畢業(yè)設計基于 Multisim 的高頻電路的建模與計算機仿真分析

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計基于基于 multisimmultisim 的高頻電路的建模與計算機仿真分析的高頻電路的建模與計算機仿真分析學學 院院 名名 稱：稱： 新華學院新華學院 專專 業(yè)業(yè) 名名 稱：稱： 電子信息工程 年年 級：級： 20072007 級 學學 生生 學學 號：號： 1200724726012007247260 學學 生生 姓姓 名：名： 鄒靜 指指 導導 教教 師：師： 湯全武 申申 請請 日日 期：期： 2011-5-42011-5-4 寧夏大學新華學院本科學位論文摘摘 要要 由于高頻電路在生活實際應用中有很大的作用，因而也是通信系統必不可少的環(huán)節(jié)。所以對于課題基于 mul

2、tisim 的高頻電路的建模與計算機仿真分析的研究有很大的意義，并且由于對課題的研究，讓我更深入了解了有關高頻電路的概念。經過對高頻概念基礎概念的理解，將高頻電路的幾部分做一深入的分析和計算機仿真，分別有調諧放大器、正弦波振蕩器、高頻功率放大器、混頻器和調幅與解調。通過介紹這幾部分的基礎應用和基本原理,利用電子設計工具軟件 multisim 對電路從方案選擇、單元電路設計、元器件參數選取等方面進行具體設計分析，同時對電路進行仿真測試，通過仿真結果分析電路特性，得出結果使電路得到進一步完善。并且經過對基礎概念的理解，深入分析調幅收音機的工作原理。關鍵詞關鍵詞：高頻電路； 建模； 計算機仿真； 調

3、幅收音機 寧夏大學新華學院本科學位論文i abstractabstractthe high frequency circuit is the actual application has a large part, and is also essential to link communications systems. so based on the issue of high frequency circuit multisim modeling and simulation study of computer analysis is of great significance and t

4、he subject of research, let me better understanding about the concept of the high frequency circuit.by the concepts underlying concept of high frequency of the high frequency circuit several parts to make a thorough analysis and computer simulations, tuning of an amplifier, sinusoidal waves oscillat

5、or, high frequency of power amplifier, frequency and am and demodulates.by introducing the few parts of the application and principles,the use of electronic design tools multisim power amplifier circuit of from the program selection, cell design, component selection and other aspects of the specific

6、 parameters of design analysis, simulation testing the circuit at the same time , the simulation results of circuit characteristics, the circuit has been further improved.and the basic concepts to understand, analyze am radio works. keywords: high frequency circuit； modeling； computer simulations； a

7、m radio.寧夏大學新華學院本科學位論文ii目目 錄錄1 緒緒 論論 .51.1 選題背景、目的及意義.51.2 國內外研究綜述.51.3 預期內容和目標.61.4 研究方法.62 高頻電路的有關基礎概念高頻電路的有關基礎概念 .72.1 高頻電路.72.2 建模.72.2.1 建模的概念 .72.2.2 建模過程中的主要活動包括 .72.3 計算機仿真.72.3.1 仿真的定義 .72.3.2 計算機仿真 .82.4 multisim 10 軟件介紹.83 高頻單元電路的建模與計算機仿真分析高頻單元電路的建模與計算機仿真分析 .93.1 調諧放大器.93.1.1 調諧放大器的工作原理 .

8、93.1.2 計算機仿真 .113.1.3 結果分析 .163.2 正弦波振蕩器.163.2.1 正弦波振蕩器的工作原理 .163.2.2 計算機仿真 .173.2.3 結果分析 .193.3 高頻功率放大器.193.3.1 高頻功率放大器的工作原理 .193.3.2 計算機仿真 .213.3.3 結果分析 .243.4 混頻器.243.4.1 混頻器的工作原理 .243.4.2 計算機仿真 .25寧夏大學新華學院本科學位論文iii3.4.3 結果分析 .273.5 調幅與解調.273.5.1 調幅與解調工作原理 .273.5.2 計算機仿真 .283.5.3 結果分析 .314 調幅收音機的

9、計算機仿真分析調幅收音機的計算機仿真分析 .324.1 調幅收音機的實驗原理.324.2 計算機仿真.334.3 結果分析.365 結論結論 .37參考文獻參考文獻 .38致謝致謝 .39寧夏大學新華學院本科學位論文01 1 緒緒 論論1.1 選題背景、目的及意義選題背景、目的及意義 高頻電路是在高頻段范圍內實現特定電功能的電路,它被廣泛地應用于通信系統、現代醫(yī)療設備、家用電器等各種電子設備中，在我們的生活中它是必不可少的，存在于我們生活的每一個角落。高頻電路主要研究通信系統中共用的基本單元電路，而且主要是討論非線性電子線路。 根據論文所要求設計的基于 multisim 的高頻電子線路的建模與

10、計算機仿真,必須熟悉 multisim 軟件的操作使用方法，熟練建立各種設計仿真電路, 并能快速準確地對電路性能進行仿真分析。根據 multisim 仿真理解高頻電路的具體內容，并且通過理解內容，深一步理解調幅收音機的工作原理，并根據工作原理在計算機中進行仿真。并可以通過改變設計方案和電路參數來滿足設計和分析的需要, 用示波器觀察電壓、電流、信號波形,能達到最佳的仿真效果。為電路的實現、調制和運行提供了基本依據。 電子類人才的培養(yǎng)很大程度上是建立在實驗和實訓基礎上的，需要在實踐中積累經驗，提高能力。仿真軟件的出現，極大地改變了傳統的實驗模式。multisim 是一款主要用于電路開發(fā)和仿真的軟件

11、，高頻電路在電子信息專業(yè)中占取了很大一部分作用，通過multisim 軟件對高頻電路一些典型內容的仿真分析，更確切掌握了它所包含的內容，與傳統的電路設計過程相比較省去了用實際元器件選擇、安裝、調試電路的過程既省錢又省工極大地提高了電路設計效率和設計質量。對我們來說是有非常重大的意義。1.2 國內外研究綜述國內外研究綜述 歷史已經跨入 21 世紀，電腦已經走進尋常百姓家，在新的世紀里，學習電子技術已經離不開計算機。首先隨著電子技術器件的發(fā)展，尤其是近年來超大規(guī)模集成電路芯片的迅猛發(fā)展，為計算機技術的發(fā)展奠定了硬件基礎，反過來，先進的計算機技術又為電子技術提供了廣闊的發(fā)展空間，特別是近年來，世界上

12、許多計算機軟件公司紛紛推出專用于電子電路虛擬仿真的軟件，給我們學習電子技術帶來了極大的方便，當你學會和掌握了一款優(yōu)秀的電子仿真軟件，就相當于你擁有了一件具有世界先進水平的實驗室，電子元器件種類豐富，虛擬儀器品種齊全，可以隨意調用在虛擬仿真的電子平臺上搭建電路進行虛擬仿真實驗，這種先進的方法已經成為新世紀學習電子技術的一種重要輔助手段，更代表著新世紀學習電子技術的時代潮流。 高頻電子線路是現代通信信息系統的基礎,廣泛滲透于社會生活的各個方面:廣泛應用于各類通訊系統中,目前隨著 3g 時代的到來,各大通訊公司都投入了大量的人力和財力研制和開發(fā)用于移動通訊、光通訊及計算機通訊中的高速和射頻電路。另外

13、,高頻電子線路在計算機技術領域也有廣泛應用,在當今高速數字信號系統中,為了傳輸、處理高速、大容量的數字信號,不但要求電路的工作頻率越來越高,而且系統的通頻帶變得更寬。寧夏大學新華學院本科學位論文1 因此,隨著數字電路的高速發(fā)展,對高頻電路的理論不但沒有削弱,反而提出了更高的要求。并且在移動通訊和光通訊系統中,高頻技術仍然是瓶頸。因此,隨著現代通訊的發(fā)展,對高頻電路的學習和研究提出了許多新的課題。隨著電子技術的高速發(fā)展,新技術和新方法不斷涌現這就要求我們要與時俱進地掌握新的學習方法和手段。隨著計算機技術的飛速發(fā)展計算機輔助分析與仿真技術為高頻電路功能的分析與驗證開辟了一條快捷、高效的新途徑。1.

14、3 預期內容和目標預期內容和目標 本設計主要依靠 multisim 軟件實現對常用高頻電路的仿真，分別有調幅與解調、正弦波放大器、調諧放大器、高頻功率放大器、混頻器，以 multisim 為基本工具對常用高頻電路的基本特性進行描述和分析，論證這些高頻電路的合理特性。這些常用高頻電路的特性得到了論證，便可以利用實例來證明仿真結果。1.4 研究方法研究方法 依靠 multisim 軟件實現對常用高頻電路的仿真，并對其結果進行分析，并利用結果研究調幅收音機的工作原理。寧夏大學新華學院本科學位論文22 高頻電路的有關基礎概念高頻電路的有關基礎概念2.12.1 高頻電路高頻電路 高頻電路是由無源元件、有

15、源器件和無源網絡組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不同的。高頻電路中無源線性元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)。 高頻電路主要有高頻小信號放大器，高頻功率放大器，正弦波振蕩器，調幅、檢波與混頻，角度調制與解調以及反饋控制電路。2.22.2 建模建模 2.2.1 建模的概念建模的概念 1、使用計算機描述一個系統的行為。例如，電子表格程序可以用來處理財務數據，代表公司的行為；開發(fā)商業(yè)計劃；評估公司經營改變可能造成的影響。 2、使用計算機以數學方法描述物體和它們之間的空間關系。例如，計算機輔助設計 (cad) 程序可在屏幕上生成物體，使用方程式產生直線和形狀，

16、依據它們相互之間及與所在的二維或三維空間的關系精確放置。 3、應用程序和數據建模是為應用程序確定、記錄和實現數據和進程要求的過程。這包括查看現有的數據模型和進程，以確定它們是否可被重復使用，并創(chuàng)建新數據模型和進程，以滿足應用程序的獨特要求。2.2.2 建模過程中的主要活動包括建模過程中的主要活動包括 確定數據及其相關過程，定義數據，確保數據的完整性，定義操作過程，選擇數據存儲技術。 2.32.3 計算機仿真計算機仿真 2.3.1 仿真的定義仿真的定義 仿真是對現實系統的某一層次抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現實世界的某一層次的問題做出決策。仿真是

17、一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統某些屬性的逼近。仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統的優(yōu)劣。 仿真方法：傳統的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特性（過程） ，抽象出一個模型，然后假設態(tài)勢（輸入） ，進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，根據判斷的情況來修改模型和有關的參數。如此迭代地進行，直到認為這個模型已滿足試驗者對客觀系統的某一層次的仿真目的為止。寧夏大學新華學院本科學位論文3 模型對系統某一層次特性的抽象描述包括：系統的組成；各組成部分之間的靜態(tài)、動態(tài)、邏輯關系；在某些輸入條件下系統的輸

18、出響應等。根據系統模型狀態(tài)變量變化的特征，又可把系統模型分為：連續(xù)系統模型狀態(tài)變量是連續(xù)變化的；離散（事件）系統模型狀態(tài)變化在離散時間點（一般是不確定的）上發(fā)生變化；混合型上述兩種的混合。 計算機仿真技術和用于仿真的計算機（簡稱仿真機）都應充分反映上述的仿真的特點及滿足仿真工作者的需求。2.3.2 計算機仿真計算機仿真 計算機仿真是應用電子計算機對系統的結構、功能和行為以及參與系統控制的人的思維過程和行為進行動態(tài)性比較逼真的模仿。它是一種描述性技術，是一種定量分析方法。通過建立某一過程和某一系統的模式，來描述該過程或該系統，然后用一系列有目的、有條件的計算機仿真實驗來刻畫系統的特征，從而得出數

19、量指標，為決策者提供有關這一過程或系統得定量分析結果，作為決策的理論依據。 計算機仿真是用計算機科學和技術的成果建立被仿真的系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態(tài)實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統（尤其是復雜系統）的重要工具。2.4 multisim 10 軟件介紹軟件介紹 對所設計的電路進行模擬和調試的電子電路軟件。它具有以下特點，1該軟件是交互式 spice 仿真和電路分析軟件的最新版本，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設計和集成測試。2工程師們可以使用 multisim 10 交互式地搭建

20、電路原理圖，并對電路行為進行仿真。3multisim 10 為 ni 電子學教育平臺提供了一個強大的基礎，ni 電子學教育平臺也包括 ni elvis（教學實驗室虛擬儀器套件）原型工作站和 ni labview，它給學生提供了貫穿電子產品設計流程的全面的動手操作經驗。4multisim 10 和 ultiboard 10 退出了很多專業(yè)設計特性，主要是高級仿真工具、增強的元器件庫和擴展的用戶社區(qū)。5ultiboard 10 為用戶在做 pcb 設計時的布板布線提供了一個易于使用的直觀平臺。6multisim 10 可以作為一個完整的包括 ultiboard 10 和 ni labview si

21、gnalexpress的集成設計與測試的平臺進行訂購。7multisim 10 有豐富的幫助功能，其幫助系統不僅包括軟件本身的操作指南，更重要是是包含元器件的解說，有利于使用 ewb 進行 cai 教學。寧夏大學新華學院本科學位論文43 高頻單元電路的建模與計算機仿真分析高頻單元電路的建模與計算機仿真分析3.1 調諧放大器3.1.1 調諧放大器的工作原理調諧放大器的工作原理 由 lc 調諧回路作為選頻網絡構成的諧振放大電路，被廣泛的應用在通信設備的接收機中，用來選出有用頻率信號而抑制無用信號。由于接收到的信號微弱，電路常工作在甲類狀態(tài)。 圖 3-1-1 所示為常用晶體管單調諧回路諧振放大電路。

22、電路中晶體管的輸出有線圈抽頭以電感分壓式接入回路，負載 rl通過降壓變壓器與諧振回路相耦合，從而減少了晶體管輸出阻抗和負載對諧回路的影響。圖 3-1-1 晶體管單調諧回路諧振放大電路 圖中 rb1、rb2、re、l11和 vcc構成分壓式電流負反饋直流偏置電路，以保證晶體管工作在甲類狀態(tài)。cb、ce分別為基極、發(fā)射極旁路電容，用以短路高頻交流信號。 圖 3-1-2 所示為單調諧放大電路的交流等效電路。 將晶體管用小信號電路模型代入圖 3-1-2，則得如圖 3-1-3 所示電路。 圖中，gi、ci分別為晶體管的輸入電導和輸入電容，gm為晶體管的跨導，gm，g0、c0分別為晶體管的輸出電導和輸出電

23、容。mvmaieq26 設諧振回路初級電感線圈 1-2 之間的匝數為 n12,1-3 之間的匝數為 n13，次級線圈的匝數為 n45。由圖 3-1-3 可知，自耦變壓器的匝比 n1=，初、次級間的匝比 n1=。1213nn4513nn因此可將 gmi，g0、c0、rl折算到諧振回路 1-3 端，可得圖 3-1-4 所示小信號放大電.u寧夏大學新華學院本科學位論文5路模型。圖 3-1-2 單調諧放大電路交流等效電路圖 3-1-3 單調諧放大電路模型（一）圖 3-1-4 單調諧放大電路模型（二） 圖中 gp=為諧振回路空載電導，gl=。由此可得并聯諧振回路的有載電導等pr1lr1于：gt=gp+，

24、當 lc 并聯諧振回路調諧在輸入信號頻率上，回路產生諧振時，210ng22ngl放大電路電壓最大，故電壓增益也最大，用 auo表示，稱為諧振電壓增益。由圖 3-1-4 可得： （3-1-1）tmignnguuuoa21.0. 當輸入信號頻率不等于諧振回路諧振頻率 f0時，回路失諧，輸出電壓下降，電壓增寧夏大學新華學院本科學位論文6益也下降。由于諧振頻率 f0附近很窄的頻率范圍內，晶體管的放大特性頻率變化不大，因此，單調諧放大電路的增益頻率特性決定于 lc 并聯諧振特性。因此，可得到放大器的增益頻率特性為： （3-1-2）20.211ffqaatuou 式中，qt為 lc 并聯諧振回路考慮到負載

25、及晶體管參數影響后的有載品質因數，為回路的絕對失調量。0fff 根據公式（3-1-2）作出單調諧放大電路的增益特性曲線，如圖 3-1-5 所示。3-1-5 單調諧放大電路的增益特性曲線3.1.2 計算機仿真計算機仿真 1測調諧放大電路的動態(tài)范圍曲線 uiuo（在諧振點）（1）單擊元件工具條上的“place basic”按鈕，從彈出的“select a component”對話框的“family”欄中選取“variablecapacitor” ，再在“component”欄中選取“30p” ，如圖 3-1-6 所示，最好單擊對話框右上角的“ok”按鈕，將可變電容調出。寧夏大學新華學院本科學位論文

26、7圖 3-1-6 調出可變電容器（2）雙擊可變電容圖標，將彈出對話框“value”選項頁的“capacitance”欄修改為“4.7p” ；將“increment”欄修改為“1%” ，如圖 3-1-7 所示；然后切換到“l(fā)abel”選項頁，將它設置為“c2” ，最后單擊對話框右下角的“ok”按鈕退出。圖 3-1-7 修改可變電容器參數（3）單擊元件工具條上的“place basic”按鈕，從彈出的“select a component”對話框的“family”欄中選取“inductor” ，再在“component”欄中分別選取“12” 、“20”和“470”電感，如圖 3-1-8 所示，將它

27、們調出放置在電子平臺上。寧夏大學新華學院本科學位論文8圖 3-1-8 調出三只電感 （4）調出其他對應元件，整理后，在電子平臺上組建仿真電路，如圖 3-1-9 所示。 圖 3-1-9 仿真電路（一） （5）在發(fā)射極電阻上并聯虛擬萬用表，開啟仿真開關，調整電位器，是虛擬萬用表指示 1v 左右，如圖 3-1-10 所示。 圖 3-1-10 仿真電路（二） （6）將虛擬萬用表改接到輸出端，在輸入端接上虛擬函數信號發(fā)生器，并將其設置成 10.7mhz、20mvp 的正弦波，如圖 3-1-11 所示。開啟仿真開關，調整可變電容器的百寧夏大學新華學院本科學位論文9分比約為 17%左右，此時 lc 回路處于

28、諧振狀態(tài)，虛擬萬用表顯示的交流電壓數據最大為636.865mv，如圖 3-1-11 所示，將虛擬萬用表的數據填入表 3-1-1 中。 圖 3-1-11 仿真電路（三）表 3-1-1 調諧放大器輸出電壓測試（一）ui（mv）20 30 40 50 80100200500800r3=1k7.347.217.107.026.846.525.424.354.18r3=5001.881.821.661.461.321.080.980.640.36uo（v）r3=2k3.653.563.422.862.562.321.861.681.58 （7）逐漸加大函數信號發(fā)生器信號，如表 3-1-1 所示，將每次讀

29、得的虛擬萬用表顯示的交流電壓數據填入表 3-1-1 中。 （8）關閉仿真開關，將發(fā)射極電阻分別換成 500 和 2k，再開啟仿真開關，重復步驟（6） 、 （7）的內容，并將測量結果填入表 3-1-1 中。 （9）根據表 3-1-1 中的數據，在同一坐標紙上畫出不同工作點（icqieq）時的uiuo動態(tài)范圍曲線，并進行比較和分析。 2測調諧放大器的回路諧振曲線 （1）恢復發(fā)射極電阻等于 1k，調出虛擬波特儀和虛擬函數信號發(fā)生器（虛擬函數信號發(fā)生器可以不做任何設置） ，如圖 3-1-12 所示連好仿真測試電路。寧夏大學新華學院本科學位論文10圖 3-1-12 仿真測試電路 （2）打開仿真開關，雙擊

30、虛擬波特儀圖標，可以從波特儀的放大面板屏幕上觀察到調諧放大器的幅頻特性曲線，如圖 3-1-13 所示，波特儀的放大面板右面各欄參數參照圖設置，拉出屏幕上的讀數指針到曲線所在位置，可以從屏幕下方讀出調諧放大器的諧振頻率約為 10.633mhz 左右，增益為-6.028db 左右。 圖 3-1-13 調諧放大器的幅頻特性曲線 3測繪調諧放大器的頻率特性曲線（1）恢復圖 3-1-11 仿真電路（三） 。輸入信號取 10.7mhz、80mv，按表 3-1-2 中r3=10k 時進行測試，并將結果填入表中。3-1-2 調諧放大器輸出電壓測試（二） (mhz)57891010.71213141517r3=

31、10k1.521.761.801.841.861.922.02.042.122.242.3uo( r3=2k0.480.520.660.710.740.820.90.971.031.121.2寧夏大學新華學院本科學位論文11v)r3=47010.710.811.111.711.812.412.813.113.714.215 （2）根據表 3-1-2 數據在坐標紙上畫出調諧放大器的頻率特性曲線，并計算出它的通頻帶。 （3）將電阻 r3分別改成 2k 和 470，重復上述實驗，并將結果填入表 3-1-2 中，比較它們的通頻帶。 3.1.3 結果分析結果分析 單調諧放大器負載阻值變大，放大器增益變大

32、、通頻帶寬帶變窄；單調諧放大器負載阻值變小，放大器增益變小、通頻帶寬帶變寬。由于負載電阻影響了單調諧回路的諧振阻抗，直接造成諧振阻抗高諧振峰值也高也即增益高、諧振曲線陡峭也即通頻帶寬帶變窄；反之，諧振阻抗低諧振峰值也低也即增益低、諧振曲線平緩也即通頻帶寬帶變寬。3.2 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 3.2.1 正弦波振蕩器的工作原理正弦波振蕩器的工作原理 從結構上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的帶選頻網絡的正反饋放大器。若用r、c 元件組成選頻網絡，就稱為 rc 振蕩器，一般用來產生 1hz1mhz 的低頻信號。 1. rc 移相振蕩器 電路型式如圖 3-2-1 所示，選擇 rri圖 3-2-1

33、rc 移相振蕩器原理圖 振蕩頻率： （3-2-1）rcf6210 起振條件：放大器 a 的電壓放大倍數a29 電路特點：簡便，但選頻作用差，振幅不穩(wěn)，頻率調節(jié)不便，一般用于頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場合。 頻率范圍：幾赫數十千赫。 2. rc 串并聯網絡（文氏橋）振蕩器寧夏大學新華學院本科學位論文12 電路型式如圖 3-2-2 所示。 振蕩頻率：起振條件：|a|3 電路特點：可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形。圖 3-2-2 rc 串并聯網絡振蕩器原理圖 3. 雙 t 選頻網絡振蕩器 電路型式如圖 3-2-3 所示。圖 3-2-3 雙 t 選頻網絡原理圖 振蕩頻

34、率： （3-2-2）rcf510 起振條件： |af|1 （3-2-3）2rr 電路特點： 選頻特性好，調頻困難，適于產生單一頻率的振蕩。3.2.2 計算機仿真計算機仿真 1各元件選擇 （1）振蕩器電路選擇 lc 振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫茲范圍。振蕩器線路主要根據工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。 在短波范圍：電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。 若要求輸出頻率調節(jié)范圍較寬：選擇電感反饋振蕩器；寧夏大學新華學院本科學位論文13 若要求頻率較高：常采用克拉潑、西勒電路。 在中、短波收音機中，為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。 （2）晶體管選擇 從穩(wěn)頻的角度出發(fā)，應選擇

35、ft較高的晶體管，這樣晶體管內部相移較小。通常選擇ft (310)f1max。同時希望電流放大系數 大些，這既容易振蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。 （3）直流饋電線路的選擇 為保證振蕩器起振的振幅條件，起始工作點應設置在線性放大區(qū)；從穩(wěn)頻出發(fā)，穩(wěn)定狀態(tài)應在截止區(qū)，而不應在飽和區(qū)（因為飽和區(qū)的輸出阻抗較?。?，否則回路的有載品質因數 ql 將降低。所以，通常應將晶體管的靜態(tài)偏置點設置在小電流區(qū)，電路應采用自偏壓。 （4）振蕩回路元件選擇 從穩(wěn)頻出發(fā)，振蕩回路中電容 c 應盡可能大，但 c 過大，不利于波段工作；電感 l也應盡可能大，但 l 大后，體積大，分布電容大，l 過小，回路的品質因

36、數過小，因此應合理地選擇回路的 c、l。在短波范圍，c 一般取幾十至幾百皮法，l 一般取 0.1 至幾十微亨。2.采用兩級共射極分立元件放大器組成雙 t 選頻網絡正弦波振蕩器如圖 3-2-4 所示。圖 3-2-4 雙 t 選頻網絡正弦波振蕩器原理圖 在調試電路時應適當調節(jié) rp1(rp1)和 rp2(rp2)，否則振蕩器不起振。仿真結果如圖 3-2-5 所示。寧夏大學新華學院本科學位論文14圖 3-2-5 雙 t 選頻網絡正弦波振蕩器振蕩波形 3.2.3 結果分析結果分析 r22k，輸出不能起振，在能起振的前提下，隨著 r2 的增大，波形嚴重失真，則說明反饋太強。r 較小的時候，頻率較大，根據

37、公式可知，f0與 r 成反rcf6210比。c 較小的時候，頻率從較大，根據公式可知，f0與 c 成反比。rcf62103.3 高頻功率放大器高頻功率放大器 3.3.1 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理 高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為

38、調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。在“低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類寧夏大學新華學院本科學位論文15放大器電流的流通角為 360，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180；丙類放大器電流的流通角則小于 180。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真

39、太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài)外，又有使電子器件工作于開關狀態(tài)的丁類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達 100，但它的最高工作頻率受到開關轉換瞬間所產生的器件功耗(集電極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進，使電子器件在通斷轉換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。我們已經知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直

40、流電源提供的能量轉換為交流輸出的能量轉換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自 20 至 20000 hz，高低頻率之比達 1000 倍。因此它們都是采用無調諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百khz 一直到幾百、幾千甚至幾萬 mhz），但相對頻帶很窄。例如，調幅廣播電臺（5351605 khz 的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 khz，如中心頻率取為 1000 khz，則相對頻寬只相當于中心頻率的百分之一。中心頻

41、率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網絡作為負載回路。由于這后一特點，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。近年來，寬頻帶發(fā)射機的各中間級還廣泛采用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不采用選頻網絡作為負載回路，而是以頻率響應很寬的傳輸線作負載。這樣，它可以在很寬的范圍內變換工作頻率，而不必重新調諧。綜上所述可見，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點則是二者的工作頻率與相對頻寬不同，因而負載網絡和工作狀態(tài)也不同

42、。如圖 3-3-1 為高頻功率放大器電路原理。寧夏大學新華學院本科學位論文16圖 3-3-1 高頻功率放大器電路原理3.3.2 計算機仿真計算機仿真 1對功率放大器的要求 功率放大器是通過將直流輸入功率轉換化為交流功率輸出，以提高發(fā)射信號能量，便于接收機接收的電路，因而要求輸出功率大、效率高，同時，輸出中的諧波分量應該盡量小，以免對其他頻道產生干擾。根據電流導通角的不同，功率放大器分為甲類、乙類、丙類等，電路由饋電電路、輸入匹配、輸出匹配及級間耦合 4 部分組成。對電路設計要求如下：工作頻率為 14.5 mhz,要求帶寬為 1.5mhz，輸出功率為不小于 20w。 2電路結構設計 設計分析為了

43、在較寬的通帶內使功率放大器增益相對穩(wěn)定，電路由甲類、丙類兩級功率放大器組成。甲類功率放大器的輸出信號作為丙類功率放大器的輸入信號，丙類功率放大器作為發(fā)射機末級功率放大器以獲得較大的輸出功率和較高的效率。電路原理如圖 3-3-1 所示。根據設計要求和晶體管實際參數，采用 philip s 公司的 npn 型高壓晶體管 2n5551 作為放大管，三極管 q1、電感 l1、電容 c2 組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。三極管 q2 和由電感 l3、 電容 c7、 c6 構成的負載回路組成丙類功率放大器。r1、r2、r3、r4 組成第 1 級靜態(tài)偏置電阻，調節(jié) r2、r3 可改變放大器的增益。l

44、1、c2 組成一級調諧回路，l2、r5、c4 組成的部分在丙類功率放大器基極處產生負偏壓饋電壓，r7 為射級反饋電阻，調整 r7 可改變丙類功率放大器的增益。c6、c7、l3組成末級調諧回路，c6 用來微調諧振頻率以獲得最佳工作狀態(tài)。c8、c9 和 l4 組成濾波回路，起到改善波形的作用。r9 和 c10、r11 和 c11 以及 r8 和 c12 均為負載回路外寧夏大學新華學院本科學位論文17接電阻。集電極可選擇連接不同的負載。當基極輸入的正弦信號頻率取值在 l1、c2 諧振頻率附近時，集電極輸出正弦信號電壓增益最大。c5 為射級旁路電容，有效地控制了可能由于射級電阻 r3、r4 過大而引起

45、電壓增益下降的問題。當甲類功率放大器輸出信號大于丙類功率放大器三極管 q2 的 be 間負偏壓時，q2 才導通工作。當 l3、c7 處諧振頻率與從甲類功率放大器集電極獲得的放大輸出正弦信號的頻率一致時，丙類功率放大器工作于諧振狀態(tài)，集電極將獲得最大的電壓增益，達到功率放大的目的。 3元件參數選取 （1）功率放大器管：選用 philip s 公司的 npn 型高壓晶體管(2n5551)作為放大管。 （2）直流電源:根據設計要求放大器的電源電壓初始值均取 + 12v。 （3）甲類功率放大器的調諧回路由 l1 和 c2 組成：根據諧振頻率公式：f = 12lc及工作中心頻率為 14.5mhz,取參數

46、為 l1 = 1.0h，c2 = 120pf，丙類功率放大器的調諧回路由 l3、c6、c7 組成，為使甲類功率放大器集電極的輸出信號能在丙類功率放大器產生諧振，兩功率放大器調諧回路的諧振頻率應一致，因此，取 l3 = 1.0h，c7 = 120 pf。c6(最大值取 30 pf)用來微調調諧回路的諧振頻率，保證丙類功率放大器的輸入信號產生諧振。 4甲類放大器參數選取 甲類功率放大器的靜態(tài)偏置由 r1、r4、r2 和 r3 組成。r1、r2 一般在同一數量級，取 r1 = 10k，r2 最大值為 50k，通過調節(jié) r2 改變三極管基極 q 點電壓，即改變放大器增益，r2 取值越大時 q 點電壓越

47、大。取 r4 = 51，r3 最大值為 1 k，通過調節(jié)r3 改變輸出信號增益，r3 不宜過大，否則會影響增益。此外，c5 為射極旁路電容，有效地控制了由于射極電阻 r3、r4 而引起電壓增益下降的問題。在高頻電路中射極旁路電容取值一般較小，這里取 c5 = 10 nf。 5丙類功率放大器參數選取丙類功率放大器三極管 q2 的 be 間負偏壓由l2、r5、c4 組成的電路產生，l2 起到傳送直流、隔離交流的作用使得 r5 兩端為直流電壓。取 l2 =100h，r5 = 51，c4 = 10 nf。q2 射極電阻由 r6、r7 組成，取 r6 = 51，r7 最大值為 1k，通過調節(jié) r7 改變

48、丙類功率放大器增益，r7 取值不宜過大，否則會降低增益。l4、c8、c9 組成濾波回路，減小集電極輸出信號的失真。c8、c9 一般取等值，這里取 c8 = c9 = 10 nf，l4 = 470h。 6外接負載分別取 51，150，680。3 個電阻的取值差異較大是為了后面仿真測試丙類功率放大器的特性做準備。 7c1、c3 以及 c10、c11、c12 均為隔直電容，其作用是傳送交流，隔離直流。在高頻電路中隔直電容取值一般較小，這里取 c1 = 51 pf，c3 = 10 nf，c10 =c11。c12 =10nf。 8仿真測試及結果分析 （1）甲類功率放大器的調諧測試寧夏大學新華學院本科學位

49、論文18 改變基極輸入正弦信號的頻率，當取 f =1/(2/rc)14.5mhz (l1、c2 回路諧振頻率)時，集電極獲得最大的電壓增益，這時再改變靜態(tài)偏置電阻 r3、r4 的大小可獲得更大的電壓增益2。測試可得，r2 取 2.5k、r3 取 50 時獲得最大電壓增益約為 30 倍。 （2）丙類功率放大器工作狀態(tài)的測試分析 調整丙類功率放大器電源電壓為 12v，不接負載電阻。將基極與甲類功率放大器斷開，從基極處輸入 2v(p2p)、14.5mhz 的高頻信號，用萬用表測量三極管 q2be 間的電壓，測得該電壓為負偏壓，改變輸入電壓振幅，該偏壓隨之改變。此時，接在集電極處的示波器上可看到放大輸

50、出信號，如圖 3-3-2 所示。下面的波形(信道 b)為基極輸入信號，上面的波形(信道 a)為集電極輸出信號，電壓增益約為 12 倍。若使基極激勵信號，ub = 0。則測得負偏壓也為 0，看出丙類功率放大器工作狀態(tài)的特點。 圖 3-3-2 丙類功率放大器的工作狀態(tài)測試 （3）測試調諧特性 調整參數使電路正常工作，保持功率放大器管的輸入信號為 2v(p2p)左右，不接負載電阻，改變輸入信號從 8mhz20mhz，輸出電壓值如表 1 所示?；鶚O輸入正弦信號頻率取 f=1/(2rc)14.5mhz(c6、c7、l3 回路諧振頻率)時集電極獲得最大的電壓增益，約為 12.5 倍，這就說明了丙類功率放大

51、器的調諧特性。 3.3.3 結果分析結果分析隨著負載的增大，電路的工作狀態(tài)是由欠壓區(qū)到臨界直至進入過壓區(qū)，電流電壓逐漸增大。當輸入電壓較小時，隨著輸入電壓的增大，輸出電壓幅度也增加；當輸入電壓較大時，輸出電壓增幅較緩。寧夏大學新華學院本科學位論文193.4 混頻器混頻器3.4.1 混頻器的工作原理混頻器的工作原理 混頻電路又稱變頻電路，其作用是將已調信號的載頻變換成另一載頻，變換后新載頻的調制類型（如調制頻率、調頻等）和調制參數（如調制頻率、調制系數等）均不改變。 常用的混頻器有二極管平衡和環(huán)形混頻電路、三極管混頻電路和乘法器混頻電路等類型。混頻電路是超外差式收音機、電視機高頻頭的重要組成部分

52、，其作用是將天線感生的輸入高頻信號（經濾波、放大）變換為頻率固定的中頻信號，混頻電路靠近接收天線（特別是在不設高頻放大器的接收機中） ，它的性能直接影響接收機的動態(tài)范圍等性能。目前，高質量的通信接收機廣泛采用二極管環(huán)形混頻器和由雙差分對平衡調制器構成的混頻器，或由乘法器組成的混頻器，由于模擬乘法器組成的混頻器的輸出電壓中不包含信號頻率分量，故有對帶通濾波器要求不高的優(yōu)點；而在一般接收機（例如廣播收音機和電視機）中，為了簡化電路，還采用簡單的三極管混頻器。 由于混頻電路能不失真地將輸入已調信號的頻譜 c 搬移到 i位置上，從頻譜觀點來看，混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，因此能用乘法器和帶通濾波

53、器來實現這種搬移。 以普通調幅波為例，設輸入信號為： （3-4-1）ttumutusasmscos1 本地振蕩信號為： （3-4-2）tuullmlcos 若，則乘法器的輸出電壓可以表示為：sl tuttumuullmsasmpcoscos1 = （3-4-3）tttumuuslslalmsmcoscos12 式中，我們所需要的中頻分量 可以從中心頻率為的帶通濾波器濾除isli無用分量分量后得到，從而實現混頻。其電路模型和頻譜如圖 3-4-1 所示。sl寧夏大學新華學院本科學位論文20圖 3-4-1 混頻電路的電路模型和頻譜3.4.2 計算機仿真計算機仿真 1調出元件和組建仿真電路 （1）乘法

54、器的調出，單擊元件工具條上的“place basic”按鈕，出現下拉菜單選擇“control function blocks”器件庫，選擇“multiplier”乘法器。如圖 3-4-2 所示。圖 3-4-2 計算機仿真乘法器調出 （2）在電子平臺上建立如圖 3-4-3 所示的仿真電路。乘法器 a1 輸出調幅波 us（t）作混頻器 a2 的載波；lc 振蕩電路產生的正弦波作為混頻器 a2 的本地信號 ul（t）（注：這里的 ls） 。寧夏大學新華學院本科學位論文21圖 3-4-3 混頻器仿真電路（一） （2）再從虛擬儀器工具條中調出虛擬 4 蹤示波器，按圖 3-4-4 所示連好仿真電路。其中：

55、a 通道用來觀察原載波信號=150khz；b 通道用來觀察調幅信號 us（t）；c 通道cf用來觀察本振信號 ul（t） ；d 通道用來觀察混頻信號 ui（t）。圖 3-4-4 混頻器仿真電路（二） 2計算機仿真內容 開啟仿真開關，雙擊虛擬 4 蹤示波器圖標，從放大面板的屏幕上可以看到各通道波形，如圖 3-4-4 所示，自上到下第一條波形為 150khz 的載波；第二條波形為混頻前的調幅波；第三條波形為本振信號；第四條波形為混頻后的調幅波，混頻前和混頻后載頻頻率已經改變（注：各通道參數可參考表 3-4-1 數據設置） 。表 3-4-1 各通道參數設置（timebase/scale：500s/d

56、iv）channe-achanne-bchanne-cchanne-dscale10v/div100v/div10v/div10v/divy position2.41.2-1.2-2寧夏大學新華學院本科學位論文22圖 3-4-5 通道波形 3.4.3 結果分析結果分析 混頻器對信號進行調制、擴頻、解擴等處理工作是在低頻段下進行的，然后再將處理好的信號上變頻到高頻段發(fā)射出去，同樣我們需要將接收到的射頻信號下變頻到低頻段再做各種信號處理工作,混頻器就是起到一個頻譜搬移的作用3.5 調幅與解調調幅與解調 3.5.1 調幅與解調工作原理調幅與解調工作原理 解調是調制的逆過程，調幅波的解調即是從調幅信號

57、中恢復出調制信號的過程，通常稱之為檢波，同步檢波與二極管峰值包絡檢波是常用的兩種調幅波解調電路，同步檢波是利用一個和調幅信號的載波同頻同相的載波信號與調幅波相乘，在通過低通濾波器濾出高頻分量而獲得調制信號的，理論上講，這種電路能對任何調幅信號實現無失真解調，包括各種調制度的全載波調幅信號、抑制載波的雙邊帶調幅信號、殘留邊帶調幅信號、單邊帶調幅信號等，缺點是在實際工作中載波信號的提取比較麻煩。 調幅（振幅調制）是用低頻調制信號去控制高頻載波的振幅，使其振幅按調制信號的規(guī)律而變化，調制是一個非線性過程。從頻譜結構來看，調幅又是一個對調制信號進行頻譜搬移的過程，即把較低的頻譜搬到較高頻譜。 普通調幅

58、電路可分為高電平調制電路和低電平調制電路兩大類。前者屬于發(fā)射機的最后一級，直接產生發(fā)射機輸出功率要求的已調波；后者屬于發(fā)射機前級產生小功率的已調波，再經過線性功率放大達到所需的發(fā)射機功率電平?，F在設 載波電壓為： （3-5-1) tutuccmccos寧夏大學新華學院本科學位論文23 調制電壓為： (3-5-2)tueumccos 上兩式相乘為普通振幅調制信號。 (3-5-3)ttmuttuekututuektucascmccmccmmcscoscos1coscoscoscos 式中稱為調幅系數（或調制指數），它表示調幅波的幅度的最大變化量與載波振幅之比，即幅度變化量的最大值。否則已調波會產生

59、失真。 在抑制載波調幅波的產生電路中，設 載波電壓為： (3-5-4) tutuccmccos 調制電壓為： (3-5-5） tutumcos 經過模擬乘法器電路后輸出電壓為抑制載波雙邊帶振幅調制信號為: （3-5-6） ttukuttukututkutuccmcmcmcmccoscos21coscos03.5.2 計算機仿真計算機仿真 1.根據 3-5-3 式，由乘法器（k1）組成的普通調幅（am）電路圖 3-5-1 所示，可獲得通信系統中常用的普通調幅（am）。高頻載波信號電壓 uc（t）（圖中的 v2）加到y 輸入端口；直流電壓 u3（圖中的 v3）和低頻調制信號 u（t）（圖中的 v1

60、）加到 x輸入端口，仿真運行圖 3-5-1 電路，可得輸出電壓波形如圖 3-5-1（b），滿足式（3-5-1）關系。（a）乘法器組成的普通調幅（am）電路寧夏大學新華學院本科學位論文24（b）普通調幅（am）仿真輸出波形圖 3-5-1 乘法器組成的普通調幅（am）電路 2.利用乘法器（k1）組成的抑制載波雙邊帶調幅（dsb/sc am）電路如圖 3-5-2所示，可獲得通信系統中常用的抑制載波雙邊帶信號（dsb/sc am） 。高頻載波信號電壓 v2（uc（t） ）加到 y 輸入端口。低頻調制信號 v1（u（t） ）加到 x 輸入端口，仿真運行圖 3-5-2 電路，可得輸出電壓波形如圖 3-5-