射频功率放大器实验.docVIP

. . 通信电子线路实验报告 射频功率放大器仿真实验 姓名： XXX 学号： XXX 专业： XXX 日期： 11月10日 一、实验目的： 1.进一步了解射频功率放大器工作原理。 2.了解射频功率放大器的工程设计方法与常用参数测量方法。 3.熟悉Multisim软件中常用虚拟仪器的使用方法。 二、实验内容： 1.A类射频放大器实验电路 （1）电路结构： （2）设置函数发生器的输入为1MHz,幅值为40mV的正弦波。 （3）显示输入输出信号波形，以及毫安表，功率表相应的读数。 （4）计算功率放大器效率。 （5）观察波形失真。 2.B类射频功率放大器电路 （1）电路结构 （2）输入输出信号波形仿真 （3）消除交越失真 （4）功放效率计算（消除交越失真后） 三、实验结果 1 .A类射频放大器实验电路 （1）毫安表，功率表相应的读数及输入输出信号波形。 毫安表：3.279mA 功率表：12.759mW 输入输出信号波形： （2）功放效率计算： 根据公式：P 以及公式：η 解得功放效率：η （3）观察失真 分析原因： A类放大器最多只能放大到2倍VDD，当输入乘以放大倍数大于2倍VDD时，管子处于饱和状态，造成类似于方波的失真。 2.B类射频放大器实验电路 （1）有交越失真的仿真结果图 分析原因： 理想三极管情况下，由于导通电压为0，一个管子到达截至区后另一个管子马上导通。 而在实际情况下，由于存在导通电压，一个管子截止后需要等另一个管子达到导通电压值时才有电流，造成了转换时的一段时间，两个三极管都没有电流通过的情况，造成失真。 （2）消除交越失真后的表格。 输入信号幅值V 2 4 5 6 6.5 7 电源电压利用系数 9.82% 20.1% 25.3% 30.5% 33.1% 35.7% 输出功率mW 1.796 7.495 11.830 17.158 20.195 23.482 总直流功率mW 14.388 29.256 36.728 44.226 47.980 51.738 两管总耗散mW 12.592 21.751 24.898 27.068 27.785 28.254 效率 12.5% 25.6% 32.2% 38.8% 42.1% 45.4% 输入信号幅值V 8 9 10 12 13 14 电源电压利用系数 40.8% 46.0% 51.2% 61.5% 输出功率mW 30.798 39.111 48.421 70.030 总直流功率mW 59.254 66.778 74.306 89.414 两管总耗散mW 28.456 27.667 25.885 19.384 效率 52.0% 58.6% 65.2% 78.3% 其中输入13V，14V时发生如下失真： （3）用MATLAB画出两管管耗与电源电压利用率的关系图。 （4）回答问题 ①输入信号幅值可以无限增大么？ 答：根据输入13V，14V的输出波形可以知道，输入信号幅值不能无限增大，否则发生失真。 ②功放效率最大可以达到多少？ 答：根据实验，在输入12V时功放效率最大，为78.3%，B类功放的理论极限值为78.5%。 ③两个管子的耗散功率随输入增大而增大么？最大值为多少？ 答：根据实验结果耗散功率在输入为8V时达到最大，之后随输入增大而减小。最大值为：28.5mW。 四、思考与分析 1.上述A类功放设计时，推荐可变电阻调至70%，能否进一步调整偏置电路，在不失真的条件下获得更高的效率。 答：可以，原电路输入50mV时输出结果如下： 改动如下： 将原电路可变电阻变为100%，R4变为500kΩ，相当于正向加大了直流偏置： 输出结果如下： 失真情况有所减小，表明可以获得更高的效率。 2.将B类BJT管换为相应的MOS管后，仿真结果有哪些不同？优点？ MOS管仿真电路图如下： 仿真时发现，在相同负载电阻下，MOS管输出电流更小，造成波形输出相比BJT管幅度小，故将负载电阻改为原来5倍。相比BJT管，MOS管还需要更大的正向偏置电压以抵消交越失真。 此外，MOS管的优势在于，输入更大的电压也不易发生失真，以下为该电路输入19V时的仿真结果图： 此时，输出（图中幅度大的）只有一点失真。 3.在上述B类功放中采用了双电源供电电路，若采用单电源供电，如何实现？有什么不同？ 如图，将电路做如下改动： 单电源的VDD改为24V，为双电源的两倍，同时输入波形加上了半个VDD（12V）的直流偏置，在示波器的接收端串联一个电容。 输入输出波形如下： 从图中可以看出，输入波形由于含有直流偏置，所以在输出波形的上面，而输出波形已经通过电容过滤了直流。