隨著 Ec 的增 大 集電極電流逐漸增