乙类推挽功率放大器的研究 Multisim仿真 课程设计报告.doc

电子技术课程设计报告乙类推挽功率放大器的研究摘要：随着现代通信技术的发展,功率放大器已成为无线通信系统中一个不可或缺的部分。功率放大器的性能在很大程度上影响并制约着整个通信系统的通信质量和技术水平，如何保证它能低噪声，高效率，宽频带，高增益，高质量的运作是贯穿在功率放大器整个设计过程中的中心问题。而乙类放大器适于宽带大功率工作，大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式；乙类推挽电路采用不同极性的放大器件（N型或P型）构成的高保真放大器中最常用的放大器。由于它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波， 获得较低的失真度。并且晶体管功耗小，效率高，可制作优质的功率放大器。本文针对乙类推挽功率放大器的电路结构和工作原理进行了详细的分析，关键词：功率放大器 乙类 消除交越失真 1 设计任务功率放大器是通过将直流输入功率转换化为交流功率输出，以提高发射信号能量，便于接收机接收的电路，因而要求输出功率大，效率高，同时，输出中的谐波分量应该尽量小，以免对其他频道产生干扰。根据电流导通角的不同，功率放大器分为甲类、乙类、丙类等。失真是指输出信号波形发生变化的现象，波形失真的原因和种类有很多，主要有非线性失真、频率失真和相位失真等。当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率。发射机的输出功率和效率主要取决于高频功率放大器，对同一耗散功率来说，效率的提高意味着输出功率的增大，当输出功率一定时，效率的提高使消耗的电源功率减小，管子的耗散功率降低，可降低冷却系统的压力。这对于节省能源、使用较小的功率管输出较大的功率、减小设备的体积和重量都有重要的实际意义。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应 根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。而率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。2 方案论证乙类推挽功率放大电路的原理图及各级的工作波形如图 1.12.1 所示。当输入信号为正半周时，通过输入变压器 Tr1 的“倒相”作用，在功率放大管T1 和 T2的基极上得到两个幅度相等、极性相反的电压信号，使 T1 管导通，T2 管截止。通过输出变压器 Tr2 的“合成”作用，在负载电阻L 中产生自上向下流动的负载电流，形成输出电压O 的正半周波形。当输入信号为负半周时，晶体管 T2 导通，T1 截止，在L 上形成输出电压的负半周波形。从而完成了对信号的放大作用。在上述过程中，晶体管 T1、T2是轮流工作的。由于两管轮流导电，如果电路真正工作在乙类，即每管的静态电压 BE = 0，就会在两个半周信号的交接处产生“交越”失真。为了减小这种失真，通常在电路中增设偏置电路，如图 1.12.1 中的b1 (W) 和b2 。这样，就给放大器提供了一定的偏置电压BE ，使电路工作在甲乙类状态。调节电位器W 就可以改变偏置的大小。为了提高电路的效率，只要使每管的偏置电压等于或略大于管子的阈值电压，即BE= ON 就可以较好地消除交越失真了，e1 和e2 为反馈电阻，通过它们引入很弱的电流负反馈，以改善非线性失真。乙类推挽功率放大器的输出功率、效率等基本关系如下:(1) 放大器的输出功率 (2) 效率 在最大不失真输出的情况下，各关系式为:(1) 最大输出功率 3 仿真实验在Multisim10平台上建立如图所示的电路，其中双击电位器，在弹出的对话框Value页中的Increment栏改成1%。单机仿真开关，调整电位器的百分比，是电压表指示为电源电压的一半。即6V。图1 将电压表拆除，从平台左侧调出虚拟信号发生器和示波器，按图链接，单击仿真开关，双击信号发生器和示波器图标，这时可以看到交越失真的输出波形。图2图3关闭仿真开关，从左侧调出一只二极管将它串联到D1和D2中。图4重新开启仿真开关，这时将看到不失真的波形。单击示波器的面板上的Amplitude右侧的小箭头，逐渐增大输入信号的幅值，直到示波器上显示的波形幅度最大且不失真。通过公式计算最大不失真功率为24.5W。8 结论经过仿真分析，总体来说把静态工作点设置的比截止点稍高一些，使放大器工作在甲乙类放大状态，就可有效的消除交越失真。一般实用电路中都在两个三极管的基极间串联二极管以解决交越失真。总体来说，达到了设计目的。9 心得体会本次设计通过对乙类功率放大器的理论分析，经过仿真和分析表明，乙类功率放大器是实现功放小型化、高效率、高功率的重要途径。但就目前调试结果来看，还有很多地方可以做的更好。比如说此电路的功率不够高，相位较容易失真。本次的设计让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识。只有把理论知识运用在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。准备越充分，实验越顺利。本次设计的研究还存在不足和疏漏之处，将在未来的研究和实践中不断地改进和完善，以期望得到更好的设计方法和性能。参考文献1Multisim&电子技术实验，黄培根，浙江大学出版社，2005年2月，9095页附录1 乙类推挽功率放大器的研究原件清单元件标号名 称型号与规格数 量备 注R1-R