杭电通信电路实验1.doc

通信电路实验报告 姓名： 王健 学号： 班级：  实验名称： 谐振功率放大器设计及仿真 实验目的 1、了解和掌握谐振放大器的电路组成和工作原理。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。 设计指标 1、工作频率在 20MHz；2、设计合理的输出匹配网络和输入匹配网络，功率放大器的输入\输出阻 抗为50Ω ； 3、三极管选用 Q2N2222，集电极采用串馈供电，电源电压为 12V，基 极采用自给偏置方式供电； 注意三极管的极限参数： Icm = 800mA，P cm =1.2W，Vcemax = 30V ）。4、输出功率 P o ≥1.5W 。5、二次谐波抑制度 H 2 ≤ ?30dBc 。6、求出在最大输出功率时信号的输入功率。7、分析最大输出功率时的电源功耗、集电极功耗、效率、功率增益及二 次谐波失真。 原理图 （1）直流馈电电路 在本设计中，三极管 Q2N2222 要求采用集电极串馈供电，基极采用自给偏置方式供电(电源电压为12V），在电路中L1为功率管的基极提供直流通路，L2 为扼流圈，C1为高频旁路电容。 在这里我们选取 L1=1mH， C1=30uF， L2=1mH， （2）集电极选频网络集电极电流 要使输出功率大于等于1.5W，对于输出电阻Rp的取值范围为 在本实验中选取 。 并联谐振电路如下图 1-4 所示。 对于并联谐振回路有： 通过计算，我们选取 L=79nH， C=0.8nF （3）对于输入匹配网络 为了得到最大的电源输出功率，使得处于最佳匹配状态，则有输入输出阻抗都为50Ω，  eq \o\ac(○,1) 输出匹配网络设计： 将输出阻抗 50 Ω 转换到 30 Ω ，这里采用 L 型匹配网络。 利用串\并阻抗等效互换，由下公式可有： 计算可得： C=130pF L=0.19uH 对于谐振功率放大器，选频网络的 Q 值越高越好，为此在匹配网络中改动 由原理图使其中下式成立： 在这里选取值。 L1 = 0.85 uH ， C1= 96.5pF  eq \o\ac(○,2)输入匹配网络设计 在 PSpice 中对图 1-8 三极管基极加入信号源，设置频率 f = 20MHz ，通过仿真观察三极管集电极输出电流波形，大致确定Vs = 3.7V 电源内阻 Zs = 50Ω ，对于电流取出 Ii 中的 基频成分 I [1] 则仿真后得到基极电压和电流波形为图 1-10、图 1-11 所示。 图 1-10 基极电流\电压波形图 图 1-11 基极电流\电压频谱图 由输出波形图测量可得： （其中 I[1]表示电流的基频分量） 则输入等效阻抗为： 因此，设计要求则应该从 50.0811Ω 匹配到 50Ω 的输入阻抗。 在这里我们选择π 型匹配网络来进行 82Ω 到 50Ω 的匹配设计原理图如下 各个元件转换表达式为： 在本实验设计中， RL = 51.132Ω， Re = 50Ω ， 并假定Qe1 =3，则计算得到： L=239nH， C2=477pF， 通过反复调节最终确定： C0=100pF， C1=310pF。 （4）整体电路仿真分析 最终系统整体电路图如图所示： 四、仿真结果计算分析 图 1-15 集电极电流和电压、 R2 电压波形图 图 1-16 集电极电流和电压、 R2 电压频谱图 由图 1-15 及图 1-16 可得，三极管集电极在 0、20MHz、40MHz时的电压电流值，如下示： R2 两端输出电压值为 对于输入的信号，可测得 由以上数据，则可求得： 谐振功率放大器有直流功率为 交流输出信号的功率为 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 集电极的效率为 输入信号的功率为 二次谐波失真为 功率增益为 五、实验收获与体会 这次实验是第一次通信电路的仿真实验，也是我第一次碰到OrCAD软件，在第一次使用这个软件的过程中，我遇到了许多困难，花费了许多时间，用了一天才终于学会基本操作。听说OrCAD比较专业，在以后开发中经常使用，我觉得我的努力又是值得的。 在做仿真实验的时候，一定要复习课文，仿真实验基于课本，不熟悉原理就会无从下手。虽然没有预习报告，下次也有让真预习