基于PSPICE的高频电子线路的仿真教学

１引言

高频电子线路所研究的是信息传输和信息处理方面的基本电路，也即通信系统中的基本单元电路。它包括高频小信号放大电路、高频功率放大器、正弦波振荡器电路、调制和解调电路、混频电路、反馈控制电路等。在高频电子线路中，大部分是非线性电路，非线性电路必须采用非线性分析方法，而求解非线性方程是非常困难的，工程上一般采用近似分析和求解的方法，理解和掌握这些分析方法难度较大。此外，由于非线性电子电路工作频率一般都比较高以及电路的复杂性，所以它有许多实际问题及理论概念需要通过实践环节学习和加深理解。利用ＰＳＰＩＣＥ进行性能分析和模拟实践有助于学生加深对这些功能电路的工作原理和分析方法的理解，有助于学生深入了解这些功能电路之间的共性，做到以点带面，举一反三。

此外，通过ＰＳＰＩＣＥ模拟分析电路，引导学生了解并掌握这种先进的电子线路分析方法，这符合现代教育和科学实践的要求。下面就以高频功率放大电路为例，用ＰＳＰＩＣＥ软件进行电路分析。

２高频功率放大器工作原理

在通信系统中，高频功率放大器是发射机的重要组成部分，要求它的输出功率很大，效率高，非线性失真小。因此，采用效率较高的丙类工作状态，为减小失真，采用ＬＣ谐振回路作为负载，所以也称为谐振功率放大器。原理电路如图１所示。高频谐振功率放大器根据晶体管工作是否进入饱和区，分为欠压、临界和过压这三个工作状态。在欠压状态下，集电极电流是尖顶余弦脉冲，集电极交变电压幅度比较小，输出功率低，效率不高，功放作用发挥不充分；在临界状态下，集电极电流仍是尖顶余弦脉冲，集电极交变电压幅度比较大，输出功率最大，效率也很高；在过压状态下，集电极电流是凹顶余弦脉冲，集电极交变电压幅度比较大，但是，集电极电流中的基波分量和平均分量都剧烈下降，并且其它谐波分量明显加大，这对于高频功率放大很不利。

３高频功率放大器性能的ＰＳＰＩＣＥ仿真分析３．１负载特性

当ＶＢＢ、ＶＣＣ和Ｖｂｍ一定时，放大器的性能随谐振回路电阻ＲＰ改变，随着ＲＰ由小变大，放

基于ＰＳＰＩＣＥ的高频电子线路的仿真教学

王苹

（芜湖职业技术学院电气系，安徽

芜湖

２４１００１）

摘要：高频电子线路是理论性和实践性都很强的一门课程，它的大部分功能电路是非线性

电路，利用ＰＳＰＩＣＥ仿真技术对高频电子线路进行性能分析、测试，使学生加深了对高频功能电路的工作原理和工程近似分析方法的理解，有利于掌握这些功能电路的测试、调整方法，是既经济又安全的科学教学方法。关键词：高频电子线路；ＰＳＰＩＣＥ；仿真中图分类号：Ｇ６４２．４

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－２８６８（２００７）０３－０１３３－０４

收稿日期：２００７－０２－１１

作者简介：王苹（１９６８－），女，安徽芜湖人。芜湖职业技术学院电气系讲师，硕士学位。

２００７年第９卷第３期

巢湖学院学报

Ｎｏ．３．，Ｖｏｌ．９．２００７总第８４期

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｏｈｕＣｏｌｌｅｇｅ

ＧｅｎｅｒａｌＳｅｒｉａｌＮｏ．８４

１３３

大器的工作状态将由欠压状态进入过压状态，集电极电流由尖顶余弦脉冲变为凹顶脉冲。

仿真结果见图２和图３所示，图２所示是

Ｒ２＝５ＫΩ，Ｖｂｍ＝２２０ｍＶ，ＶＣＣ＝１２Ｖ，ＶＢＢ＝０．６Ｖ时ＩＣ（Ｑ１）和输出电压波形，电流是尖顶余弦脉冲，输

出电压波形失真很大，输出电压中各次谐波分量的大小如下，可见当Ｒ２＝５ＫΩ时输出电压中的二次谐波分量为基波的４６％，图３所示是

Ｒ２＝３０ＫΩ，其余参数不变时ＩＣ（Ｑ１）和输出电压

波形，电流是凹顶余弦脉冲。仿真分析结果符合理论分析。

ＨＡＲＭＯＮＩＣＦＲＥＱＵＥＮＣＹ

ＦＯＵＲＩＥＲＮＯＲＭＡＬＩＺＥＤＰＨＡＳＥＮＯＲＭＡＬＩＺＥＤＮＯ（ＨＺ）ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＣＯＭＰＯＮＥＮＴ（ＤＥＧ）ＰＨＡＳＥ（ＤＥＧ）１１．６００Ｅ＋０６３．２６６Ｅ＋０１１．０００Ｅ＋００１．０５１Ｅ＋０２０．０００Ｅ＋００２３．２００Ｅ＋０６１．４８７Ｅ＋０１４．５５４Ｅ－０１－１．１３０Ｅ＋０２－２．１８１Ｅ＋０２３４．８００Ｅ＋０６６．９３５Ｅ＋００２．１２３Ｅ－０１７．０９８Ｅ＋０１－３．４１５Ｅ＋０１４６．４００Ｅ＋０６３．３３２Ｅ＋００１．０２０Ｅ－０１－９．７７２Ｅ＋０１－２．０２９Ｅ＋０２５８．０００Ｅ＋０６１．５４５Ｅ＋００４．７３１Ｅ－０２９．５９８Ｅ＋０１－９．１４８Ｅ＋００６９．６００Ｅ＋０６６．７５６Ｅ－０１２．０６８Ｅ－０２－６．９２２Ｅ＋０１－１．７４４Ｅ＋０２７１．１２０Ｅ＋０７２．７５５Ｅ－０１８．４３３Ｅ－０３１．２６０Ｅ＋０２２．０９１Ｅ＋０１８１．２８０Ｅ＋０７１．０３８Ｅ－０１３．１７８Ｅ－０３－３．８７５Ｅ＋０１－１．４３９Ｅ＋０２９１．４４０Ｅ＋０７３．４６１Ｅ－０２１．０６０Ｅ－０３１．５６２Ｅ＋０２５．１１０Ｅ＋０１

图１

图２图３

３．２集电极调制特性（ＶＣＣ变化对工作状态

的影响）

当ＶＢＢ、ＲＰ和Ｖｂｍ一定时，放大器的性能随

ＶＣＣ改变，随着ＶＣＣ由小变大，放大器的工作状

态将由过压状态进入欠压状态，集电极电流由凹顶余弦脉冲变为尖顶脉冲。仿真结果见

图３和图４所示，图４所示是Ｒ２＝３０ＫΩ，Ｖｂｍ＝

２２０ｍＶ，ＶＣＣ＝１８Ｖ，ＶＢＢ＝０．６Ｖ时ＩＣ（Ｑ１）和输出电压

波形，电流是尖顶余弦脉冲，随着ＶＣＣ由１２Ｖ变为１８Ｖ，工作状态将由过压状态进入欠压状态，

仿真分析结果符合理论分析

。

１３４

３．３放大特性（Ｖｂｍ变化对工作状态的影响）当ＶＢＢ、ＲＰ和ＶＣＣ一定时，放大器的性能随Ｖｂｍ改变，随着Ｖｂｍ由小变大，放大器的工作状态

将由欠压状态进入过压状态，集电极电流由尖顶余弦脉冲变为凹顶脉冲。仿真结果见图３和图５所示，图３、图５所示分别是Ｖｂｍ＝２２０ｍＶ和Ｖｂｍ＝

１５０ｍＶ时ＩＣ（Ｑ１）和输出电压波形，随着Ｖｂｍ由１５０ｍＶ变为２２０ｍＶ，工作状态将由欠压状态进入

过压状态，仿真分析结果符合理论分析。此时放大器的幅频特性曲线见图６。

３．４基极调制特性（ＶＢＢ变化对工作状态的

影响）

当Ｖｂｍ、ＲＰ和ＶＣＣ一定时，放大器的性能随

ＶＢＢ改变，随着ＶＢＢ由负变正增大，放大器的工作

状态将由欠压状态进入过压状态，集电极电流由尖顶余弦脉冲变为凹顶脉冲。仿真结果见图３和图７所示，图３、图７所示分别是ＶＢＢ＝０．６Ｖ和

ＶＢＢ＝０．４Ｖ时ＩＣ（Ｑ１）和输出电压波形，随着ＶＢＢ由

０．４Ｖ变为０．６Ｖ，工作状态将由欠压状态进入过

压状态，仿真分析结果符合理论分析。

图４图５

４结束语

利用ＰＳＰＩＣＥ仿真技术对高频电子线路进行

性能分析、测试，使学生加深了对高频功能电路的工作原理和工程近似分析方法的理解，掌握了这些功能电路的测试、调整方法。此外，利用

ＰＳＰＩＣＥ仿真技术对功能电路进行性能调试，不

用担心元器件的损坏及电路安全，学生经过仿真测试后，再进行实际电路调试，更有针对性，减少了元器件和实验器件的损坏。利用ＰＳＰＩＣＥ仿真教学是既经济又安全的科学教学方法。

图６

图

７

１３５