集電極振幅調(diào)制器

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)目 錄前言1集電極振幅調(diào)制器設(shè)計(jì)原理21.1集電極振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)原理21.2集電極調(diào)幅的調(diào)制特性21.2.1集電極振幅調(diào)制的靜態(tài)特性21.2.2集電極振幅調(diào)制的動(dòng)態(tài)特性32集電極振幅調(diào)制器的電路設(shè)計(jì)53集電極振幅調(diào)制電路的仿真與分析63.1Multisim 10軟件簡介63.2Multisim 10軟件界面介紹63.3集電極振幅調(diào)制電路仿真圖83.4集電極振幅調(diào)制電路仿真分析84集電極振幅調(diào)制器電路分析124.1 集電極調(diào)幅工作狀態(tài)分析124.2 調(diào)幅波分析134.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)134.2.2 調(diào)幅度計(jì)算134.2.3集電極振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計(jì)算145總結(jié)

2、15參考文獻(xiàn)1616前言在當(dāng)今時(shí)代，電子科技已經(jīng)十分發(fā)達(dá)，而通信和廣播等領(lǐng)域也隨之高速發(fā)展。有時(shí)為了提高通信質(zhì)量和處理信號(hào)方便，需要在將語音圖像等有用信息經(jīng)過調(diào)幅后再發(fā)送出去，這就無疑需要一種振幅調(diào)制電路來實(shí)現(xiàn)。此電路的設(shè)計(jì)思路十分清晰，原理較為易懂，結(jié)構(gòu)簡單明了，使用起來方便且實(shí)用價(jià)值較高。調(diào)制器與解調(diào)器是通信設(shè)備中的重要部件。所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波某個(gè)參數(shù)的過程。調(diào)制信號(hào)是由原始消息轉(zhuǎn)變成的高頻信號(hào)，這些信號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)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(hào)的特征。也就是說已經(jīng)把要傳送的信息載到高頻振蕩去了。調(diào)幅電路又稱幅度

3、調(diào)制電路，是指能使高頻載波信號(hào)的幅度隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的調(diào)制電路。幅度調(diào)制電路有多種電路形式，現(xiàn)介紹一種簡易的振幅調(diào)制電路，該電路的載波有高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生經(jīng)放大和調(diào)制后，輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，輸出的雙邊帶調(diào)幅波與放大后的載波相加后，即可產(chǎn)生普通調(diào)幅波。本課題其理論意義十分廣泛且重要，涉及方面廣，而且對(duì)電路基礎(chǔ)、模擬電子線路、通信電子線路中的一些基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，對(duì)以往學(xué)過的知識(shí)是一次全面的復(fù)習(xí)。集電極振幅調(diào)制器設(shè)計(jì)原理1.1集電極振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)

4、調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個(gè)集電極電源受調(diào)制信號(hào)控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。集電極調(diào)幅的基本原理電路如圖1-1所示：圖1-1 集電極調(diào)幅原理電路 圖1-1中，設(shè)基極激勵(lì)信號(hào)電壓（即載波電壓）為：則加在基射極間的瞬時(shí)電壓為1.2集電極調(diào)幅的調(diào)制特性1.2.1集電極振幅調(diào)制的靜態(tài)特性當(dāng)沒有加入低頻調(diào)制電壓（即=0）時(shí)，逐步改變集電極直流電壓的大小，同樣可使電流脈沖發(fā)生變化，分解出的或也會(huì)發(fā)生變化。我們稱集電極高頻電流（或）隨變化的關(guān)系線為靜態(tài)調(diào)制特性曲線。根據(jù)分析結(jié)果可作出靜態(tài)調(diào)制特性曲線如圖1-2所示：圖1-2 集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性靜態(tài)調(diào)制特性曲線不能完全反映實(shí)際的

5、調(diào)制過程，因?yàn)闆]有加入調(diào)制信號(hào)，輸出電壓中沒有邊頻存在，只有載波頻率，不是調(diào)幅波。通常調(diào)制信號(hào)角頻率要比載波角頻率低得多，因此對(duì)載波來說，調(diào)制信號(hào)的變化是很緩慢的，可以認(rèn)為在載波電壓交變的一周內(nèi)，調(diào)制信號(hào)電壓基本上不變。這樣，靜態(tài)調(diào)制特性曲線仍然能正確反映調(diào)制過程。我們可以利用它來確定已調(diào)波包絡(luò)的非線性失真的大小。由圖1-2可知，為了減小非線性失真，當(dāng)加上調(diào)制信號(hào)電壓時(shí)，保證整個(gè)調(diào)制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點(diǎn)Q應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段的中央，即，為臨界工作狀態(tài)時(shí)的集電極直流電壓。否則，工作點(diǎn)Q偏高或偏低，都會(huì)使已調(diào)波的包絡(luò)產(chǎn)生失真。1.2.2集電極振幅調(diào)制的動(dòng)態(tài)特性調(diào)制信號(hào)電壓 加在集電

6、極電路中，與集電極直流電壓串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為式中，為集電極固定電源電壓； 為調(diào)幅指數(shù)。由式可見，集電極的有效電源電壓隨調(diào)制信號(hào)壓變化而變化。如圖1-3圖1-3 同集電極電壓相對(duì)應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形圖中，由于與不變，故為常數(shù)，又不變，因此動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動(dòng)態(tài)線隨值的不同，沿平行移動(dòng)。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)由變至（臨界）時(shí)，集電極電流脈沖的振幅與通角變化很小，因此分解出的的變化也很小，因而回路上的輸出電壓的變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。圖1- 4集電極調(diào)幅波形圖當(dāng)動(dòng)態(tài)特性曲線進(jìn)入過壓區(qū)后，等于、等，集電極電流脈沖的振幅

7、下降，出現(xiàn)凹陷，甚至可能使脈沖分裂為兩半。在這種情況下，分解出的、隨集電極電壓的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電壓也而變化。輸出高頻電壓的振幅，不變，隨而變化，而是受控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨變化，因而實(shí)現(xiàn)了集電極調(diào)幅。其波形如上圖1-4所示。2集電極振幅調(diào)制器的電路設(shè)計(jì)圖2-2集電極調(diào)制設(shè)計(jì)電路等效電源電壓,在調(diào)制過程中隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。如果要求集電極輸出回路產(chǎn)生隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的調(diào)幅電壓，則應(yīng)要求集電極電流的基波分量，集電極輸出電壓隨而變化。由振蕩功放的理論可知，應(yīng)使放大器在的變化范圍內(nèi)工作在過壓區(qū)，此時(shí)輸出信號(hào)的振幅值就等于電源供電電壓;如果輸出回路調(diào)諧在載波角頻率上，

8、則輸出調(diào)制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了高電平調(diào)幅。3集電極振幅調(diào)制電路的仿真與分析3.1Multisim 10軟件簡介Multisim10是美國NI公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬、數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。有了Multisim 軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，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)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPIC

9、E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。目前在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim10.0，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設(shè)計(jì)軟件，NI Multisim v 10作為其中一個(gè)組成部分包含于其中。Multisim10是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Mul

10、tisim10軟件有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析、結(jié)的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。在搭建實(shí)際電路之前，采用Multisim10仿真軟件進(jìn)行虛擬測(cè)試，可使實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)容量，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更完備，提高了實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源。Multisim10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析的基本步驟為：設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路原理圖電路圖選項(xiàng)的設(shè)置使用仿真儀器設(shè)定仿真分析方法啟動(dòng)Multisim10仿真。因此本次課設(shè)能深入了解交通信號(hào)燈的應(yīng)用原理，更好的掌握所學(xué)知識(shí)，將理論聯(lián)系實(shí)際，而且在實(shí)際操作中培養(yǎng)自己的實(shí)際動(dòng)手能力，將理論應(yīng)用與實(shí)際生活中。3.2Multisi

11、m 10軟件界面介紹1.啟動(dòng)Multisim 10雙擊桌面上的Multisim快捷方式或選擇程序菜單中的Multisim選項(xiàng)，即可進(jìn)入。主要有菜單欄，工具欄，縮放欄，設(shè)計(jì)欄，仿真欄，工程欄，元件欄，儀器欄，電路圖編輯窗口等部分組成。2.Multisim界面菜單工具欄設(shè)計(jì)工具盒數(shù)據(jù)表格視圖激活電路標(biāo)簽電路窗口儀表工具欄圖3-1 Multisim 10軟件界面3.元器件庫的操作取用元件： 從元器件庫中取用所需元件；擺放元件：調(diào)整元件的位置與方向；線路連接：連接元件的引腳。4.使用注意事項(xiàng)不要長時(shí)間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機(jī)；刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關(guān)的情況下；注意數(shù)字地與模擬地

12、的差別，使用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；LED數(shù)碼管的極性； 分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。3.3集電極振幅調(diào)制電路仿真圖圖3-2集電極調(diào)制仿真電路由圖知載波信號(hào)頻率為15MHZ，故可求得電容和電感使其匹配，根據(jù)設(shè)計(jì)電路可以做出仿真電路，由結(jié)果知是正確的。3.4集電極振幅調(diào)制電路仿真分析1集電極振幅調(diào)制輸入載波信號(hào)波形圖3-3集電極振幅調(diào)制輸入載波波形輸入載波頻率為15MHZ，幅度為1.4V。2集電極振幅調(diào)制輸入調(diào)制信號(hào)波形圖3-4集電極振幅調(diào)制輸入調(diào)制信號(hào)波形由圖知，輸入調(diào)制信號(hào)頻率為1KHZ，幅度為5.2V。3集電極振幅調(diào)制輸出波形圖3-5集電極振幅調(diào)制輸出波形由圖知輸出波形為包絡(luò)波，其中=13，=8.5。4

13、集電極振幅調(diào)制器三種狀態(tài)下的調(diào)幅當(dāng)時(shí)，其在過壓區(qū)時(shí)波形良好。圖3-6集電極振幅調(diào)制過壓區(qū)調(diào)幅輸出當(dāng)增大到一定程度的時(shí)候，即時(shí)會(huì)進(jìn)入臨界狀態(tài)。圖3-7集電極振幅調(diào)制臨界狀態(tài)調(diào)幅輸出當(dāng)時(shí)又會(huì)進(jìn)入欠壓區(qū)其波形失真。當(dāng)時(shí)也進(jìn)入欠壓區(qū)，其波形失真。圖3-8集電極振幅調(diào)制欠壓區(qū)調(diào)幅輸出4集電極振幅調(diào)制器電路分析4.1 集電極調(diào)幅工作狀態(tài)分析1.在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大器的工作狀態(tài)分為三種情況：(1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流在臨界線的右方(2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)(3)臨界工作狀態(tài)：欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)，集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨

14、界線上。圖4-1諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性曲線2集電極調(diào)幅即只有改變，從小變大，工作狀態(tài)從過壓、臨界到欠壓。（注意：此時(shí)未加入調(diào)制信號(hào)，仿真電路如圖4-1）圖4-1集電極調(diào)制仿真電路由圖知載波信號(hào)頻率為15MHZ，故可求得電容和電感使其匹配，根據(jù)設(shè)計(jì)電路可以做出仿真電路，由結(jié)果知是正確的。4.2 調(diào)幅波分析4.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo) 根據(jù)振幅調(diào)制信號(hào)的定義,已調(diào)信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)線性變化,調(diào)制信號(hào)為 ；載波信號(hào),則已調(diào)信號(hào)振幅為 ；式中,稱為調(diào)制靈敏度,m稱為調(diào)幅度（調(diào)制度）4.2.2 調(diào)幅度計(jì)算下圖的正弦波為調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)，包絡(luò)最大值為，包絡(luò)的最小值為,也可以通過此式求得調(diào)幅度m。圖4-

15、8集電極調(diào)幅波形仿真圖由圖中可以讀出參數(shù)：= 13；=3.5 ；=5；則可算出調(diào)幅度=0.85。4.2.3集電極振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計(jì)算LC選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足頻率15MHZ，由公式，并考慮到選頻的效果和放大倍數(shù)，電感就選450nH，而電容選250pF。其中增益圖2-1輸入與輸出波形對(duì)比根據(jù)波形圖可知增益為。又由，可知m=0.85。5總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)是集電極調(diào)幅調(diào)制的設(shè)計(jì)，首先要有一個(gè)高頻載波信號(hào)，經(jīng)過三級(jí)管放大后再經(jīng)過選頻網(wǎng)絡(luò)被選出來加上調(diào)制信號(hào)就產(chǎn)生了輸出信號(hào)，原理挺簡單的，但也需要能理解書本上的才能真正的做好，而且還要掌握軟件的使用。時(shí)間比較緊，但由于不是第一次使用這個(gè)軟件所以大家很快就進(jìn)入狀

16、態(tài)討論，但是在剛開始還是遇到了很多問題，輸出始終失真，一直在估計(jì)數(shù)據(jù)，最后終于還是找到了較好的數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)的過程中，我了解到要做好電路，查找資料是至關(guān)重要的，在他人基礎(chǔ)上，再根據(jù)自己所學(xué)進(jìn)行修改與調(diào)試，最后設(shè)計(jì)出自己想要的程序，這過程雖然有些辛苦，但只要你持之以恒，就一定能成功。另外，平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)打下扎實(shí)地基礎(chǔ)也很關(guān)鍵。通過這次課設(shè)，讓我深刻意識(shí)到學(xué)到的技術(shù)怎樣和現(xiàn)代通信的實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，這次課設(shè)設(shè)計(jì)是我們?cè)诒緦W(xué)期學(xué)完后對(duì)自己該方面的能力一次很好的檢驗(yàn)。它不僅是我們鞏固了原有的理論知識(shí)，更加培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用和組合集成所學(xué)過的知識(shí)來分析問題，更讓我們了解到我們的不足之處，我們一定以后改進(jìn)。這一次課程設(shè)計(jì)，它加深與鞏固了我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并將其綜合運(yùn)用，提高了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力還有就是將理論運(yùn)用于實(shí)踐，另一方面，培養(yǎng)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也提高了我們分析問題的能力。我認(rèn)為課程設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)必須認(rèn)真進(jìn)行，如果某模塊電路沒有設(shè)計(jì)好，或者存在錯(cuò)誤，則總