高頻電子線路課程設(shè)計高頻基極課程設(shè)計

1、高頻電子線路課程設(shè)計提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有前言 目前，隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，為了將低頻信號有效地輻射出去為了使發(fā)射與接收效率提高，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)方面部必須采用天線和諧振回路。但語言、音樂圖像信號等的頻率變化范圍如果直接發(fā)射音頻信號則發(fā)射機(jī)將工作于同一頻率范圍。這樣接收機(jī)將同時收到許多不同電臺的節(jié)目，從而無法加以選擇。為了克服以上的困難必須利用高頻振蕩將低頻信號附加在高頻振蕩上，這樣就使天線的輻射效率提高尺寸縮小，同時每個電臺都工作于不同的載波頻率，接收機(jī)就可以調(diào)諧選擇不同脈電臺了。這樣就解除了上述的種種困難。傳輸信息是人類生活的重要內(nèi)容之一。利用無線電技術(shù)進(jìn)行信息傳輸在這些手段中

2、占有極重要的地位。無線電通信、廣播、電視、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙控遙測等，都是利用無線電技術(shù)傳輸各種不同信息的方式。在以上這些信息傳遞的過程中，都要用到調(diào)制。 所謂將信號附加在高頻振蕩上就是利用信號來控制高頻振蕩的某個參數(shù)，使這個參數(shù)隨信號而變化，即調(diào)制。調(diào)制的方式可分為連續(xù)波調(diào)制與脈沖波調(diào)制兩大類。連續(xù)波調(diào)制是用信號來控制載波的振蕩頻率或相位，因而可分為調(diào)幅（am)調(diào)頻(fm)和調(diào)相(pm)三種方法。調(diào)幅波的形成早期vhf 頻段的移動通信電臺大都采用調(diào)幅方式，由于信道衰落會使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻調(diào)制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅調(diào)制，對移動信道有較好的適應(yīng)性。高頻信

3、號的幅度隨著調(diào)制信號作相應(yīng)的變化，這就是調(diào)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(diào)幅信號的傳輸并不十分可靠。在傳輸?shù)倪^程中也很容易被竊聽，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)頻波相比會比較差，原因就是它更容易被干擾。調(diào)幅即振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，嚴(yán)格的來講，是使得高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性的關(guān)系，其他參數(shù)（頻率和相位）不變。調(diào)制信號是由原始消息變成的低頻或視頻信號，這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)

4、字的。未受調(diào)制的高頻振蕩信號稱為載波。受調(diào)制后的振蕩波稱為已調(diào)波，它具有調(diào)制信號的特征。從頻譜關(guān)系看，調(diào)幅就是把調(diào)制信號的頻譜搬移到高頻載波附近。am信號的產(chǎn)生可以用高電平調(diào)制和低電平調(diào)制兩種方式。目前，am信號大多都用于無線電廣播，因此多采用高電平調(diào)制方式。高電平調(diào)幅將功放和調(diào)制合二為一，調(diào)制后的信號不需再放大就可以直接發(fā)送出去。這個過程通常是在丙類放大器中進(jìn)行的。根據(jù)調(diào)制信號控制的電極不同，高電平調(diào)幅可分為：集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅。 所謂集電極調(diào)幅就是用調(diào)制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。 所謂基極調(diào)幅，就是用調(diào)制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。

5、其基本原理是，低頻調(diào)制信號電壓與直流偏壓相串聯(lián)。放大器的有效偏壓等于這兩個電壓之和，它隨著調(diào)制信號波形而變化。使三極管工作在欠壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量隨著基極電壓成正比變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨著調(diào)制信號的波形而變化，于是得到調(diào)幅波輸出。 因?yàn)榛鶚O調(diào)幅所需調(diào)制功率很小，對整機(jī)的小型化有利。因此，基極調(diào)幅電路在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用是非常重要的。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、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)spice模擬器模仿

6、電路行為。借助專業(yè)的高級spice分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(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)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。有如下特點(diǎn)： 通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境,輕松設(shè)計電路;通過交互式spice仿真,迅速了解電路行為;借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征;通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試;通過改進(jìn)、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短研發(fā)時間。1.1 multisim軟件介紹ni multisim 10是美國國家儀器公司（ni，national instru

7、ments）最新推出的multisim最新版本的原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。目前ni的ewb的包含有電路仿真設(shè)計的模塊multisim、pcb設(shè)計軟件ultiboard、布線引擎ultiroute及通信電路分析與設(shè)計模塊commsim 4個相互獨(dú)立的部分，能完成從電路的仿真設(shè)計到電路版圖生成的全過程。 multisim、ultiboard、ultiroute及commsim 均有增強(qiáng)專業(yè)版（power professional)、專業(yè)版（professional）、個人版（personal）、教育版（education）、學(xué)生版（student）和演示版（demo）等多個版本，各

8、版本的功能和價格有著明顯的差異。 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。 元器件庫提供數(shù)千種電路元器件，同時也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，很方便的在工程設(shè)計中使用。虛擬測試儀器儀表種類齊全，如萬用表、函數(shù)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(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。

9、multisim 10可以設(shè)計、測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。 提供了與國內(nèi)外流行的pcb設(shè)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(shè)計。 易學(xué)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(shè)計和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)綜合分析、開發(fā)和創(chuàng)新能力。1.2 multisim的基本界面操作1啟動軟件 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mu

10、ltisim 10，如下圖1-1所示： 圖1-1 multisim 10啟動界面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)下面的對話窗口，如下圖1-2所示：可選擇合適的元件類型。圖1-2 global preferences對話窗3 繪制電路 元器件庫的操作包括：(1)取用元件：從元器件庫中取用所需元件；圖1-3元器件庫點(diǎn)擊某元件會彈出如圖1-3所示對話框，可根據(jù)要求選擇所需器件，然后按ok(確定)即可。 multisim10的元件均具有下列元素: symbol 元件符號（ for schematic） model 元件模型（ fo

11、r 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)左鍵開啟屬性對話框如下圖1-4所示：圖1-4屬性對話框其中，label：修改元件序號、標(biāo)識； display：設(shè)置元件標(biāo)識是否顯示； 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；右擊元件可得到對話框，可對元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，設(shè)置元件標(biāo)識等操作。(3)線路連接：連接元件的引腳。 連線方式可分為手動

12、連線和自動連線。 調(diào)整走線既可以拖拽線段也可以拖拽節(jié)點(diǎn)。 (4)儀表庫操作multisim中的儀表調(diào)用十分簡單，從儀表庫中單擊要調(diào)用的儀表，光標(biāo)附著儀表，移動光標(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)字萬用表（multimeter) 、函數(shù)信號發(fā)生器 (function generator)、瓦特表 (wattmeter)、示波器 (oscilloscope)、 四通道示波(4 channel oscilloscope)、波特圖儀 (bode plotter) 、頻率計數(shù)器 (frequency counter) 、字符信號發(fā)生器 (word generat

13、or)、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)信號發(fā)生器(aglient function generator)、 aglient 萬用表 (aglient function generator)、 aglient 示波器(aglient 100m oscilloscope)、動態(tài)測試筆 (dynamic meas

14、urement probe)。2基極振幅調(diào)制器電路實(shí)現(xiàn)與分析2.1基極調(diào)幅定義 基極調(diào)幅用調(diào)制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。2.2基極振幅調(diào)制器原理分析 基極調(diào)制特性是指僅改變時，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。由于基極回路的電壓，和決定了放大器的，因此，改變的情況與改變的情況類似，不同的是可能為負(fù)?；鶚O調(diào)幅，就是用調(diào)制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。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)進(jìn)行頻率

15、變換，并通過選頻放大，從而達(dá)到調(diào)幅的目的。低頻調(diào)制信號與ucc相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電壓等于上述兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。 丙類功放工作在欠壓狀態(tài)時，集電極電流的基波分量隨基極電壓成正比變化，因此集電極輸出的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。2.3基極振幅調(diào)制器原理電路基極調(diào)幅的基本原理電路如圖1-1所示,低頻調(diào)制信號與直流偏壓ubb串聯(lián)。因此,放大器的有效偏壓等于上述兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。為高頻載波電壓，為調(diào)制信號電壓,w作為等效基極偏置電壓。 除電源和偏置電路外，它是由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。對于丙類高頻功率放大

16、器，當(dāng)集電極直流電壓ucc，激勵高頻信號電壓和集電極有效回路rp不變，只改變基極偏壓時，集電極電流脈沖在過壓區(qū)可以認(rèn)為是不變的。但在欠壓區(qū)集電極電流脈沖幅度將隨基極偏壓成正比變化。因此基極調(diào)幅必須工作在欠壓區(qū)，集電極回路輸出高頻電壓，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。同時為了兼顧效率和功率應(yīng)使放大管工作在丙類，且最佳半導(dǎo)通角70度左右。 晶體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。 若設(shè) , ,為基極有效電源電壓；集電極輸出電壓為： u(t)=uc(1+mcost)coswt； 顯然，為了實(shí)現(xiàn)不失真的調(diào)制，電路應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)。需要說明的是：高電平調(diào)幅

17、電路可以產(chǎn)生且只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。圖2-1基極調(diào)幅的基本原理電路基極調(diào)幅電路的特點(diǎn)：(1)lc諧振回路作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。(2)電路工作在丙類工作狀態(tài)以保證電路效率較高；基極負(fù)偏壓（或零偏壓）； (3)必須工作在欠壓狀態(tài)下； (4)載波和邊頻的功率都由直流電源ucc提供；(5)調(diào)制過程中效率是變化的； (6)基極電路電流小，消耗功率小，故所需調(diào)制信號功率很??；(7)功放和調(diào)制同時進(jìn)行。2.4基極調(diào)幅的特性曲線 基極調(diào)幅分為欠壓、臨界、過壓三種狀態(tài)，隨著ubb從負(fù)值向正值增大的過程中三極管的工作狀態(tài)從欠壓經(jīng)臨界到過壓，具體如圖2-2所示：圖2-2基極調(diào)制特性基極振幅調(diào)

18、制器電路由ni multisim軟件模擬仿真實(shí)現(xiàn)，工作在丙類基極振幅調(diào)制特性分析如下圖2-3所示：圖2-3基極振幅調(diào)制特性放大器工作在丙類狀態(tài)；集電極電流為周期性的余弦脈沖。利用選頻回路的選頻作用，輸出信號電壓將仍與輸入信號電壓ub(t)成正比。從圖中可以看出為了使ic受ubb的控制明顯，放大器應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)。3基極調(diào)幅電路的仿真3.1基極調(diào)幅仿真原理電路基極調(diào)幅仿真原理電路如圖3-1，其基本原理是利用丙類功率放大器在電源電壓ucc輸入信號振幅ub，諧振電阻rp不變的條件下，在次壓區(qū)改變ubb，其輸出電流隨bbu變化這一特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的。圖中43,cc為高頻旁路電容。調(diào)幅過程是非線性變換的過

19、程，將產(chǎn)生多種頻率分量，所以調(diào)幅電路應(yīng)用lc帶通濾波器，用來濾除不需要的頻率分量；采用平衡推挽電路可以抵消一部分不需要的頻率成分。任何一種非線性器件都可以用來產(chǎn)生調(diào)幅波。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)進(jìn)行頻率變換，并通過選頻放大，從而達(dá)到調(diào)幅的目的。 lc諧振回路作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。電路工作在丙類工作狀態(tài)以保證電路效率較高，基極負(fù)偏壓（或零偏壓）。圖3-1基極調(diào)幅電路設(shè)計電路3.2基極調(diào)幅設(shè)計電路由基極振幅調(diào)

20、制電路的設(shè)計原理和設(shè)計原理圖可得基極調(diào)幅仿真電路如下圖3-2所示：圖3-2基極調(diào)幅仿真電路3.3放大倍數(shù)圖3-3載波信號波形圖3-4輸出信號波形當(dāng)調(diào)制信號為零時，基極調(diào)幅電路輸入的高頻載波信號波形，設(shè)置載波信號振幅為4v，頻率為15mhz ，所以輸入載波信號為則所得波形如圖3-3所示：載波信號經(jīng)過三極管放大后得到的放大輸出信號波形如圖3-4所示：在示波器上讀出放大信號的振幅峰峰值為20v, 頻率為100ns,所以得信號的放大倍數(shù)au=40/4=10。3.4基極調(diào)幅電路分析 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

21、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)進(jìn)行頻率變換，并通過選頻放大，從而達(dá)到調(diào)幅的目的。一般基極調(diào)幅電路工作在欠壓狀態(tài)。3.4.1基極調(diào)幅工作在欠壓工作狀態(tài)下的分析在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(nèi)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)如下圖3-5所示?；鶚O調(diào)幅就是工作在這種狀態(tài)。圖3-5欠壓工作狀態(tài)基極調(diào)幅在欠壓時，輸入波形如下圖3-6、輸出已調(diào)波信號波形如圖3-7所示：圖3-6輸入波形 由圖3-7調(diào)制信號波形可以讀出輸出的已調(diào)波信號的uomax=50v,uomin=20v。所以

22、得出調(diào)制系數(shù)：m=(uomax-uomin)/(uomax+uomin)=3/7。調(diào)制信號的振幅峰峰值為2v，頻率為f=200khz,得適合的波形如下圖3-8所示：由圖3-8可以看出輸出的已調(diào)波信號的頻率與載波信號相近，也可以看出輸出的已調(diào)波信號波形的包絡(luò)線與輸入的調(diào)制信號波形一致。圖3-7輸出欠壓已調(diào)波信號波形圖3-8調(diào)制信號波形3.4.2基極調(diào)幅工作在臨界工作狀態(tài)下的分析在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)如圖3-9所示。圖3-9臨界狀態(tài)圖3-10輸出臨界已調(diào)波臨界狀態(tài)時，uces=ucemin,ic為尖頂余弦脈沖，此時輸出的波形調(diào)

23、幅深度最大。已調(diào)信號的波形如圖3-10所示：3.4.3基極調(diào)幅工作在過壓工作狀態(tài)下的分析當(dāng)uc加大到接近ucc時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)正向偏置，即工作到飽和狀態(tài)這時的狀態(tài)稱過壓狀態(tài)如圖3-11，此時的集電極電流會產(chǎn)生失真，輸出電壓也會產(chǎn)生失真。圖3-11過壓狀態(tài)基極調(diào)幅在過壓工作狀態(tài)時輸出的已調(diào)波信號波形圖如下圖3-12所示：過壓工作狀態(tài)時輸出的已調(diào)波信號波形失真且放大倍數(shù)較小。失真原因可以分為： 1.波谷變平-由于過調(diào)或激勵過小,管子截止。 2.波腹變平-電路工作在過壓狀態(tài),基流脈沖不足,集電極脈沖不足。 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)。圖3-12輸出過

24、壓已調(diào)波基極振幅調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)：由于基極電路電流小，消耗功率小，故所需調(diào)制信號功率很小，調(diào)制信號的放大電路比較簡單，這是基極調(diào)幅的優(yōu)點(diǎn)。但因其工作在欠壓狀態(tài)，集電極效率低是其一大缺點(diǎn)。一般只用于功率不大，對失真要求較低的發(fā)射機(jī)中。它的主要優(yōu)點(diǎn)是所需調(diào)制功率串很小，對整機(jī)的小型化有利。4 總結(jié) 通過本次課程設(shè)計使我明白了怎樣使用multisim軟件仿真，如何對參數(shù)的計算及元件的選取，如何對原理框圖的設(shè)計應(yīng)用，使我學(xué)到了很多知識，也對基極調(diào)幅電路有了更深的了解，讓我充分了解了關(guān)于高頻電子子原理與設(shè)計理念了解了基極調(diào)幅電路的原理，加深對所學(xué)知識的了解和認(rèn)識、以及知識遷移的能力。 基極振幅調(diào)制器是利用調(diào)制信號的大小去控制高頻載波的振幅，使其調(diào)制信號波形的變化呈線性變化，其他參數(shù)(頻率和相位)不變。調(diào)幅是連續(xù)波調(diào)制中比較重要的一個調(diào)制方法，可以涉及長、中、短與超短波的調(diào)制，且