广西物理第27卷第2期GUANVol.27No.22006GXIWULI应用Spice程序分析高频功率放大器的动态特性曾庆科秦子雄林战平蒋燕燕(广西师范大学物理与电子工程学院,广西桂林541004)摘要:应用Spice程序对高频功率放大器进行了时域仿真和傅立叶分析,分别讨论了负载阻抗RL、输入信号的幅值Usm和集电极电源电压EC变化对高频功率放大器的动态特性的影响,应用仿真手段可以比硬件电路板实验更透彻地了解理论设计中存在的问题及其解决方法。能简化电路设计过程,优化高频功率放大器电路的设计。关键词:高频功率放大器;spice程序;仿真分析:TN710.2文献标识码:A:1003-7551(2006)02-0034-041引言传送到接收端,所需的发射功率。,因而工作在高频状态和大信号非(晶体管、场效应管等)在高频状态和非线性,。此外,高频功率放大器电路设计比较复杂,。本文通过应用Spice程序在一些近似条件下对高频功率放大器的。完成了在实验室需花大量时间才能完成的实验操作和数据处理,并很快得到了相关曲线。应用Spice程序模拟高频功率放大器电路是对非线性电路进行直观教学的好方法,且能加深理论认识,简化电路设计过程,优化高频功率放大器电路的设计。2高频功率放大器动态特性的仿真分析动态特性曲线是指当加上激励信号及接上负载阻抗时,晶体管集电极iC与电极电压(ube或uce)的关系曲线。如图1所示是比较典型的高频丙类功率放大器,图中T1为功率放大管,Rb、Cb组成静态偏置电阻,使电路工作在丙类状态,L和C组成负载回路,谐振时等效负载阻抗设为RL,uS作为功放的激励信号电压。根据图1电路编写Spice程序[1-2]。2.1高频功率放大器的负载特性由理论分析表明,高频功率放大器的动态特性曲线的斜率与负载RL有关,负载RL越大,亦即图1高频功率放大器LC负载回路的电压幅值Ucm1也越大,动态特性曲线的斜率也就越小。因此,放大器的工作状态随着负载RL的不同而变化。为了能较详细地研究高频功率放3“基金项目:”“十五首批自治区重点课程建设资助项目;”十五首批校级精品课程建设资助项目(2003第62号)33收稿日期:2006-04-1634第2期应用Spice程序分析高频功率放大器的动态特性大器的集电极电流iC与负载RL之间的关系,测量负载特性时,设集电极电源电压EC、静态基极偏压(图1中电阻Rb两端的电压)和激励信号电压幅值Usm不变。下面进行时域仿真和傅立叶分析。设置傅立叶分析语句(.FOUR100KHZV(6)IC(Q1))和参数扫描分析语句(RL90{R}/.PARAMR=1/.STEPPARAMRLIST1004008001.2K1.3K1.4K1.6K1.8K2K3K4K10K)。对负载RL在100Ω～10kΩ范围内进行线性扫描,集电极电流iC波形如图2所示。图2集电极电流iC与负载RL之间的关系曲线观察图2可见,当RL从100Ω逐渐增大到1.3kΩ时,集电极电流iC作状态至临界工作状态,集电极电流脉冲的大小及形状基本不变。RLIcmmax略有减小。因此,集电极电流脉冲的直流分量的振幅Ic0I,仅随RL的增大而略有下降。当RL≥1.4kΩ后,,,而且下凹程序随着RL的增大而急剧加深,致使Ic0和Icm1也急剧下降图3负载特性图4功率、效率与负载RL的关系曲线进一步利用傅立叶分析,其结果可从输出文件(3OUT)中读取,对Ic0、Icm1和LC负载回路的电压幅值Ucm1的数据进行数据处理,得出负载特性如图3所示。再由关系式Ucm1=Icm1RL看出,在欠压状态下,随着RL增大,Ic0和Icm1基本不变,因此Ucm1随RL的增大而直线上升。进入过压状态后,由于Icm1随RL的增大而显著下降,因此Ucm1随RL的增大而缓慢地上升。近似地,欠压状态时Icm1基本不变,过压状态时Ucm1基本不变。因此可以把工作在欠压状态下的功率放大器当作一个恒流源;而把工作在过压状态下的功率放大器当作一个恒压源。图4是根据图3而得到的功率、效率曲线。直流输入功率PD(=Ic0EC)与Ic0的变化规律相同;交流输出功率PO(=(1/2)Ucm1Icm1)在临界状态下达到最大值;集电极耗散功率PC(=PD-PO)在RL=0时达到最大值;效率η(=PO/PD)在靠近临界的弱过压状态出现最大值。在实际电路调整中,高频功率放大器可能会经历上述各种状态,利用负载特性可以正确判断各种状态,以进行正确的调整。2.2高频功率放大器的放大特性高频功率放大器的放大特性是指EC、静态基极偏压和负载RL保持一定时,功放的电流、电压、功率及效率随激励信号电压幅值Usm的变化关系...