Multisim電路設(shè)計(jì)與仿真14教學(xué)課件第8-Multisim-14在高頻電子線(xiàn)路的應(yīng)用和仿真

第八章

Multisim14.0在高頻電子線(xiàn)路的應(yīng)用與仿真目錄010203高頻小信號(hào)放大器測(cè)試和仿真正弦波振蕩器測(cè)試與仿真振幅調(diào)制測(cè)試和仿真

8.1高頻小信號(hào)放大器測(cè)試與仿真高頻小信號(hào)放大器是一種從眾多的微弱信號(hào)中選出有用信號(hào)進(jìn)行不失真放大，并對(duì)無(wú)用信號(hào)和干擾信號(hào)進(jìn)行抑制的電路。常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)中高頻和中頻放大器都是高頻小信號(hào)放大電路。通常高頻的范圍從幾百KHz到幾百M(fèi)Hz。8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真高頻小信號(hào)諧振放大器主要目的是對(duì)小信號(hào)電壓進(jìn)行線(xiàn)性放大，并濾除無(wú)用的干擾信號(hào)。電路主要由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或者集成電路與諧振選頻回路組成。單級(jí)單調(diào)諧放大器電路是由LC諧振回路作為交流負(fù)載的放大器。如圖8-1所示。該電路為固定偏置的共發(fā)射級(jí)單級(jí)單調(diào)諧放大器。圖8-1單級(jí)單調(diào)諧放大器

8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（1）放大特性測(cè)試LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率計(jì)算公式如下：將L1和C2數(shù)據(jù)代入式（8.1.1）可計(jì)算得諧振頻率f0約為6.2MHz，在放大電路輸入端接入信號(hào)源，設(shè)置交流電壓輸入信號(hào)幅值為5mV，頻率為6.2MHz。開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)示波器窗口觀(guān)察單級(jí)單調(diào)諧放大器的輸入和輸出電壓波形，如圖8-2所示。圖8-2單級(jí)單調(diào)諧放大器輸入/輸出電壓波形8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（2）放大特性測(cè)試在圖8-2中信號(hào)V2上疊加信號(hào)源V3和V4，設(shè)置V3、V4交流電壓輸入信號(hào)幅值為5mv，二次諧波12.4MHz和三次諧波18.6MHz，電路如圖8-3所示。仿真波形，如圖8-4所示。

圖8-3多輸入單級(jí)單調(diào)諧放大器

圖8-4多輸入單調(diào)諧放大器輸入/輸出電壓波形8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（3）幅頻特性與相頻特性測(cè)試使用波特圖示儀可以測(cè)量放大器的幅頻特性和相頻特性，開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)后打開(kāi)波特圖示儀，單級(jí)單調(diào)諧放大器的幅頻特性如圖8-5所示，單級(jí)單調(diào)諧放大器的相頻特性如圖8-6所示。

圖8-6單級(jí)單調(diào)諧放大器的相頻特性圖8-5單級(jí)單調(diào)諧放大器的幅頻特性

8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（3）幅頻特性與相頻特性測(cè)試也可以使用Multisim仿真工具中ACAnalysis來(lái)進(jìn)行測(cè)試，首先選擇Simulate菜單中Analyses下的ACAnalysis工具，然后設(shè)置交流分析的初始頻率為100KHz，終止頻率為1GHz，其余設(shè)置默認(rèn)，點(diǎn)擊Simulate按鈕運(yùn)行。得到單級(jí)單調(diào)諧放大器的幅頻特性和相頻特性，如圖8-7所示。

圖8-7單級(jí)單調(diào)諧放大器AC分析8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（4）單級(jí)雙調(diào)諧放大器性能測(cè)試雙調(diào)諧回路的諧振放大器具有頻帶寬、選頻性能好的優(yōu)點(diǎn)，在電路上將圖8-1所示單調(diào)諧回路改為雙調(diào)諧回路，如圖8-8所示。

圖8-8單級(jí)雙調(diào)諧回路放大器8.1.1諧振放大器測(cè)試與仿真（4）單級(jí)雙調(diào)諧放大器性能測(cè)試使用Multisim仿真工具中ACAnalysis來(lái)進(jìn)行測(cè)試，首先選擇Simulate菜單中Analyses下的ACAnalysis工具，然后設(shè)置交流分析的初始頻率為100KHz，終止頻率為1GHz，其余設(shè)置默認(rèn)，點(diǎn)擊Simulate按鈕運(yùn)行。得到雙調(diào)諧回路放大器的幅頻特性和相頻特性，如圖8-9所示。

圖8-9雙調(diào)諧回路放大器的AC分析8.1.2高頻集成選頻放大器測(cè)試和仿真高頻集成選頻放大器主要由寬帶集成放大器和選頻回路組成，如圖8-10所示。圖8-10高頻集成選頻放大器8.1.2高頻集成選頻放大器測(cè)試和仿真（1）放大器選頻特性測(cè)試開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)示波器窗口觀(guān)察集成選頻放大器的輸入和輸出電壓波形，如圖8-11所示。圖8-11高頻集成選頻放大器輸入、輸出電壓波形8.1.2高頻集成選頻放大器測(cè)試和仿真（2）幅頻特性和相頻特性測(cè)試啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)波特圖示儀可以觀(guān)察到雙調(diào)諧回路放大器幅頻特性，如圖8-12所示，雙調(diào)諧回路放大器的相頻特性，如圖8-13所示。

圖8-12高頻集成選頻放大器幅頻特性

圖8-13高頻集成選頻放大器相頻特性8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真集中選頻放大器由寬頻帶放大器和集中選頻濾波器兩部分構(gòu)成，如圖8-14所示。寬頻帶放大器一般選用集成運(yùn)放電路構(gòu)成，而集中選頻濾波器具有非常理想的矩形幅頻特性，而且在與放大器連接時(shí)有良好的阻抗匹配。常用的集中選頻濾波器有石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器，也可以選擇電感、電容串并聯(lián)回路構(gòu)成的多節(jié)LC濾波器。圖8-14集中選頻放大器構(gòu)成8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（1）設(shè)計(jì)帶通濾波器模塊電路選擇菜單Place下的Newsubcircuit命令，彈出SubcircuitName對(duì)話(huà)框，如圖8-15所示，為子電路模塊命名為BPF。單擊OK按鈕，出現(xiàn)如圖8-16所示的子電路模塊符號(hào)。

圖8-14SubcircuitName對(duì)話(huà)框圖8-15濾波器模塊子電路符號(hào)8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（1）設(shè)計(jì)帶通濾波器模塊電路雙擊濾波器模塊子電路符號(hào)，彈出如圖8-16所示HierarchicalBlock/Subcircuit對(duì)話(huà)框，單擊Opensubcircuit按鈕，彈出子電路編輯窗口，繪制帶通濾波器電路如圖8-17所示，保存并關(guān)閉該窗口，返回到主電路窗口時(shí)濾波器模塊會(huì)自動(dòng)顯示出帶I/O口的子電路符號(hào)。

圖8-16HierarchicalBlock/Subcircuit對(duì)話(huà)框

圖8-17帶通濾波器子電路

8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（1）設(shè)計(jì)帶通濾波器模塊電路選中帶通濾波器子電路符號(hào)，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Editsymbol/titleblock命令，進(jìn)入symboledit窗口，調(diào)整子電路符號(hào)管腳位置如圖8-18所示，保存退出，完成濾波器模塊設(shè)計(jì)。

圖8-18調(diào)整后的子電路符號(hào)管腳8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（2）繪制集中選頻放大器仿真電路集中選頻放大器由寬頻帶放大器和集中選頻濾波器組成，如圖8-19所示。

圖8-19集中選頻放大器電路8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（2）繪制集中選頻放大器仿真電路集中選頻放大器由寬頻帶放大器和集中選頻濾波器組成，如圖8-19所示。

圖8-19集中選頻放大器電路8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（2）繪制集中選頻放大器仿真電路啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)波特圖示儀，觀(guān)察到幅頻特性如圖8-20所示，相頻特性如圖8-21所示。

圖8-20集中選頻放大器幅頻特性圖8-21集中選頻放大器相頻特性8.1.3集中選頻放大器測(cè)試和仿真（2）繪制集中選頻放大器仿真電路開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)示波器窗口觀(guān)察集中選頻放大器的輸入和輸出電壓波形，如圖8-22所示。

圖8-22集中選頻放大器輸入、輸出電壓波形觀(guān)察輸入/輸出波形和示波器參數(shù)設(shè)置，由上向下依次為A通道信號(hào)（有用信號(hào)）波形，Y軸刻度為10mV/Div，B通道的信號(hào)（疊加了二次諧波與三次諧波干擾信號(hào)）波形，Y軸刻度為20mV/Div，C通道的信號(hào)（運(yùn)放放大后的信號(hào)）波形，Y軸刻度為100mV/Div，D通道的信號(hào)（經(jīng)過(guò)選頻濾波器后的信號(hào)）波形，由于集中選頻濾波器設(shè)計(jì)的LC帶通濾波器中心頻率約為6.2MHz，從波形上觀(guān)察可知，6.2MHz的信號(hào)得到放大，而12.4MHz和18.6MHz的諧波干擾信號(hào)得到有效抑制。

8.2正弦波振蕩器測(cè)試和仿真正弦波振蕩器是一種利用自身電路，在不需要外部信號(hào)激勵(lì)的情況下，自動(dòng)將直流電能轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的交流信號(hào)裝置。正弦波振蕩器在各種電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，諸如無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)中的載波信號(hào)源等，正弦波振蕩器按工作原理可以分為反饋式振蕩器與負(fù)阻式振蕩器兩大類(lèi)，反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當(dāng)正反饋?zhàn)銐虼髸r(shí)，放大器產(chǎn)生振蕩，成為振蕩器，是目前應(yīng)用最廣的一類(lèi)振蕩器。負(fù)阻式振蕩器是將一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件直接與諧振電路連接，從而產(chǎn)生等幅的振蕩。8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(1)電容三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真電容三點(diǎn)式振蕩器又稱(chēng)為考畢茲振蕩器，該振蕩器輸出頻率穩(wěn)定、波形較好。仿真電路如圖8-23所示。圖8-23電容三點(diǎn)式振蕩器電路8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(1)電容三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真電容三點(diǎn)式振蕩器又稱(chēng)為考畢茲振蕩器，該振蕩器輸出頻率穩(wěn)定、波形較好。仿真電路如圖8-23所示。圖8-23電容三點(diǎn)式振蕩器電路8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(1)電容三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-24所示。圖8-24電容三點(diǎn)式振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(2)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真克拉潑振蕩器是一種改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器，如圖8-25所示。圖8-25克拉潑振蕩器電路8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(2)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-26所示。圖8-26克拉潑振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(3)電感三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真電感三點(diǎn)式振蕩器又稱(chēng)為哈特萊振蕩器，如圖8-27所示。圖8-27電感三點(diǎn)式振蕩器電路8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(3)電感三點(diǎn)式振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-28所示。圖8-28電感三點(diǎn)式振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(4)變壓器反饋振蕩器測(cè)試與仿真如圖8-29所示為調(diào)集型振蕩器。該振蕩器由三極管、LC諧振回路構(gòu)成選頻放大器，變壓器將放大器的輸出信號(hào)反饋到放大器輸入端，獲得適量的正反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)自激振蕩。圖8-29變壓器反饋振蕩器電路圖8.2.1LC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(4)變壓器反饋振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-30所示。圖8-30變壓器反饋振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.2石英晶體振蕩器測(cè)試和仿真(1)串聯(lián)型石英晶體振蕩器測(cè)試與仿真串聯(lián)型石英晶體振蕩器是石英晶體工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，作為高選擇性的短路元件。如圖8-31所示。圖8-31串聯(lián)型石英晶體振蕩器電路圖8.2.2石英晶體振蕩器測(cè)試和仿真(1)串聯(lián)型石英晶體振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-32所示。圖8-32串聯(lián)型石英晶體振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.2石英晶體振蕩器測(cè)試和仿真(2)并聯(lián)型石英晶體振蕩器測(cè)試與仿真并聯(lián)型石英晶體振蕩器是利用石英晶體取代電容三點(diǎn)式振蕩器中電感元件，由石英晶體和電容C1、C2、C3構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，整個(gè)電路形式為改進(jìn)型的電容三點(diǎn)式LC振蕩器，該電路也稱(chēng)為皮爾斯晶體振蕩器。如圖8-33所示。圖8-32并聯(lián)型石英晶體振蕩器電路8.2.2石英晶體振蕩器測(cè)試和仿真(2)并聯(lián)型石英晶體振蕩器測(cè)試與仿真在信號(hào)的輸出端連接示波器用于觀(guān)察振蕩輸出信號(hào)波形，如圖8-33所示。圖8-33并聯(lián)型石英晶體振蕩器輸出信號(hào)波形-取自12.08.2.3RC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(1)RC橋式振蕩器測(cè)試與仿真RC橋式振蕩器采用RC串并聯(lián)選頻回路，RC文氏電橋振蕩器是最常見(jiàn)的一種，如圖8-34所示。圖8-34RC文氏電橋振蕩電路8.2.3RC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(1)RC橋式振蕩器測(cè)試與仿真啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)示波器可以看到RC文氏電橋振蕩器的信號(hào)起振過(guò)程，如圖8-35所示。圖8-35RC文氏電橋振蕩器輸出信號(hào)波形8.2.3RC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(2)RC移相振蕩器測(cè)試與仿真RC移相振蕩器采用RC超前或滯后移相電路，采用集成運(yùn)放和RC移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的RC移相振蕩電路如圖8-36所示。圖8-36RC移相振蕩電路8.2.3RC正弦波振蕩器測(cè)試和仿真(2)RC移相振蕩器測(cè)試與仿真啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)示波器可以看到RC移相振蕩器的信號(hào)起振過(guò)程，如圖8-37所示。圖8-37RC移相振蕩器輸出信號(hào)波形

8.3振幅調(diào)制測(cè)試和仿真振幅調(diào)制簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅，是用調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的振幅，使其振幅按照調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律變化，同時(shí)又保持載波的頻率和相位不變。振幅調(diào)制可以分為：普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）和單邊帶調(diào)幅（SSB）。8.3.1普通振幅調(diào)制測(cè)試和仿真(1)集電極調(diào)幅電路測(cè)試與仿真集電極調(diào)幅電路如圖8-38所示，負(fù)載LC回路諧振在載波頻率1MHz左右上。調(diào)幅后的波形輸出如圖8-39所示，其中上面波形為調(diào)制信號(hào)，下面波形為調(diào)制后的普通調(diào)幅信號(hào)，為方便觀(guān)察調(diào)幅信號(hào)波形，設(shè)置示波器的掃描時(shí)基為500us/Div?？梢宰孕袦p小掃描時(shí)基觀(guān)察輸出波形的每個(gè)周期。

圖8-64集電極調(diào)幅電路

圖8-65集電極調(diào)幅信號(hào)波形8.3.1普通振幅調(diào)制測(cè)試和仿真(2)基極調(diào)幅電路測(cè)試與仿真基極調(diào)幅電路如圖8-40所示，負(fù)載LC回路諧振在載波頻率1MHz左右上。調(diào)幅后的波形輸出如圖8-41所示，其中上面波形為調(diào)制信號(hào)，下面波形為調(diào)制后的普通調(diào)幅信號(hào)，為方便觀(guān)察調(diào)幅信號(hào)波形，設(shè)置示波器的掃描時(shí)基為50us/Div?？梢宰孕袦p小掃描時(shí)基觀(guān)察輸出波形的每個(gè)周期。

圖8-40基極調(diào)幅電路圖