谐振功率放大器的设计与仿真wps

实验名称：谐振功率放大器的设计与仿真一、 实验目的1、 了解和掌握谐振放大器的组成和工作原理。2、 了解和掌握阻抗匹配电路原理及结构。3、 理解电路元件参数对谐振放大器性能指标的影响。4、 熟悉电路分析软件的使用。二、 实验原理谐振功率放大器的管外电路由直流馈电电路和滤波匹配网络两部分组成。直流馈电电路分为串馈和并馈两种，串馈是指直流电源、滤波匹配网络和功率管在电路形式上为串接的一种馈电方式，而并馈则是其并接的一种馈电方式。滤波匹配网络要求：（1）将外接负载rl变换为放大管所要求的负载Re，以保证放大器高效率的输出所需功率。（2）充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证外接负载上输出所需基波功率。（3）将功率管给出的信号功率Po高效率的传送到外接负载上，即要求网络的传输效率尽可能接近于1.三、 实验电路四、实验设计（1）直流馈电电路在本实验中，要求三极管Q2N2222采用集电极并馈供电，电源电压为12V，基极采用自给偏置方式供电。设直流电阻为8Q，取L1=1mH，ci=30HF,l2=1mH0（2）集电极选频网络集电极电流七为脉冲状，包含很多谐波，失真很大，利用并联谐振回路使之谐振于基频，为了使谐波成分尽量少，因此谐振回路的品质因数Q应该尽量的高。业二虹）2>1.5W要使输出功率大于等于1.5W,对于输出电阻Ro的取值范围为 2RPRp<Q2；）2以40Q本实验中取气=30Q，即可画出并联谐振回路:

对于并联谐振回路有：其中①=20MHzco其中①=20MHz④CCRpQ3通过对三极管特性曲线的仿真，取静态工作点Q为1.97，则计算得到L=102nH,C=5nF（3）匹配网络电路设计将输出阻抗50Q转换到30Q，采用L型匹配网络，转换关系有：Rs=生Rs=生1+Qe2其中Qe=lXsl=Rp~R7=WP\计算得C=185pF，L=1.6uH原理图为：为了进一步增加选频网络的Q值，在匹配网络中，改进加入一个高Q值的串联谐振电路，如图：则有oL=oL1 ，选妇=2uH，c1=250pF，则最终形成的图即为oC]输入匹配网络设计:如图：输入匹配网络设计:如图：在三极管基极加入信号源，使频率仁20MHz,取.=2.5V,电源内阻为50欧姆，则通过仿真可得到输入电压及电流的基波分量，由此可得到输入等效阻抗，画出设计原理图为：其中实现条件为：Re<Rl（1+Q；］）各元件之间有如下转换关系：ReXci=_~_XC0Qe1xc2=_rl ReRl Y（1+Q1）-（ReRl）X Qe1Re-（ReRLXc2）1+Q1X1+Q1由此可得到实验所需数值，并根据电路仿真做出完整的电路图，对仿真结果做出分析，从仿真图中得到所需要的数。

由于实验中十一10MHz为标准进行仿真设计的，因此未能得到20MHz时的数据，在这里，给出实验时按上述设计方法所得到的参数数值以及仿真结果如下：由仿真图可得到vin=2.5V，电流的基频分量由仿真图可得到vin=2.5V，电流的基频分量i[1]=12mA则输入等效阻抗为\zeq^=另=100Q，即设计要求是应该从输入阻抗。用兀型匹配网络来进行100Q到50Q的匹配。100Q匹配到50Q的得到夫乙=10OQ,Re=50Q，并假定Qe1=3则计算得到:L=143nH,C2=716pF仿真结果为经过经过调整C9和C10后的电源仿真结果为经过经过调整C9和C10后的电源输出电压及电流波形如图:最终系统的仿真结果为:电压频谱为:可以得到Vc2m=800mVVc1m=电压频谱为:可以得到Vc2m=800mVVc1m=13V由图可得，三极管集电极在0、10MHz、20MHz时的电压电流值，如上值；而R2两端输出电压值为：Ico=340mAVR210M=13V VR220M=150mV对于输入的信号，可测得：Vin=2.5V Iin=12mA由以上数据，则可求得谐振功率放大器有直流功率为:Ps=VCCIco=4.08W交流输出信号的功率为Pout=1VR210M八2=1.69W>1.5W2R2由于输出匹配网络为理想电容、电感组成，因此，匹配网络的插入损耗等于0,所以集电极的耗散功率为Pc=Ps-Pout=4.08-1.69=2.39W门c=Pou'x100%=*9x100%=41.6%PS 4.06输入信号的功率为1pin=-Vinlin=0.5x2.5x12=0.015W二次谐波为TOC\o"1-5"\h\zVR22