摘 要：针对高频功率放大器在传统讲授过程中理论性强、缺乏直观性，教学效果不理想的问题，本文将采用电路仿真软件Multisim对高频功率放大器的电路结构、负载特性、调制特性和放大特性进行分析，从而理解各元器件参数变化对电路带来的影响和作用。实践证明，此方法不但加深了学生对电路的认识和理解，提高电路的分析和设计能力，而且解决了理论教学缺乏直观性，效果不理想的问题。
关键词：高频功率放大器；Multisim；仿真分析
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）03-0031-03
The Teaching Research of High Frequency Power Amplifier Based on Multisim
LV Long1，QI Hua2
（1.College of Cryptography Engineering，Engineering University of CAPF，Xi’an 710086，China；
2.Xi’an Technological University Electronic Information Engineer College，Xi’an 710021，China）
Abstract：Aiming at the problem of high frequency power amplifier in the traditional teaching process，which is theoretical strong，lacking intuition，and the inefficient teaching，we will use the circuit simulation software Multisim to analyze the circuit structure，amplification characteristics，modulation characteristics and load characteristics of high frequency power amplifier in order to understand the influence and effect of each component parameter change on the circuit. In actual teaching cases，the use of Multisim has deepen students’ understanding of circuit and has improved students’ ability of analysis and design of circuit，solving the problem of lack of intuition and unsatisfactory results in theoretical teaching.
Keywords：high frequency power amplifier；Multisim；simulated analysis
0 引 言
高頻功率放大器是“高频电子线路”课程教学中的重要部分[1-3]，关于高频功率放大器的教学重点在于理解放大器的分析方法，掌握放大器的放大特性、调制特性和负载特性。由于高频功率放大器的理论性强，导致学生很难理解输入的余弦信号如何变化成尖顶余弦脉冲，又是如何转换成完整的余弦信号，并提高其输出功率。
文献[4]对几个重要的高频电路实例进行仿真分析，使学生可以通过电路参数的改变和相应仿真波形的变化加深对课程内容的理解；文献[5]对电路的结构、参数设置、频率特性、负载特性等性能参数进行分析研究，使学生加深对理论知识的理解；文献[6]给出甲类功率放大器的工作状态，分析丙类放大器的调谐特性及负载特性分析，为实践教学提供保障。
笔者认为，在高频功率放大器的教学中不能脱离以下三点：首先要明确高频功率放大器的作用，其次掌握丙类工作状态的特点，最后理解谐振回路的功能，以此为基础就很容易理解放大器的电路组成、工作原理、功率与效率计算、调制特性和负载特性等。本文将Multisim12电路仿真软件引入到高频功率放大器的理论教学中，帮助学生理解信号的变化过程，加深学生对放大器的放大特性、负载特性和调制特性的理解，解决传统讲授过程中理论性强、缺乏直观性，教学效果不理想的问题。
1 高频功率放大器工作原理
本文以丙类功率放大器为例介绍原理电路和波形变化。当基极输入高频余弦信号时，通过图解法可得集电极的电流iC：
iC=iCmax（cosωt-cosθc）/（1-cosθc）
对其进行傅里叶展开后可得：
iC=IC0+ICm1cosωt+ICm2cos2ωt+…+ICmncosnωt+…
当并联谐振回路的谐振频率ω0=ω时，直流分量以及二次谐波分量的阻抗特性都为0，直流分量通过电感视为短路，二次及以上的被电容视为短路，只有在ω0时呈现纯阻性。
高频功率放大器的输出功率和效率与放大器的工作状态有直接的关系，因此需要分析各种工作状态的特点，以及VBB，Vbm，Vcc，Rp的变化对工作状态的影响。
1.1 负载特性
负载特性是指VBB，Vbm和Vcc保持不变时，放大器的性能随Rp变化的特性。放大器的工作状态将由欠压状态到临界状态在到过压状态。
1.2 调制特性
调制特性是指放大器在Vbm，Rp不变，随VBB，Vcc变化时，放大器的工作状态在欠压状态、临界状态和过压状态之间变化。
1.3 放大特性
放大特性是指放大器在VBB，Vcc，Rp不变，随Vbm从小变大时，放大器将由欠压状态到临界状态再到过压状态。
2 原理图绘制与仿真分析
2.1 原理图绘制
在Multisim工作区创建高频功率放大器电路图，并添加虚拟示波器和信号源，仿真电路图如图1所示。
其中输入信号是幅度为1V、频率为1MHz的余弦信号，R1和C1大小分别为400mΩ和100nF，用来观察集电极电流波形，判断电路的工作状态，通过微调VBB，VCC，Vb，R2，使電路工作在临界状态，提高能量的利用率。
2.2 高频功率放大器负载特性仿真
改变回路电阻阻值，用万用表电压档和安培计观察回路电压和电流随Rp变化的情况，如表1所示。
从表1中可以发现，随着Rp的增加，输出电压由小到大变化，最后趋于稳定，电流开始小幅度减小，到最后大幅度减小，表明电路从欠压状态到临界状态再到过压状态的一个变化，实验数据与理论结果一致。
2.3 高频功率放大器基极调制特性仿真
设置基极偏置电压VBB为0.1V，观察示波器所测量的输入输出波形的变化情况，如图2所示，从中可以发现，输出电流信号为凹陷余弦脉冲，说明随着VBB的减小，放大器的工作状态由欠压状态到临界状态再到过压状态。
2.4 高频功率放大器集电极调制特性仿真
设置集电极偏置电压VCC为12V，观察测量的输入输出波形，如图3所示。从图中可以发现，输出电流信号变成凹陷余弦脉冲，说明随着VCC的增加，放大器的工作状态由欠压状态到临界状态再到过压状态。
2.5 高频功率放大器放大特性仿真
输入激励电压Vbm=1V，观察示波器所测量的输入输出波形的变化情况，如图4所示。从中可以发现，输出电压信号在11V左右，放大了11倍左右。
3 结 论
本文分析了Multisim软件在高频功率放大器教学中的应用。与传统的理论授课对比，应用Multisim软件可使学生自主进行电路连接和元件参数的选择，并通过虚拟仪器的输出波形分析各元器件参数变化对电路影响和作用，理解电路的负载特性、调制特性和放大特性，加深对电路理论知识的理解和掌握。因此在传统的高频功率放大器教学中引入Multisim软件，可以更好地帮助学生分析理解电路的结构和特性，提高其分析问题的能力和解决问题的能力。
参考文献：
[1] 张肃文.高频电子线路（第五版） [M].北京：高等教育出版社，2009.
[2] 曾兴雯.高频电子线路 [M].北京：高等教育出版社，2003.
[3] 杨霓清.高频电子线路 [M].北京：机械工业出版社，2007.
[4] 胡昭华，吴佑林.基于Multisim的“高频电子线路”教学研究 [J].电气电子教学学报，2010，32（6）：116-117+120.
[5] 王海梅.基于Multisim的高频小信号谐振放大器仿真研究 [J].新技术新工艺，2015，30（2）：68-71.
[6] 郑文.基于Multisim的高频功率放大器仿真分析 [J].实验科学与技术，2014，12（1）：22-23+51.
作者简介：吕龙（1989-），男，助教，硕士。从事工作为电工基础理论教学、电子技术应用和军事物联网的研究。