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          如何使用Multisim的高频仿真功能构建高频功率放大器

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          上传日期: 2020-12-03

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          资料介绍

          标签:Multisim(366)晶体管(1032)功率放大器(823)

            功率放大器是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。本文利用 Multisim 先进的高频仿真功能构建了由甲类和丙类功率放大器级联的高频功率放大器,并进行仿真实验采用分级测试、两级级联的形式,给出了甲类功率放大器的工作状态,丙类功率放大器的调谐特性及级联放大器的负载特性分析。所得仿真结果与理论分析一致,并且能显示出一些无法用电子仪器设备显示的波形和曲线,使结果更直观,更易于理解。

            电子设备电路的一般结构是由电源、输入级、中间级和输出级等部分组成,输出级通常输出足够大的功率,驱动一定的负载。负载的形式是多种多样的,如收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、继电器、计算机监视器或电视扫描偏转线圈等。要完成这些工作,就要求输出级向负载提供足够大的信号功率,即要求输出级向负载提供足够大的输出电压和输出电流,这种放大器称为功率放大电路。

            早期的功率放大电路多以晶体管构成,电路形式变化多样,设计调试也较复杂。随着半导体技术的迅速发展,出现了各种功放集成电路,功能更多更完善,性能更好,大大减少了设计、调试电路的工作量。

            利用MulTIsim软件进行的仿真电路有AM、DSB信号调幅与解调电路、小信号调谐放大器、锁相环电路和丙类功放电路。但对高频功放电路的电流的时域和频域分析,至今未见完整的报道。文章主要对高频功率放大电路的集电极电流进行了仿真分析,同时也对高频功放的输出电压、输出功率、集电极效率和外部特性进行了仿真分析,并将仿真结果与理论计算结果进行了比较。

            与小信号电压放大电路有所不同,功率放大电路主要考虑的是如何获取最大的、不失真的交流输出功率。因此一个功率放大电路不仅要有足够大的输出电压幅值,而且要有足够大的输出电流幅值,只有这样才能获得足够大的输出功率。由此,功率放大电路应具有以下几个方面的特点。

           。1)要有尽可能大的输出功率。通常用最大不失真输出功率Pom表示,它是指输出电压和电流波形不失真或失真程度在允许范围内的最大输出功率。

           。2)效率要高。功率放大电路主要把直流电源供给的直流电转化成交流电能输送给负载。由于电路消耗的功率大,所以必须考虑功率转化的效率问题。

           。3)非线性失真要小。由于功率管处于大信号工作状态,所以由晶体管特性的非线性引起的非线性失真不可避免。因此,将非线性失真限制在允许的范围内,是设计功放电路必须考虑的问题之一。

           。4)由于功率管工作在接近极限工作的状态,因此,在选择功率管时必须考虑使它的工作状态不超过其限制参数ICM、PCM、U(BR)CEO。

           。5)由于功率管的管耗较大,因此,在设计功放电路时,散热问题及过载问题不能忽视。通常对功率管加上一定面积的散热片和过电流;せ方。

            在通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出,通信距离越远,要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。

            高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中,发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小,因此在它后面要经过一系列的放大,如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等,获得足够的高频功率后,才能输送到天线上辐射出去。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中,而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。

            高频功率放大器和低频功率放大器的工作状态不同,低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。

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