功率放大電路仿真分析

1、12W功率放大電路仿真分析、甲類輸出級(jí)最常見的甲類輸出級(jí)電路就是射極跟隨器。1、繪制電路圖運(yùn)行Capture CIS程序，新建空白工程，繪制電路圖如下:Q2N1420R22k選中晶體管，選擇Edit | PSpice Model功能菜單項(xiàng)，打開PSpice Model Editor 窗口，將晶體管放大倍數(shù)Bf改為100，如下圖，并保存。2、分析電路的直流傳輸特性選擇PSpice | New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊丿按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在Name文本框中輸入 DC,單擊Create按鈕，彈出Simulation Setti ngs-DC對(duì)話框

2、，設(shè)置如下：?jiǎn)螕簟按_定”按鈕啟動(dòng)PSpice A/D仿真程序，得到如下圖Vo曲線可以看出，當(dāng)掃描電壓小于-7.5V時(shí)，輸出電壓Vo的幅度幾乎保持不變， 維持在-8V左右；當(dāng)掃描電壓 Vi大于-7.5V和小于12.8V時(shí)，輸出電壓Vo的幅 度隨著輸入電壓的增加而升高，當(dāng)掃描電壓Vi大于12.8V時(shí)，輸出電壓Vo的幅度也幾乎保持不變，大約在12V。一般希望發(fā)射極的輸出可以直接接負(fù)載電阻，這就要求發(fā)射極的輸出端的靜態(tài)直流電位應(yīng)該設(shè)為零，所以較實(shí)用的射極跟隨器一般采用雙電源供電。如果也采取這種靜態(tài)直流電位為零，該電路的動(dòng)態(tài)輸出范圍約為8V。如果要將電路的動(dòng)態(tài)輸出范圍調(diào)整為6 V,需改變電阻R1。動(dòng)態(tài)范

3、圍最早是信號(hào)系統(tǒng)的概念，一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍被定義成最大不 失真電平和噪聲電平的差。而在實(shí)際用途中，多用對(duì)數(shù)和比值來(lái)表示一個(gè)信號(hào)系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，比如在音頻工程中，一個(gè)放大器的動(dòng)態(tài)范圍可以表示為：D = lg ( Power_max / Power_min) 20；修改電阻R1的值為：RVal,放置Param元件，雙擊該元件，彈出PropertyEditor元件屬性設(shè)置窗口，單擊“ New Colum n”按鈕，按下圖進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。在電路分析中，參數(shù)RVal的取值將決定電路中每個(gè)RVal的數(shù)值，因此稱 為全局參數(shù)（Global）。進(jìn)行掃描分析設(shè)置，分析類型為 DC Sweepo見下圖：?jiǎn)?dòng)P

4、Spice A/D仿真程序，彈出如下窗口: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先單擊ALL，

5、再單擊OK，結(jié)果如下:V VI圖中5條曲線從上到下依次為 1k、1.5k、2k、2.5k、3k。利用Probe的Cursor 工具可以方便地讀出五種情況下的動(dòng)態(tài)輸出范圍，當(dāng)R仁2k時(shí)，滿足動(dòng)態(tài)范圍為6V的要求。3、分析電壓增益修改電路：雙擊模塊Param的大小屬性，將電阻的大小由1k改為2k。修改 輸入直流電壓源V4的小小為0.721V，選取電壓源元件VAC,更名為Vs,大小 設(shè)置為3V，電路修改結(jié)果如下圖。Add Traces01選擇PSpice | New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊一按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在Name文本框中輸入 AC,單擊“

6、Create按鈕，彈出Simulation Setti ngs-AC對(duì)話框，設(shè)置如下：?jiǎn)?dòng)PSpice A/D仿真程序，選擇 Trace | Add Trace設(shè)置如下:結(jié)果如下圖4、分析輸入電阻啟動(dòng)PSpice A/D仿真程序，選擇 Trace | Add Trace設(shè)置如下:Add TracesSimulatn Outpit Vaiiables-ij -c- ss124 e 舊舊WWWI0Q1)IC(01)IE(Q1)ISQ1) vp V(N00362) V(N00463) V(N01008 V(Q1：b) V(Q1;c) V(Ql:e) VR1:1) V(H1;2) V(R2：1j V(

7、R2:2) V(V4;+)V(V4：-JP Analog廠 Digital倉(cāng) Voltages1 Cmrents Power廠 Noise P2/Hz【7 Alias Names廠 Subdrcui* No(55 variables fasted(Anatog Opeiators and FunctionsABS()AR CT AN ()AT ANUAVG()AVGX( JC0S()0()DB()ENVMAXf JFN MR,i 1EXR)GOIMG)LOG)L0G10O Ml)MAX()OK | Cancel | Help輸出波形如下圖:MOB：50K041IDHeIODHeF亡ecpjm匚

8、寸通過(guò)光標(biāo)工具Cursor可以測(cè)出輸入電阻為91.931K5、分析輸出電阻為了測(cè)量輸出電阻，電路修改如下：將電路中原電壓源Vs的大小設(shè)置為0, 或直接刪除接地；雙擊電阻R2將其大小調(diào)整為2000M或?qū)⑵溟_路；在輸出端加 以3V的VCA。修改后電路如下圖：PSpice A/D仿真程序，選分析仍采用交流掃描分析，其余設(shè)置不變，啟動(dòng)擇Trace | Add Trace設(shè)置如下：Add TricesAdd TricesSimulation Outpiit VariablesI1VI)13101)IC(Q1) iE(an IS(Q1) V(0| V(N002V2) V(N00463) V(N01008)

9、 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廠 Digital倉(cāng) Voltages1 Cmrents Power廠 Noise P2fl-fz)【7 Alias Names廠 Subcircui* Nods55 variables listedTrace Expressiorr |V(VO/l(VtJ結(jié)果如下:Functions or MacrosABS()AR CT AN ()AT ANUAVG()AVGX( JC0S()0()DB()ENVMAXf JFN MR,i

10、1EXR)GOIMG)L0G)L0G10O Ml) b1AX()1. S 6QC -:.10 HziDDMz1，0KXzlDOzIOOKMel.OXUzgjV(VO/ ICVc)Frsq-ueDC通過(guò)光標(biāo)工具Cursor可以測(cè)出輸入電阻為1.5956K二、乙類輸出級(jí)及互補(bǔ)輸出級(jí)?；パa(bǔ)輸出級(jí)實(shí)際上是兩個(gè)輪流工作的互補(bǔ)共集電極放大電 路的組合。1、繪制電路圖運(yùn)行Capture CIS程序，新建空白工程，繪制電路圖如下：修改Q1、Q2兩個(gè)管子的Bf=100。2、進(jìn)行直流掃描分析選擇 PSpice|New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊：-按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話

11、框，在Name文本框中輸入DC,單擊“Create按鈕，彈出Simulation Setti ngs-DC對(duì)話框，設(shè)置如下：?jiǎn)?dòng)PSpice A/D仿真程序，得到結(jié)果如下圖 VLQlib) V (V0)測(cè)得兩條曲線交點(diǎn)處的參數(shù)值，此時(shí) VQ1:b和VVo都是0,輸入偏壓為 -5.276V，為了得到最大的動(dòng)態(tài)輸出范圍，將偏置電壓Vin的大小調(diào)整為-5.276V。 但在VVo上有一段曲線的斜率為0,其他地方良曲線的斜率一樣，除了在VVo 未0時(shí)，VVo比VQ1:b大約0.7V左右，這是由于發(fā)射結(jié)偏壓引起的，正是由 于這個(gè)結(jié)電壓會(huì)引起一種失真，叫交越失真。也可以在PSpice A/D仿真窗口中選擇V

12、iew|Output Files選項(xiàng)，查看仿真輸 出網(wǎng)單文件。3、進(jìn)行瞬態(tài)分析修改圖中交流信號(hào)源的 VAMPL為20mV，設(shè)置探針如下圖選擇 PSpice|New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊 二按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在 Name文本框中輸入 Tran,單擊“ Create”按鈕，彈出 Simulation Setti ngs- Tran 對(duì)話框，設(shè)置如下：運(yùn)行結(jié)果如下圖:從圖中可以看出晶體管 Q1和Q2的輸入為正弦波，但它們的輸出不是標(biāo)準(zhǔn) 的正弦波，而是有了較大失真的正弦波，這種失真稱為交越失真。另外可以看到 輸出電壓的正半周略小于負(fù)半周，這是由

13、于晶體管的參數(shù)不對(duì)稱造成的。但乙類輸出級(jí)較甲類輸出級(jí)的效率提高了很多，約為78.5%。三、甲乙類輸出級(jí)乙類輸出級(jí)的效率較甲類輸出級(jí)電路提高了很多，但是卻存在交越失真， 為了解決這一問題，可以給晶體管加一個(gè)起始偏置，使兩個(gè)晶體管即使在其中一 個(gè)輸入為零時(shí)也處于導(dǎo)通狀態(tài)，即工作于甲乙類，稱之為甲乙類輸出級(jí)。1、繪制電路圖運(yùn)行Capture CIS程序，新建空白工程，繪制電路圖如下：-QiQ2NI42DQ2N2222RbWrIkQ5O2MI222-6V 蘭 -T0注意修改Q1、Q2兩個(gè)管子的Bf=100。2、進(jìn)行直流掃描分析選擇 PSpice|New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單

14、擊 二按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在Name文本框中輸入DC,單擊“Create按鈕，彈出Simulation Setti ngs-DC對(duì)話框，設(shè)置如下：在電路輸出端放置探針，測(cè)量輸出電壓的值。 啟動(dòng)PSpice A/D仿真程序，得到結(jié)果如下圖SV-T-10VH11111111s11811!1!11!11!1-6.0 V-S.SV-S.OV-4.5Vs 0V-3.SV-S.OV町 VO|iV Vin在PSpice A/D仿真窗口中用貫標(biāo)工具Cursor，可以測(cè)得該曲線的最大值為 4.1036V，最小值為-5.0877V，所以該甲乙類輸出級(jí)的輸出動(dòng)態(tài)范圍為4.1036V。正向動(dòng)

15、態(tài)范圍要明顯小于負(fù)向動(dòng)態(tài)范圍，這是由于電阻Rc以及晶體管Q1的壓降存在使得正向動(dòng)態(tài)范圍受到限制。并測(cè)得當(dāng)輸入電壓Vin約為-5.2833V時(shí)，甲乙類輸出級(jí)的輸出電壓為0V。切在輸出電壓為0時(shí)，不存在斜率為零的部分。隨著負(fù)載電阻的增大，可以提高甲乙類輸出級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍。修改電路中RI值為5k，其他設(shè)置不變，得到輸出曲線如下，可測(cè)出正向范圍為-5.3115V。10V10V-LOV-I1!11Sj1111111111!1!11r-ft.OV-S.SV-S.flV-4. SV-4aflV-3.SV-S|SjV(VOV Vin雙擊圖中Vin的值，將其改為-5.2833V,觀察此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)情況。選擇 P

16、Spice|New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊二1按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在 Name文本框中輸入 Bias，單擊“ Create”按鈕，彈出 Simulation Setti ngs-Bias 對(duì)話框，設(shè)置如下：?jiǎn)?dòng)PSpice A/D仿真程序，在PSpice A/D仿真窗口中選擇 View|Output Files 選項(xiàng)，查看仿真的輸出網(wǎng)單文件。3、進(jìn)行瞬態(tài)分析觀察輸入為正弦波時(shí)輸出波形情況。修改圖中信號(hào)源的VAMPL為10mV，在Q5的集電極和輸出端各放置一個(gè)探針。選擇 PSpice|New Simulation Profile功能選項(xiàng)或單擊

17、=按鈕，打開 NewSimulation對(duì)話框，在 Name文本框中輸入 Tran，單擊“ Create”按鈕，彈出 Simulation Setti ngs- Tran 對(duì)話框，設(shè)置如下：Simulation Settings - TrdnOptionsG 電 neralAnalysi sData CQllcti onInclude FilesLibrariesProbe WindowStimulusAnalysis type：Time Domain CTransi|Run toOptionsStart savingQGeiLAral ettingsOMcmte Carlo/tforst Cas OPretric SweepT smp er atur e