高頻電子線路課程設(shè)計(jì)：基極振幅調(diào)制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 目 錄前 言11基極振幅調(diào)制器的原理與設(shè)計(jì)22基極振幅調(diào)制器電路的仿真42.1 Multisim仿真軟件的介紹42.1.1 Muitisim軟件簡(jiǎn)介42.1.1 Multisim的基本界面操作52.1.2 應(yīng)用Multisim軟件的注意事項(xiàng)82.2 基極調(diào)幅的仿真93基極振幅調(diào)制器電路實(shí)現(xiàn)與分析123.1 基極調(diào)幅的特性曲線123.2 基極調(diào)幅在欠壓、過(guò)壓和臨界三種工作狀態(tài)下的分析123.2.1 基極調(diào)幅在欠壓工作狀態(tài)下的分析123.2.2 基極調(diào)幅在過(guò)壓工作狀態(tài)下的分析133.2.3 基極調(diào)幅在臨界工作狀態(tài)下的分析14總 結(jié)16參考文獻(xiàn)17前 言調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振

2、幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化。也就是說(shuō)，通過(guò)用調(diào)制信號(hào)來(lái)改變高頻信號(hào)的幅度大小，使得調(diào)制信號(hào)的信息包含入高頻信號(hào)之中，通過(guò)天線把高頻信號(hào)發(fā)射出去，然后就把調(diào)制信號(hào)也傳播出去了。這時(shí)候在接收端可以把調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來(lái)，也就是把高頻信號(hào)的幅度解讀出來(lái)就可以得到調(diào)制信號(hào)了調(diào)幅波的形成早期VHF 頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，由于信道衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對(duì)移動(dòng)信道有較好的適應(yīng)性。高頻信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)作相應(yīng)的變化，這就是調(diào)幅波。由于高頻信號(hào)的幅度很容易被周?chē)沫h(huán)境所影響。所以調(diào)幅信號(hào)的傳輸并不十分可靠。在傳輸?shù)倪^(guò)程中

3、也很容易被竊聽(tīng)，不安全。所以現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)比較少被采用。但在簡(jiǎn)單設(shè)備的通信中還有采用。比如收音機(jī)中的AM波段就是調(diào)幅波，大家可以和FM波段的調(diào)頻波相比較，可以看到它的音質(zhì)和FM波段的調(diào)頻波相比會(huì)比較差，原因就是它更容易被干擾。1基極振幅調(diào)制器的原理與設(shè)計(jì)所謂基極調(diào)幅，就是用調(diào)制信號(hào)電壓來(lái)改變高頻功率放大器的基極(柵極)偏壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。它的基本電路如圖1-1，由此可知為了獲得有效的調(diào)幅，基極調(diào)幅電路必須總是工作欠壓狀抵，可以證明基極調(diào)幅的平均集電極效率不高這是它的主要缺點(diǎn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是所需調(diào)制功率串很小，對(duì)整機(jī)的小型化有利。圖1-1基極振幅調(diào)制基本原理電路圖基本原理是利用丙類(lèi)功率放大器在電

4、源電壓，輸入信號(hào)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(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的。 任何一種非線性器件都可以用來(lái)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(lèi)，乙類(lèi)或丙類(lèi)）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(hào)和調(diào)制信號(hào)分別加在諧振功率放大器的晶體管的某個(gè)電極上，利用晶體管的發(fā)射結(jié)進(jìn)行頻率變換，并通過(guò)選頻放大，從而達(dá)到調(diào)幅的目的。電路仿真圖如下圖所示。圖1-2 基極振幅調(diào)制設(shè)計(jì)電路設(shè)定輸入高頻載波的幅度為10V，頻率為15MHZ。輸入調(diào)制信號(hào)的幅度為2V，頻率為600KHZ。因?yàn)長(zhǎng)C滿足諧振條件，所以可設(shè)電容和電感分別為L(zhǎng)=11.26nF，C=10

5、nH。經(jīng)過(guò)調(diào)試，兩個(gè)直流電源可分別為=0.1V和=35V。2基極振幅調(diào)制器電路的仿真2.1 Multisim仿真軟件的介紹NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，就能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。有如下特點(diǎn)：通過(guò)直觀的電路

6、圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路 ；通過(guò)交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為； 借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征 ；通過(guò)一個(gè)工具鏈, 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試 ；通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯(cuò)誤并縮短研發(fā)時(shí)間。2.1.1 Muitisim軟件簡(jiǎn)介NI Multisim 10.1是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本的原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。目前NI的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊Multisim、PCB設(shè)計(jì)軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊Commsim 4個(gè)

7、相互獨(dú)立的部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過(guò)程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 均有增強(qiáng)專業(yè)版（Power Professional)、專業(yè)版（Professional）、個(gè)人版（Personal）、教育版（Education）、學(xué)生版（Student）和演示版（Demo）等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件、儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。虛擬測(cè)試儀器儀表種類(lèi)齊全

8、，如萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源，波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。Multisim 10具有較為詳細(xì)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(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。Multisim 10可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。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(shuō)。提供了與國(guó)內(nèi)外流行的PCB設(shè)計(jì)軟件Protel及電路仿真

9、軟件PSpice之間的接口，支持VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言的電路仿真與設(shè)計(jì)。易學(xué)易用，適合于電子信息、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類(lèi)專業(yè)，有利于開(kāi)展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)綜合分析、開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力。2.1.1 Multisim的基本界面操作 1啟動(dòng)軟件雙擊桌面上的Multisim快捷方式或選擇程序菜單中的Multisim選項(xiàng)，即啟動(dòng)Multisim 10。圖2-1 Multisim軟件界面2 軟件選項(xiàng)設(shè)置單擊“主菜單欄”中的“option”選項(xiàng)，選擇“Global Preferences”，出現(xiàn)下面的對(duì)話窗口，如下圖所示：圖2-2 選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框可選擇適合的元件類(lèi)型。3 繪制電路元器件

10、庫(kù)的操作包括：(1) 取用元件：從元器件庫(kù)中取用所需元件；圖2-3 元件選項(xiàng)對(duì)話框點(diǎn)擊某元件會(huì)彈出上圖所示對(duì)話框，可根據(jù)要求選擇所需器件，然后按OK即可。Multisim10的元件均具有下列元素:Symbol 元件符號(hào)（ for Schematic）Model 元件模型（ for Simulation）Footprint 元件外型（ for Layout）Electronic Parameter 電子元件參數(shù)User Defined Info. 使用者自定資訊Pin model管腳模型General元件描述在元件上雙擊鼠標(biāo)左鍵開(kāi)啟屬性對(duì)話框如下圖所示：圖 2-4 元件屬性對(duì)話框其中，Label

11、：修改元件序號(hào)、標(biāo)識(shí)；Display：設(shè)置元件標(biāo)識(shí)是否顯示；Value：設(shè)定元件參數(shù)值；Fault：設(shè)定元件故障。(2) 擺放元件：調(diào)整元件的位置與方向； 圖2-5 元件設(shè)置對(duì)話框右擊元件可得到上圖所示對(duì)話框，可對(duì)元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，設(shè)置元件標(biāo)識(shí)等操作。(3)線路連接：連接元件的引腳。連線方式可分為手動(dòng)連線和自動(dòng)連線。調(diào)整走線既可以拖拽線段也可以拖拽節(jié)點(diǎn)。(4)儀表庫(kù)操作Multisim中的儀表調(diào)用十分簡(jiǎn)單，從儀表庫(kù)中單擊要調(diào)用的儀表，光標(biāo)附著儀表，移動(dòng)光標(biāo)到目標(biāo)位置，單擊鼠標(biāo)左鍵放置儀表，完成儀表調(diào)用。其中儀表有如下所示數(shù)字萬(wàn)用表（Multimeter)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 (Function Gene

12、rator)瓦特表 (Wattmeter)示波器 (Oscilloscope)四通道示波(4 channel Oscilloscope)波特圖儀 (Bode Plotter)頻率計(jì)數(shù)器 (Frequency counter)字符信號(hào)發(fā)生器 (Word Generator)邏輯分析儀 (Logic Analyzer)邏輯轉(zhuǎn)換器 (Logic converter)IV曲線分析儀(IV Analyzer)失真度分析儀 (Distortion Analyzer)頻譜分析儀 (Spectrum Analyzer)網(wǎng)絡(luò)分析儀 (Network Analyzer)Aglient 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(Aglien

13、t Function Generator)Aglient 萬(wàn)用表 (Aglient Function Generator)Aglient 示波器(Aglient 100M Oscilloscope)動(dòng)態(tài)測(cè)試筆 (Dynamic measurement probe)2.1.2 應(yīng)用Multisim軟件的注意事項(xiàng)1.不要長(zhǎng)時(shí)間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機(jī)；2.刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)的情況下進(jìn)行；3.注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；4.注意LED數(shù)碼管的極性；5.分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。2.2 基極調(diào)幅的仿真輸入的高頻載波信號(hào)波形如下圖所示：圖2-6 輸入高頻載波信號(hào)

14、波形設(shè)置載波信號(hào)振幅峰峰值為=14V，頻率為=15MHZ，所以輸入載波信號(hào)為，調(diào)整示波器得上圖所示波形圖。載波信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管放大后得到的放大輸出信號(hào)波形如下圖所示：圖2-7 載波信號(hào)經(jīng)三極管放大后的輸出信號(hào)波形在示波器上讀出放大信號(hào)的振幅峰峰值為=35.2V，頻率為=15MHZ，所以得信號(hào)的放大倍數(shù) 。基極調(diào)幅輸入調(diào)制信號(hào)波形如下圖所示：圖2-8 輸入調(diào)制信號(hào)波形調(diào)制信號(hào)的振幅峰峰值，頻率為，所以調(diào)制信號(hào)為，得適合的波形如上圖所示。經(jīng)過(guò)基極調(diào)幅后得到輸出調(diào)制信號(hào)波形如下圖所示：基極調(diào)幅輸出波形：圖2-9 基極調(diào)幅輸出信號(hào)波形由圖可以可出輸出調(diào)制信號(hào)的頻率與載波信號(hào)相近，也可以看出輸出的調(diào)制信號(hào)

15、波形的包絡(luò)線與輸入的調(diào)制信號(hào)波形一致?？梢宰x出輸出調(diào)制信號(hào)的，所以得出調(diào)制系數(shù)3基極振幅調(diào)制器電路實(shí)現(xiàn)與分析3.1 基極調(diào)幅的特性曲線極振幅調(diào)制器電路由NI Multisim軟件模擬仿真實(shí)現(xiàn)，基極振幅調(diào)制特性分析如圖3-1所示。圖3-1基極調(diào)幅特性曲線3.2 基極調(diào)幅在欠壓、過(guò)壓和臨界三種工作狀態(tài)下的分析3.2.1 基極調(diào)幅在欠壓工作狀態(tài)下的分析圖3-2 欠壓工作狀態(tài)曲線在Uc不是很大時(shí)，晶體管只在截止和放大區(qū)工作，在此區(qū)間內(nèi)Uc增加時(shí)，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)。基極調(diào)幅就是工作在這種狀態(tài)?；鶚O調(diào)幅在欠壓時(shí)，輸出調(diào)制信號(hào)波形如下圖所示：圖3-3 欠壓工作狀態(tài)輸出調(diào)制信號(hào)

16、波形在欠壓工作狀態(tài)時(shí)，輸出的調(diào)制信號(hào)是放大且不失真的。3.2.2 基極調(diào)幅在過(guò)壓工作狀態(tài)下的分析圖3-4 過(guò)壓工作狀態(tài)曲線當(dāng)Uc加大到接近Ucc時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)正向偏置，即工作到飽和狀態(tài)這時(shí)的狀態(tài)稱過(guò)壓狀態(tài)，此時(shí)的集電極電流會(huì)產(chǎn)生失真，輸出電壓也會(huì)產(chǎn)生失真?；鶚O調(diào)幅在過(guò)壓工作狀態(tài)時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)波形圖如下圖所示：圖 3-5 過(guò)壓工作狀態(tài)輸出調(diào)制信號(hào)波形過(guò)壓工作狀態(tài)時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)波形失真且放大倍數(shù)較小。3.2.3 基極調(diào)幅在臨界工作狀態(tài)下的分析圖3-6 臨界工作狀態(tài)曲線在Uc介于欠壓和過(guò)壓狀態(tài)之間的某一值時(shí)，動(dòng)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(guò)壓狀態(tài)比較，它有較大的基

17、波電流和回路電壓?；鶚O調(diào)幅在臨界工作狀態(tài)時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)波形如下圖所示：圖3-7 臨界工作狀態(tài)輸出調(diào)制信號(hào)波形臨界時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)幅度最大且不失真，但不容易保持。綜上所述，基極調(diào)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(shù)。總 結(jié)調(diào)幅是連續(xù)波調(diào)制中比較重要的一部調(diào)制方法，可以涉及長(zhǎng)、中、短與超短波的調(diào)制，且接受設(shè)備最簡(jiǎn)單，可見(jiàn)其在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我明白了怎樣使用Multisim軟件仿真，如何對(duì)參數(shù)的計(jì)算及元件的選取，如何對(duì)原理框圖的設(shè)計(jì)應(yīng)用，但在設(shè)計(jì)中還有很多不足之處，如參數(shù)計(jì)算存在誤差，仿真中出現(xiàn)波形失真，不過(guò)這都是我今后實(shí)踐和學(xué)習(xí)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，以上的不足之處我一定會(huì)克服，爭(zhēng)取在今后的實(shí)踐中不再出現(xiàn)上述的情況。我做完了高頻電子線路課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多的知識(shí)與技能，從書(shū)本上學(xué)到的是我做課設(shè)的基礎(chǔ)，是我學(xué)習(xí)的進(jìn)一步的應(yīng)用。通過(guò)這次高頻課設(shè)我學(xué)會(huì)了，綜合運(yùn)用高頻課程中所學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題，通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)了我獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。參考文獻(xiàn)1 曾興