高頻仿真實驗報告

1、 實 驗 報 告實驗課程：通信電子線路實驗（軟件部分） 學(xué)生姓名：周倩文 學(xué) 號：6301712010 專業(yè)班級：通信121班 指導(dǎo)教師：雷向東老師、盧金平老師 目錄實驗一 儀器的操作使用實驗二 高頻小信號調(diào)諧放大器實驗三 非線性丙類功率放大器實驗實驗四  三點式正弦波振蕩器實驗五 晶體振蕩器設(shè)計實驗六 模擬乘法混頻實驗七 二極管的雙平衡混頻器設(shè)計實驗八 集電極調(diào)幅實驗實驗九 基極調(diào)幅電路設(shè)計實驗十 模擬乘法器調(diào)幅 南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：周倩文 學(xué)號：6301712010 專業(yè)班級：通信121班 實驗類型： 驗證綜合設(shè)計創(chuàng)新 實驗日期： 2014-10-24 實驗成績：

2、、實驗三 非線性丙類功放仿真設(shè)計（軟件）一、 實驗?zāi)康?1.了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調(diào)諧特性以及負載改變時的動態(tài)特性。2.了解高頻功率放大器丙類工作的物理過程以及當(dāng)激勵信號變化對功率放大器工作狀態(tài)的影響。 3. 掌握丙類放大器的計算與設(shè)計方法。 二、實驗內(nèi)容 1. 觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)的現(xiàn)象，并分析其特點 2. 測試丙類功放的調(diào)諧特性 3. 測試丙類功放的負載特性 4. 觀察激勵信號變化、負載變化對工作狀態(tài)的影響三、實驗基本原理放大器按照電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型。功率放大器電流導(dǎo)通角q越小，放大器的效率越高。 非線性丙類功率放大

3、器的電流導(dǎo)通角小于90°，效率可達到80%，通常作為發(fā)射機末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。特點：非線性丙類功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1或更小)，基極偏置為負值，電流導(dǎo)通角小于90°，為了不失真地放大信號，它的負載必須是LC諧振回路。在丙類諧振功放中，若將輸入諧振回路調(diào)諧在輸出信號頻率n次諧波上，則可近似的認為，輸出信號回路上僅有ic中的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而它的分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。因而，在負載RL上得到了頻率為輸入信號頻率n倍的輸出信號功率。將這種電路成為倍頻器，它廣泛的應(yīng)用于無線電發(fā)射機等電子設(shè)備中。有上述原理

4、構(gòu)成的倍頻器，它的倍頻次數(shù)不宜過高。本實驗設(shè)計的倍頻器是二倍頻。 四、實驗電路設(shè)計實驗總的電路設(shè)計，其中輸入的是高頻小信號，經(jīng)過LC諧振網(wǎng)絡(luò)后進行非線性丙類放大，而后是LC諧振選頻網(wǎng)絡(luò)。由下圖可以清楚看出信號在放大，輸出基波。將輸出部分的試驗LC回路參數(shù)值減半，由下圖可以清楚看出信號在放大，輸出倍頻的波。實現(xiàn)了倍頻器的功能。五、實驗總結(jié)通過對實際電路的分析，結(jié)合實際實驗，并利用其它電路作為輔助，提出了一種高頻小信號調(diào)諧放大器的有效方法，設(shè)計時要考慮到的高頻放大器時經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩、頻率難以確定以及電路中各級間阻抗不匹配問題。本次試驗不但鍛煉了我最基本的高頻電子線路的設(shè)計能力，更重要的是讓我們

5、更深刻的認識了高頻電子線路這門課程在實際中的應(yīng)用。還是有書到用時方恨少的感覺呀。 在此次設(shè)計時遇到了不少的困難和問題但是通過不懈努力，辛苦的去專研去學(xué)習(xí)，最終都克服了這些困難，使問題得到了解決。其中遇到的問題很多都是在書上不能找到的，所以自己要學(xué)會查找相關(guān)資料，利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)，這是一個比較辛苦和漫長的過程，最后在老師的幫助下完成了實驗。南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：周倩文 學(xué)號：6301712010 專業(yè)班級：通信121班 實驗類型： 驗證綜合設(shè)計創(chuàng)新 實驗日期： 2014-11-7 實驗成績：、實驗五 正弦振蕩仿真實驗 一、實驗?zāi)康?1、掌握晶體管（振蕩管）工作狀態(tài)、反饋大小對振蕩幅

6、度與波形的影響。2、掌握改進型電容三點式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測量方法。3、研究外界條件變化對振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。 4、比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度高的原因理解。 二、實驗內(nèi)容 1 調(diào)試LC振蕩電路特性，觀察各點波形并測量其頻率。 2 觀察振蕩狀態(tài)與晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系。 3 觀察反饋系數(shù)對振蕩器性能的影響。 4 比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度。 5 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。三、實驗基本原理與電路 1、LC振蕩電路的基本原理   LC振蕩器實質(zhì)上是滿足振蕩條件的正反饋放大器。LC振蕩器是指振蕩

7、回路是由LC元件組成的。從交流等效電路可知：由LC振蕩回路引出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而構(gòu)成反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感，則稱為電感反饋LC振蕩器或電感三點式振蕩器；如果反饋電壓取自分壓電容，則稱為電容反饋LC振蕩器或電容三點式振蕩器。在幾種基本高頻振蕩回路中，電容反饋振蕩器具有較好的振蕩波形和穩(wěn)定度，電路形式簡單，適于在較高的頻段工作，尤其是以晶體管極間分布電容構(gòu)成反饋支路時其振蕩頻率可高達幾百MHz-GHz。2、石英晶體振蕩電路的基本原理 石英晶體振蕩器采用適應(yīng)近體諧振器作為選聘回路的振蕩器，其振蕩頻率主要有石英晶體決定。于LC回路相比，適應(yīng)

8、近體振蕩器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù)，使石英晶體振蕩器可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，因為：1、石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。2、石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)。3、石英晶體諧振器具有非常高的Q值。三、實驗設(shè)計LC振蕩電路設(shè)計實驗總的原理圖：四個電阻為三極管提供合適的靜態(tài)工作點。C2是格直流的電容；由C3，C5，L1構(gòu)成電容三點式的震蕩。四，實驗結(jié)果顯示以及分析總結(jié)下圖為用示波器觀測的震蕩的起振過程。C5震蕩穩(wěn)定后的波形觀測：由光譜分析儀觀測到的信號頻率，在5.545KHz附近。由探針實際測量的頻率值是5.64KHz。輸入與輸出之間的相位差觀察以及測量方法：數(shù)據(jù)表

9、格：實驗數(shù)據(jù)與理論值間的差異分析： 理論值:  增益：分別算得三種情況下增益A應(yīng)為4,4,9 測量值與理論值相差不大，分別為3.99,3.91,9.04基本可認為是讀數(shù)誤差了。 諧振頻率:  分別算得三種情況下諧振頻率為5.627KHZ，8.897KHZ，7.503KHZ，實際測得諧振頻率分別為5.959KHZ，8.975KHZ，7.983，大致相等，其誤差也可以認為是振蕩器的輸出的微小變化所引起。 相位差： 理論上都應(yīng)為放大器的輸出電壓UO與輸入電壓Ui反向，即,實際測得主要為167.62，170.9，174.9，頻率的誤

10、差和讀數(shù)誤差，計算累計導(dǎo)致。晶體振蕩電路整體設(shè)計電路：下圖為晶體振蕩器電路的輸出波形圖：由實驗輸出波形觀察及測量分析可知，晶體振蕩器產(chǎn)生正弦信號的頻率基本由晶體振蕩器本身的參數(shù)來決定，外界電路對于頻率的影響很小。實驗室晶振接入10MHz的時候，輸出的正弦波振蕩頻率是9.48MHz,大致是與理論值相符合的。其中的晶振的負載電容對于輸出正弦波的頻率值有一定的影響。（要滿足是晶振的匹配負載30pf或者是50pf）五、實驗結(jié)果分析與總結(jié)由實驗輸出波形觀察及測量分析可知，晶體振蕩器產(chǎn)生正弦信號的頻率基本由晶體振蕩器本身的參數(shù)來決定，外界電路對于頻率的影響很小。實驗室晶振接入10MHz的時候，輸出的正弦波

11、振蕩頻率是9.48MHz,大致是與理論值相符合的。且晶體震蕩與LC震蕩相比，晶體震蕩有較好的頻率穩(wěn)定性。而LC振蕩器實質(zhì)上是滿足振蕩條件的正反饋放大器，LC振蕩器是指振蕩回路是由LC元件組成的。其頻率由LC諧振回路的參數(shù)決定。實驗經(jīng)過老師的指導(dǎo)，我明白我的設(shè)計還有很多的不足，還有很多需要改進的地方。我還有很多需要學(xué)習(xí)的地方，并且在這些實驗的工程中學(xué)到了很多知識。我會繼續(xù)的學(xué)習(xí)，我相信以后會做的更好。南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：周倩文 學(xué)號：6301712010 專業(yè)班級：通信121班 實驗類型： 驗證綜合設(shè)計創(chuàng)新 實驗日期：2014-11-21 實驗成績：、 實驗七 二極管雙平衡混頻仿真實驗設(shè)計

12、一、實驗?zāi)康?#160;1. 掌握二極管的雙平衡混頻器頻率變換的物理過程。 2. 掌握晶體管混頻器頻率變換的物理過程和本振電壓V0和工作電流I對中頻轉(zhuǎn)出電壓大小的影響。 3. 掌握集成模擬乘法器實現(xiàn)的平衡混頻器頻率變換的物理過程。4. 比較上述三種混頻器對輸入信號幅度與本振電壓幅度的要求。二、實驗內(nèi)容 1.  研究二極管雙平衡混頻器頻率變換過程和此種混頻器的優(yōu)缺點。2.  研究這種混頻器輸出頻譜與本振電壓大小的關(guān)系。三、實驗原理與電路1. 二極管雙平衡混頻原理圖3-1 二極管雙平衡混頻

13、器二極管雙平衡混頻器的電路圖示見圖3-1。圖中VS為輸入信號電壓，VL 為本機振蕩電壓。在負載電阻RL上產(chǎn)生差頻與和頻，還夾雜有一些其它頻率的無用產(chǎn)物，再接上一個濾波器（圖中未畫出），即可取得所需的混頻頻率。二極管雙平衡混頻器的最大特點是工作頻率極高，可達微波波段，由于二極管雙平衡混頻器工作于很高的頻段。圖3-1中的變壓器一般為傳輸線變壓器。二極管雙平衡混頻器的基本工作原理是利用二極管伏安特性的非線性。眾所周知，二極管的伏安特性為指數(shù)律，用冪級數(shù)展開為當(dāng)加到二極管兩端的電壓v為輸入信號VS和本振電壓VL之和時，V2項產(chǎn)生差頻與和頻。其它項產(chǎn)生不需要的頻率分量。由于上式中u的階次越高，系數(shù)越小。

14、因此，對差頻與和頻構(gòu)成干擾最嚴(yán)重的是v的一次方項（因其系數(shù)比v2項大一倍）產(chǎn)生的輸入信號頻率分量和本振頻率分量。用兩個二極管構(gòu)成雙平衡混頻器和用單個二極管實現(xiàn)混頻相比，前者能有效的抑制無用產(chǎn)物。雙平衡混頻器的輸出僅包含（pL±S）（p為奇數(shù)）的組合頻率分量，而抵消了L、C以及p為偶數(shù)（pL±S）眾多組合頻率分量。圖3-2 雙平衡混頻器拆開成兩個單平衡混頻器下面我們直觀的從物理方面簡要說明雙平衡混頻器的工作原理及其對頻率為L及S的抑制作用。我們將圖3-1所示的雙平衡混頻器拆開成圖3-2（a）和（b）所示的兩個單平衡混頻器。實際電路中，本振信號VL大于輸入信號VS?？梢越普J為

15、，二極管的導(dǎo)通與否，完全取決于VL的極性。當(dāng)VL上端為正時，二極管D3和D4導(dǎo)通，D1和D2截止，也就是說，圖3-2（a）表示單平衡混頻器工作，（b）表示單平衡混頻器不工作。若VL下端為正時，則兩個單平衡混頻器的工作情況對調(diào)過來。由圖3-2（a）和（b）可以看出，VL單獨作用在RL上所產(chǎn)生的L分量，相互抵消，故RL上無L分量。由VS產(chǎn)生的分量在VL上正下負期間，經(jīng)D3產(chǎn)生的分量和經(jīng)D4產(chǎn)生的分量在RL上均是自下經(jīng)上。但在VL下正上負期間，則在RL上均是自上經(jīng)下。即使在VL一個周期內(nèi)，也是互相抵消的。但是VL的大小變化控制二極管電流的大小，從而控制其等效電阻，因此VS在VL瞬時值不同情況下所產(chǎn)生

16、的電流大小不同，正是通過這一非線性特性產(chǎn)生相乘效應(yīng)，出現(xiàn)差頻與和頻。四、實驗電路設(shè)計由二極管雙平衡混頻原理設(shè)計如下圖所示的仿真實驗設(shè)計電路。設(shè)計時使得T3管子的輸入電壓值遠大于T2，從而使得二極管工作在受T3管子輸入電壓控制的開關(guān)狀態(tài)。并使得而這輸入的電壓值得之差等于中頻頻路465KHz，輸出端所接是LC諧振網(wǎng)絡(luò)，起到濾波的作用。輸出中頻465KHz的波形圖：五、實驗結(jié)果分析與總結(jié)這次試驗?zāi)軌蜉^好的較準(zhǔn)確的輸出混頻后的信號，而實驗設(shè)計最初的想法是不加輸出端的LC震蕩回路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗示波器的輸出端口不能輸出正弦信號，看起來是好幾個信號頻率的疊加。后來加上與所想要輸出的中頻回路相匹配的LC震蕩網(wǎng)

17、絡(luò)后，輸出了較好的波形。這是因為混頻后的頻率有無數(shù)個，與中頻相近的頻率疊加在了輸出上。我在這次實驗中學(xué)到了很多的知識，也對混頻電路有了了解，也讓我充分了解了關(guān)于高頻電子子原理與設(shè)計理念了解了混頻電路的原理，加深對所學(xué)知識的了解和認識、以及知識遷移的能力。也對一些應(yīng)用軟件有了一定的了解，對multisim有了更進一步的了解，對multisim的仿真部分的應(yīng)用也有了很大的了解，開始的時候仿真總是失真，最后自己慢慢的調(diào)出來了，自己可以做簡單的仿真實驗了。南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：周倩文 學(xué)號：6301712010 專業(yè)班級：通信121班 實驗類型： 驗證綜合設(shè)計創(chuàng)新 實驗日期：2014-11-28

18、實驗成績：、 實驗九 基極調(diào)幅實驗設(shè)計 一、 實驗設(shè)計技術(shù)要求要求：1用EWB仿真，能夠觀察輸入輸出波形。 2針對所設(shè)計的電路進行分析，并計算輸出功率。 3三極管工作在丙類狀態(tài)。4采用單調(diào)諧做為負載。 5采用三極管作為放大器。 實驗參數(shù)設(shè)置：1.輸入信號頻率50MHZ，電壓500mV左右 2.輸入直流電源電壓22V 3.采用單調(diào)諧作為負載 采用三極管作為放大器設(shè)計要求： 1.分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2.確定合理的總體方案。以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及 制作的難易等方面作綜合比較

19、，并考慮器件的來源，敲定可行方案。 3.設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路。4.組成系統(tǒng)，在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。二、調(diào)幅電路原理設(shè)計 所謂基極調(diào)幅，就是用調(diào)幅信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。它的基本電路如圖，由圖可知，低頻調(diào)制信號電壓Vcost與直流偏壓VBB相串聯(lián)。放大器的有效偏壓等于這兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。由于在欠壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量Icm1隨基極電壓成正比。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號的波形而變化，于是得到調(diào)幅波輸出。 調(diào)幅過程是非線性變換的過程，將產(chǎn)生多種頻率分量，所以調(diào)幅電路應(yīng)LC帶濾波器，用來濾除不需要的頻率分量。為了獲得有效的調(diào)幅，基極調(diào)幅電路必須總是工作于欠壓狀態(tài)。三、 繪制出電路圖由上述的實驗原理我們可以得出，任何一種非線性器件都可以用來產(chǎn)生調(diào)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(gòu)成調(diào)幅電路。一般總是把高頻載波信號和調(diào)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(jié)