高頻電子線路課程設計--基極振幅調制器的設計與實現

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1基極振幅調制器的原理與設計2</p><p>　　2基極振幅調制器電路的仿真4</p><p>　　2.1 Multisim仿真軟件的介紹4</p><

2、p>　　2.1.1 Muitisim軟件簡介4</p><p>　　2.1.1 Multisim的基本界面操作5</p><p>　　2.1.2 應用Multisim軟件的注意事項8</p><p>　　2.2 基極調幅的仿真9</p><p>　　3基極振幅調制器電路實現與分析12</p><p>　

3、　3.1 基極調幅的特性曲線12</p><p>　　3.2 基極調幅在欠壓、過壓和臨界三種工作狀態(tài)下的分析12</p><p>　　3.2.1 基極調幅在欠壓工作狀態(tài)下的分析12</p><p>　　3.2.2 基極調幅在過壓工作狀態(tài)下的分析13</p><p>　　3.2.3 基極調幅在臨界工作狀態(tài)下的分析14</p>

4、;<p><b>　　總 結16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　調幅是使高頻載波信號的振幅隨調制信號的瞬時變化而變化。也就是說，通過用調制信號來改變高頻信號的幅度大小，使得調制信號的信息包含

5、入高頻信號之中，通過天線把高頻信號發(fā)射出去，然后就把調制信號也傳播出去了。這時候在接收端可以把調制信號解調出來，也就是把高頻信號的幅度解讀出來就可以得到調制信號了</p><p>　　調幅波的形成早期VHF 頻段的移動通信電臺大都采用調幅方式，由于信道衰落會使模擬調幅產生附加調幅而造成失真，目前已很少采用。調頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調幅制，對移動信道有較好的適應性。高頻信號的幅度隨著調制信號作相應的變化，

6、這就是調幅波。由于高頻信號的幅度很容易被周圍的環(huán)境所影響。所以調幅信號的傳輸并不十分可靠。在傳輸的過程中也很容易被竊聽，不安全。所以現在這種技術已經比較少被采用。但在簡單設備的通信中還有采用。比如收音機中的AM波段就是調幅波，大家可以和FM波段的調頻波相比較，可以看到它的音質和FM波段的調頻波相比會比較差，原因就是它更容易被干擾。</p><p>　　1基極振幅調制器的原理與設計</p><p

7、>　　所謂基極調幅，就是用調制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極(柵極)偏壓，以實現調幅。它的基本電路如圖1-1，由此可知為了獲得有效的調幅，基極調幅電路必須總是工作欠壓狀抵，可以證明基極調幅的平均集電極效率不高這是它的主要缺點。它的主要優(yōu)點是所需調制功率串很小，對整機的小型化有利。</p><p>　　圖1-1基極振幅調制基本原理電路圖</p><p>　　基本原理是利用丙類功率放

8、大器在電源電壓，輸入信號振幅，諧振電阻不變的條件下，在次壓區(qū)改變，其輸出電流隨變化這一特點來實現調幅的。 任何一種非線性器件都可以用來產生調幅彼。晶體管是一種非線性器件，只要讓其工作在非線性（甲乙類，乙類或丙類）狀態(tài)下，即可用它構成調幅電路。一般總是把高頻載波信號和調制信號分別加在諧振功率放大器的晶體管的某個電極上，利用晶體管的發(fā)射結進行頻率變換，并通過選頻放大，從而達到調幅的目的。電路仿真圖如下圖所示。</p&

9、gt;<p>　　圖1-2 基極振幅調制設計電路</p><p>　　設定輸入高頻載波的幅度為10V，頻率為15MHZ。輸入調制信號的幅度為2V，頻率為600KHZ。因為LC滿足諧振條件，所以可設電容和電感分別為L=11.26nF，C=10nH。經過調試，兩個直流電源可分別為=0.1V和=35V。</p><p>　　2基極振幅調制器電路的仿真</p><

10、p>　　2.1 Multisim仿真軟件的介紹</p><p>　　NI Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，就能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW

11、和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數據的實現建模測量。有如下特點：</p><p>　　通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設計電路 ；</p><p>　　通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為； </p><p>　　借助高級電路分析, 理解基本設計特征 ；</p><p>　　通

12、過一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試 ；</p><p>　　通過改進、整合設計流程, 減少建模錯誤并縮短研發(fā)時間。</p><p>　　2.1.1 Muitisim軟件簡介</p><p>　　NI Multisim 10.1是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本的原理電路設計、電路功能測試的

13、虛擬仿真軟件。</p><p>　　目前NI的EWB的包含有電路仿真設計的模塊Multisim、PCB設計軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設計模塊Commsim 4個相互獨立的部分，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程。</p><p>　　Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 均有增強專業(yè)版（Power Pro

14、fessional)、專業(yè)版（Professional）、個人版（Personal）、教育版（Education）、學生版（Student）和演示版（Demo）等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差異。</p><p>　　Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件、儀器和儀表，實現了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。</p><p>　　元器件庫提供數千種電路元器件，同時

15、也可以新建或擴充已有的元器件庫，很方便的在工程設計中使用。</p><p>　　虛擬測試儀器儀表種類齊全，如萬用表、函數信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源，波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。</p><p>　　Multisim 10具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲

16、分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。</p><p>　　Multisim 10可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。</p><p>　　有豐富的Help功能，不僅包括軟件本身的操作指南，還包含有元器件的功能解說。</p><p>　　提供了與國內外流行的PC

17、B設計軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的接口，支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設計。</p><p>　　易學易用，適合于電子信息、通信工程、自動化、電氣控制類專業(yè)，有利于開展綜合性的設計和實驗，培養(yǎng)綜合分析、開發(fā)和創(chuàng)新能力。</p><p>　　2.1.1 Multisim的基本界面操作 </p><p><b>　　1

18、啟動軟件</b></p><p>　　雙擊桌面上的Multisim快捷方式或選擇程序菜單中的Multisim選項，即啟動Multisim 10。</p><p>　　圖2-1 Multisim軟件界面</p><p><b>　　2 軟件選項設置</b></p><p>　　單擊“主菜單欄”中的“optio

19、n”選項，選擇“Global Preferences”，出現下面的對話窗口，如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 選項設置對話框</p><p>　　可選擇適合的元件類型。</p><p><b>　　3 繪制電路</b></p><p>　　元器件庫的操作包括：</p><p>　　(1)

20、 取用元件：從元器件庫中取用所需元件；</p><p>　　圖2-3 元件選項對話框</p><p>　　點擊某元件會彈出上圖所示對話框，可根據要求選擇所需器件，然后按OK即可。</p><p>　　Multisim10的元件均具有下列元素:</p><p>　　Symbol – 元件符號（ for Schematic）</p>

21、<p>　　Model – 元件模型（ for Simulation）</p><p>　　Footprint – 元件外型（ for Layout）</p><p>　　Electronic Parameter– 電子元件參數</p><p>　　User Defined Info. – 使用者自定資訊</p><p>　　Pi

22、n model—管腳模型</p><p>　　General—元件描述</p><p>　　在元件上雙擊鼠標左鍵開啟屬性對話框如下圖所示：</p><p>　　圖 2-4 元件屬性對話框</p><p>　　其中，Label：修改元件序號、標識；</p><p>　　Display：設置元件標識是否顯示；</p&

23、gt;<p>　　Value：設定元件參數值；</p><p>　　Fault：設定元件故障。</p><p>　　(2) 擺放元件：調整元件的位置與方向；</p><p>　　圖2-5 元件設置對話框</p><p>　　右擊元件可得到上圖所示對話框，可對元件進行旋轉，設置元件標識等操作。</p><p&g

24、t;　　(3)線路連接：連接元件的引腳。</p><p>　　連線方式可分為手動連線和自動連線。</p><p>　　調整走線既可以拖拽線段也可以拖拽節(jié)點。</p><p><b>　　(4)儀表庫操作</b></p><p>　　Multisim中的儀表調用十分簡單，從儀表庫中單擊要調用的儀表，光標附著儀表，移動光標到

25、目標位置，單擊鼠標左鍵放置儀表，完成儀表調用。</p><p><b>　　其中儀表有如下所示</b></p><p>　　數字萬用表（Multimeter)</p><p>　　函數信號發(fā)生器 (Function Generator)</p><p>　　瓦特表 (Wattmeter)</p><p

26、>　　示波器 (Oscilloscope)</p><p>　　四通道示波(4 channel Oscilloscope)</p><p>　　波特圖儀 (Bode Plotter)</p><p>　　頻率計數器 (Frequency counter)</p><p>　　字符信號發(fā)生器 (Word Generator)</p&

27、gt;<p>　　邏輯分析儀 (Logic Analyzer)</p><p>　　邏輯轉換器 (Logic converter)</p><p>　　IV曲線分析儀(IV Analyzer)</p><p>　　失真度分析儀 (Distortion Analyzer)</p><p>　　頻譜分析儀 (Spectrum Ana

28、lyzer)</p><p>　　網絡分析儀 (Network Analyzer)</p><p>　　Aglient 函數信號發(fā)生器(Aglient Function Generator)</p><p>　　Aglient 萬用表 (Aglient Function Generator)</p><p>　　Aglient 示波器(Agl

29、ient 100M Oscilloscope)</p><p>　　動態(tài)測試筆 (Dynamic measurement probe)</p><p>　　2.1.2 應用Multisim軟件的注意事項</p><p>　　1.不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機；</p><p>　　2.刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關的情況

30、下進行；</p><p>　　3.注意數字地與模擬地的差別，使用標準符號；</p><p>　　4.注意LED數碼管的極性；</p><p>　　5.分模塊調試，最后綜合調試。</p><p>　　2.2 基極調幅的仿真</p><p>　　輸入的高頻載波信號波形如下圖所示：</p><p>　

31、　圖2-6 輸入高頻載波信號波形</p><p>　　設置載波信號振幅峰峰值為=14V，頻率為=15MHZ，所以輸入載波信號為，調整示波器得上圖所示波形圖。</p><p>　　載波信號經過三極管放大后得到的放大輸出信號波形如下圖所示：</p><p>　　圖2-7 載波信號經三極管放大后的輸出信號波形</p><p>　　在示波器上讀出放大

32、信號的振幅峰峰值為=35.2V，頻率為=15MHZ，所以得信號的放大倍數 。</p><p>　　基極調幅輸入調制信號波形如下圖所示：</p><p>　　圖2-8 輸入調制信號波形</p><p>　　調制信號的振幅峰峰值，頻率為，所以調制信號為，得適合的波形如上圖所示。</p><p>　　經過基極調幅后得到輸出調制信號波形如下圖所示：&

33、lt;/p><p><b>　　基極調幅輸出波形：</b></p><p>　　圖2-9 基極調幅輸出信號波形</p><p>　　由圖可以可出輸出調制信號的頻率與載波信號相近，也可以看出輸出的調制信號波形的包絡線與輸入的調制信號波形一致。可以讀出輸出調制信號的</p><p>　　，，所以得出調制系數</p>

34、<p>　　3基極振幅調制器電路實現與分析</p><p>　　3.1 基極調幅的特性曲線</p><p>　　極振幅調制器電路由NI Multisim軟件模擬仿真實現，基極振幅調制特性分析如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1基極調幅特性曲線</p><p>　　3.2 基極調幅在欠壓、過壓和臨界三種工作狀態(tài)下的分析&

35、lt;/p><p>　　3.2.1 基極調幅在欠壓工作狀態(tài)下的分析</p><p>　　圖3-2 欠壓工作狀態(tài)曲線</p><p>　　在Uc不是很大時，晶體管只在截止和放大區(qū)工作，在此區(qū)間內Uc增加時，集電極電流幾乎不變，這種工作狀態(tài)稱為欠壓工作狀態(tài)?；鶚O調幅就是工作在這種狀態(tài)。</p><p>　　基極調幅在欠壓時，輸出調制信號波形如下圖所示

36、：</p><p>　　圖3-3 欠壓工作狀態(tài)輸出調制信號波形</p><p>　　在欠壓工作狀態(tài)時，輸出的調制信號是放大且不失真的。</p><p>　　3.2.2 基極調幅在過壓工作狀態(tài)下的分析</p><p>　　圖3-4 過壓工作狀態(tài)曲線</p><p>　　當Uc加大到接近Ucc時發(fā)射結和集電結正向偏置，即工

37、作到飽和狀態(tài)這時的狀態(tài)稱過壓狀態(tài)，此時的集電極電流會產生失真，輸出電壓也會產生失真。</p><p>　　基極調幅在過壓工作狀態(tài)時輸出調制信號波形圖如下圖所示：</p><p>　　圖 3-5 過壓工作狀態(tài)輸出調制信號波形</p><p>　　過壓工作狀態(tài)時輸出調制信號波形失真且放大倍數較小。</p><p>　　3.2.3 基極調幅在臨界工

38、作狀態(tài)下的分析</p><p>　　圖3-6 臨界工作狀態(tài)曲線</p><p>　　在Uc介于欠壓和過壓狀態(tài)之間的某一值時，動態(tài)特性曲線上端正好位于電流下降線上，此狀態(tài)稱臨界狀態(tài)。與欠壓和過壓狀態(tài)比較，它有較大的基波電流和回路電壓。</p><p>　　基極調幅在臨界工作狀態(tài)時輸出調制信號波形如下圖所示：</p><p>　　圖3-7 臨界工

39、作狀態(tài)輸出調制信號波形</p><p>　　臨界時輸出調制信號幅度最大且不失真，但不容易保持。</p><p>　　綜上所述，基極調幅電路必須工作在欠壓區(qū)，所以要選擇合適的三極管和元器件的參數。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　調幅是連續(xù)波調制中比較重要的一部調制方法，可以涉及長、中、短與

40、超短波的調制，且接受設備最簡單，可見其在實際應用中的重要性。</p><p>　　通過本次課程設計使我明白了怎樣使用Multisim軟件仿真，如何對參數的計算及元件的選取，如何對原理框圖的設計應用，但在設計中還有很多不足之處，如參數計算存在誤差，仿真中出現波形失真，不過這都是我今后實踐和學習的寶貴經驗，以上的不足之處我一定會克服，爭取在今后的實踐中不再出現上述的情況。我做完了高頻電子線路課程設計學到了很多的知識與

41、技能，從書本上學到的是我做課設的基礎，是我學習的進一步的應用。通過這次高頻課設我學會了，綜合運用高頻課程中所學到的理論知識去獨立完成一個設計課題，通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)了我獨立分析和解決實際問題的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 曾興文，劉乃安，陳健.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2007</

42、p><p>　　[2] 張肅文等.高頻電子線路[M](第四版).北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[3] 路而紅等.虛擬電子實驗室[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[4] 華成英，童詩白.模擬電子技術[M](第四版).北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[5] 清華大學通

43、信教研組.高頻電路[M].北京：人民郵電出版社，1979</p><p>　　[6] 楊欣，王玉鳳.電子設計從零開始[M].北京：清華大學出版社，2009</p><p>　　[7] 謝嘉奎.高頻電子線路[M](第二版).北京：高等教育出版社，1984</p><p>　　[8] 武秀玲，沈偉慈.高頻電子線路[M].西安：西安電子科技大學出版社，1995