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1、基于基于 protelprotel 的功率放大电路的功率放大电路- -相关资料相关资料- -仿真结果仿真结果- -论文模板论文模板本文由獨孤求敗_贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。学士论文设计基于 protel 对功率放大电路的制作和分析摘 要 :理论分析互补 对称功率放大电 路中 自举电容的作用 ,给出用 EDA 软件 protel99se 仿真分析该电路的方法,仿真分析与理论分析结果一致,为获得该类电 路的分析设计提供了 EDA 手段和实验依据. 关键词: 关键词: 电子设计自动化软件;Protel;功率放大电路;仿真分析;自举
2、电容.Protel-basedPower Amplifier Circuit For Production and AnalysistheAbstract:Theoretical Analysis of complementary symmetry power amplifier circuit in the role of bootstrap capacitor is given by EDA simulation software to analyze the circuit protel99se method, simulation analysis results are consis
3、tent with the theoretical analysis, in order to obtain such an analysis of the circuit design based on EDA tools and experiments. Keywords:Electronic Design Automation(EDA);Protel;Power AmplifierCircuit;Simulation Analysis;Bootstrap Capacitor.1学士论文设计1.引言 Protel 是国内最流行,使用最广泛的一套电子设计自动化软件,简称 EDA 软 件 (E
4、lectronic Design Automatic)公司 2001 年正式推出具有产品数据管理 . (PDM) 功能强大 EDA 综合设计环境 protel 99se,该软件采用客户机/服务器模式结构,采 用统一的数据库管理,能够进行电路的电气规则检查,可以电路图仿真,软件包 括了大多数常用元件以及这些元件的封装形式,使用十分方便,它具有原理图设 计,层次原理图设计,报表制作,电路仿真以及逻辑器件设计等特点,是电子设 计的最常用的电子设计软件之一.在模似电子线路中,功率放大电路是重要的必 不可少的电路形式,是信号处理和多级放大后的必然要求,其最主要的表现形式 之一就是互补对称功率放大电路(简
5、称 OTL 功放电路) .由于互补对称功率放大电 路仅由阻容元件和晶体管组成,易于集成和实现,又不需要变压器,从而改善了 电路的性能,提高了电路的实用性.因而在家用电器,机电产品中和仪器仪表等 中,互补对称功率放大电路都得到了普遍的使用.这样互补对称功率放大电路也 就成为了我制作和分析的对象.本论文主要是介绍 protel 99se 对互补对称功率 放大电路的制作与仿真分析.在仿真原理图之前必须遵守一些规则: 1.所有的元件须引用适当的仿真元件模型. 2.设计者必须放置和连接可靠的信号源,以便仿真过程中驱动整个电路. 3.设计者在需要绘制仿真数据的节点处必须添加网络标号. 4.如果必要的话,设
6、计者必须定义电路的仿真初始条件. 2.对放大电路的仿真分析 对放大电路的仿真分析 仿真分 1,概述 仿真分析是使用计算机进行模似和数值分析的实用方法,通过仿真分析,不 必构造具体的物理电路,也不必使用实际的测试仪器,就基本上可以确定电路的 工作性能.这里我用 protel 99se 软件对单电源互补对称功率放大电路进行仿真 分析.功率放大是一种能量转换的电路,在输入信号的作用下,把电源的能量转 换成随输入信号变化的输出功率送给负载.放大电路的实质上就是能量转换电路. 从能量观点来看,功率放大电路与电压放大电路没有本质区别.但是,功率放大 电路与电压放大电路所要完成的任务不同了.对电压放大电路的
7、主要要求是使负 载的到不失真的电压信号,讨论的主要指标是电压增益,和输出阻抗等,输出的 功率不一定大.而功率放大电路则不同,它主要要求获得一定的不失真的输出功 率,通常是在大信号状态下工作,因此,功率放大电路包含着一系列在电压放大2学士论文设计电路中没有出现过的特殊问题,这些问题是: (1)输出功率要大,要增加放大器的输出功率,必须在晶体管运行的极限的 工作区域附近. (2)效率 要高,放大器的效率 =交流输出功率/直流输入功率. (3)非线性失真要小,功率放大电路是在大信号下工作,所以不可避免地会 产生非线性失真,而且同一功放管输出功率越大,非线性失真越严重,这就使输 出功率和非线性失真成为
8、一对主要的矛盾. (4)BJT 的散热问题,在功率放大电路中,有相当大的功率消耗在管子的集 电结上,使结温和管壳温度升高.为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大 的功率,放大器件的散热就成为一个重要问题. 2,仿真分析 我们这里主要分析单电源互补对称电路(OTL 电路)如图 1 所示,我们这里输入 信号 Vin=0.1V,频率为 1kHz.经过仿真得到的图 2 所示,我们可以很清楚的看到输 入输出的电压波形以及各点的电压波形,这有利于我更直接有效的分析电路 图.(这里我们 V14 是作为输出电压)对各点的静态点进行分析.图 1单电源互补对称电路(OTL 电路)3学士论文设计图 2 3.参数扫
9、描分析各点的仿真电压波形图参数扫描分析是将电路参数值设置为一定的变化范围,以分析参数变化对电 路性能的影响,这种作用相当于对电路进行多次不同参数下的仿真分析,可以快速 检验电路性能,对将要投产的产品设计很有意义. 参数扫描可以有 3 种分析:DC 工 作点分析,瞬态分析和 AC 频率分析. (1) 对该放大电路中的 R1 进行 DC 工作点 分析,这里只分析 R1 变化对电路中 M 点电位的影响,以便确定使 M 点电位为 VCC/ 2 时的 R1 阻值. 分析结果 R1 应为 93340. (2) 该放大电路中的 RL 进行瞬态参数 扫描分析,对负载 RL 进行瞬态参数扫描分析,分析结果 RL
10、=1K 时如图 3 所示,电路 中其他参数不变的情况下,负载不同时,输出亦不同. RL=1K 时这时输出的电压约 为 2V.图 3电阻 RL 的参数扫描分析结果这里用 protel 软件工具对该功率放大电路不同的输入信号,测量其输出电压 值, 结果如表 2 所示. 当输入信号为 0.156V 时,输出电压的底部已经开始出现失真. 最大不失真输出电压接近为 4.5V.随着信号源的不断增加,输出电压随之增大, 当超过最大不失真输入电压时,输入波形出现不同程度的失真.如图 4 所示4学士论文设计图 4 当输入 0.2V 电压时,V14 出现失真.我们从图形 4 中很容易看出. 这是因为当输入电压 v
11、i 为负半周时, T1 导电, 因而 iB1 增加,由于 R6 和 R8 上的压 降以及 vBE1 的存在,当 M 点电位向+ VCC 接近时, T1 的基流将受限制而不能增加 很多,因而也就限制了 T1 输向负载的电流,使 RL 两端得不到足够的电压变化量, 致 使 Vom 明显小于 VCC/ 2. 通常的办法是在电路中 A ,B 间引入电容 C4 组成的所谓 自举电路,当时间常数 R6 C4 足够大时,电容 C4 两端电压将基本为常数,不随 vi 而改 变. 这样, 当 vi 为负时, T1 导电, vM 将由 VCC/ 2 向更正方向变化,随着 M 点电位 升高,B 点电位 vB 也自动
12、升高. 因而,即使输出电压幅度升得很高,也有足够大的电 流 iB1 ,使 T1 充分导电.5学士论文设计3.自举电容 3.自举电容 C2 的作用与分析 1.提高电压增益 (1)不接 C2 的电压增益 若图 5 中不接 C2 ,其输入 ui 为正极性电压时Q1 和 Q2 导通,Q3 截止,Q1 为共 射放大电路,其电压增益为 A ,Q2 为共集放大电路,其电压增益为 A 小于或等于 1 ,则电路总的电压增益为| A| = | A A| A| 较小(ui 为负极性时, 结论相同) . (2)接 C2 的电压增益 若图 5 中接 C2 ,其输入为正极性电压时 Q1 和 Q2 导通,Q3 截止, Q1
13、 为共射放 大电路,其电压增益为 A ,Q2 也是共射放大电路,其电压增益为 A ,则电路总的电 压增益为| A| = | A A|较大(ui 为负极性时,结论相同) . (3)结论 式和相比得,接上自举电容 C2 后电路的总的电压增益大大提高了. 2.增大动态范围 在图 1 中,C2 是自举电容,静态电压 Ve = Ec / 2 ,Vf = Ec - Ib2 Rc Ec (Rc 很小) ,Vc3 = VD - VA = Ec -Ec2=Ec2,而 C2 容量较大(一般是 100F 以上) ,所 以当加上输入信号 ui ,Ve 变化时,C2 两端电压 VC2 基本不变. 这必然造成在 Q2 导
14、 通过程中,随着 Ve 增高,Vf 也相应增高(Vf = VC2 + Ve ) ,不会出现 Vf =Ve 的情 况.Q2 的基极电流是由 Vf 提供的, Ib2 =Vf - VBE2 - VeR3 12 ECR3,显然, Ib2 与 Ve 无关,即 Ve 增高时,不会影响Ib2 的大小,只要适当地选取 R3 ,就能给 Q2 提供导通的基极电流,使 Q2 达到饱和状态,使 Ve 由 Ec2 变到 EC 成为可能,Ve 的 变化量为 Ec2,e 点输出电压正半周的幅值为 Ec2,接入自举电容 C2 后对输出电压 的负半周没有影响,因此动态范围变为-Ec2- +Ec2,即比无自举电容时增大了动态 范
15、围.6学士论文设计图 5简单的对称电路3.利用 protel 99se 仿真分析互补对称电路中自举电容的作用 通过图 1 与图 5 的分析,我对互补对称电路进行了修正,也就是带自举电容. 如图 6 所示,通过对修正后的电路进行仿真分析,其中D1,D2,R4,R5,C3 是使电 路充分导通和限流而加入 ,电路参数见图7 所示,通过图我们可以清楚的看到输出 的电压增大和各点的电流.在测试的相同情况下(Vim=0.1V/1kHz)时,输出电压 明显增,图 1 仿真得到输出电压约为 3V,而修正后的电压达到了 3.6V.这都是自 举电容 C2 的作用. 4. 参数扫描分析 参数扫描分析是将电路参数值设
16、置为一定的范围 ,以分析参数变化对电路性 能的影响 ,这种作用相当于对电路进行多次不同参数下仿真分析 ,以快速检验电 路性能 ,对将要投产的产品设计很有意义.参数扫描有三种分析:DC 工作点分析, 瞬态分析和 AC 频率分析. 对该功放电路中的 R1 进行 DC 工作点分析,分析结 果 R1 应为 201. 85k, 对该电路中 RL 进行瞬态参数扫描分析.7学士论文设计图 6修正后带自举电容互补对称电路图 7,修正后带自举电容互补对称电路仿真8学士论文设计4,结束语 , 综上分析知 ,在互补对称功放电路中 ,接入自举电容 ,输出级变共集电路为共 射电路 ,提高了电压增益 ,增大动态范围; 参数扫描分析快速校验和优化电路性 能.实践表明 protel 99se 软件是电路与系统设计的有利工具 ,加速电子系统设计 的步伐 ,对电子技术课程的教学也是一种有益的补充. 但是,在不同场合下,对非线 性失真的要求不同. 例如,在测量系统和电声设备中,这 个问题显得重要,而在工业 控制系统等场合中,则以输出功率为主要目的,对非线性失真的要求就降为次要问 题了.
