集電極調(diào)幅設(shè)計(jì)

1、目目 錄錄前 言 .11 集電極振幅調(diào)制器的工作原理及分析 .21.1 集電極振幅調(diào)幅器的工作原理.21.2 集電極電路脈沖的變化情況 .21.3 集電極調(diào)幅波形圖 .31.4 集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性.42 集電極調(diào)幅設(shè)計(jì)與仿真 .52.1 集電極振幅調(diào)制設(shè)計(jì)電路.52.2 集電極振幅調(diào)制仿真電路.52.3 集電極調(diào)幅輸入載波信號(hào)波形.62.4 集電極調(diào)幅輸入調(diào)制信號(hào)波形.62.5 集電極調(diào)幅輸出波形及分析.73 集電極電路分析 .83.1 調(diào)幅波的分析.83.1.1 調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式推導(dǎo) .83.1.2 調(diào)幅波參數(shù)計(jì)算 .83.2 集電極調(diào)幅電路的工作狀態(tài)分析.93.2.1 集電極調(diào)制特

2、性 .93.2.2 集電極調(diào)幅功放三種工作狀態(tài)對(duì)比 .104 軟件 MULTISIM 10 介紹.124.1 仿真軟件概述.124.2 界面概述.124.3 元器件庫(kù)的操作.134.4 注意事項(xiàng).145 設(shè)計(jì)總結(jié) .155.1 集電極振幅調(diào)制電路的優(yōu)缺點(diǎn).155.2 心得體會(huì).15參考文獻(xiàn) .16附錄 .17高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)1前 言調(diào)制器與解調(diào)器是通信設(shè)備中的重要部件。所謂的調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波某個(gè)參數(shù)的過(guò)程。調(diào)制信號(hào)是由原始消息轉(zhuǎn)變成的低頻或視頻信號(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)制后的振蕩波稱為以調(diào)波，它具有調(diào)制

3、信號(hào)的特征。振幅調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使之按信號(hào)的變化規(guī)律，嚴(yán)格的講是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號(hào)呈線性關(guān)系。使受調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號(hào)而變化的電路稱為調(diào)幅器。調(diào)幅器輸出信號(hào)幅度與調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值的關(guān)系曲線叫做調(diào)幅特性。理想的調(diào)幅特性應(yīng)是直線，否則便會(huì)產(chǎn)生失真。調(diào)幅器主要由非線性器件和選擇性電路構(gòu)成。非線性器件實(shí)現(xiàn)頻率變換，產(chǎn)生邊帶和諧波分量；選擇性電路用來(lái)選出所需的頻率分量并濾掉其他成分，如高次諧波等。常用的非線性器件有晶體二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。選擇性電路大多用諧振回路或帶通濾波器。按照電平的高低，調(diào)幅器可分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅。大功率廣播或通信發(fā)射機(jī)多采用高電平調(diào)幅器。這種調(diào)幅

4、器輸出功率大，效率高。載波電話機(jī)和各種電子儀器多采用低電平調(diào)幅器。它們對(duì)輸出功率和效率要求不高，可以選用調(diào)幅特性較好的電路。所謂的集電極調(diào)幅，就是用調(diào)幅信號(hào)來(lái)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.集電極調(diào)幅的特點(diǎn)：(1)因過(guò)壓工作， 高(與 m 無(wú)關(guān))(2)用于大功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)(3)要求提供較大的驅(qū)動(dòng)功率U(4)m 較大時(shí)，調(diào)幅波非線性失真高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)21 集電極振幅調(diào)制器的工作原理及分析1.1 集電極振幅調(diào)幅器的工作原理集電極調(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(guò)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)

5、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)。要完成無(wú)線電通信，首先必須產(chǎn)生高頻率的載波電流，然后設(shè)法將電報(bào)、電話等信號(hào)“加到”載波上去。將聲音電流加在高頻電流上，這個(gè)過(guò)程稱為調(diào)制。一個(gè)載波電流有三個(gè)參數(shù)可以改變，即振幅、頻率和相位。本次設(shè)計(jì)要求采用調(diào)幅方式。它的基本原理是，將要傳送的調(diào)制信號(hào)（這里我們以話音信號(hào)為例）從低頻率搬移到高頻，使它能通過(guò)電離層反射進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離接收端我們用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號(hào)不失真的恢復(fù)出來(lái)，就達(dá)到了傳輸話音低頻信號(hào)的目的。即載波的頻率和相角不變，載波的振幅按照信號(hào)的變化規(guī)律而變化，高頻振幅變化所形成的

6、包絡(luò)信號(hào)就是原信號(hào)的波形。通過(guò)載波傳輸聲音信號(hào)，一是高頻產(chǎn)生電磁波的要求，二則增添了許多頻率段可供人們選擇使用，便于濾波。1-1 集電極調(diào)幅工作原理圖1.2 集電極電路脈沖的變化情況線性調(diào)幅時(shí)，由集電極有效電源所提供的集電極電流的直流分量和集電極CCU0CI電流的基波分量與成正比。1CICCU 調(diào)制信號(hào)電壓加在集電極電路中，與集電極直流電壓串聯(lián)，因此，集電極有效CE電源電壓為式中, 為集電極固定電源電壓；m為調(diào)幅指數(shù)。CCUCE集電極電壓相對(duì)應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形如圖 1-2 所示：CCU高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)3圖 1-2 同集電極電壓相對(duì)應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形C

7、CU由圖可見(jiàn)，集電極的有效電源電壓隨調(diào)制信號(hào)壓變化而變化。由于與不CCUBBUbU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)PR態(tài)線隨值的不同，沿平行移動(dòng)。CCUCE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CCU1CCU2CCU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1cmICE變化也很小。這就是說(shuō)在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。1.3 集電極調(diào)幅波形圖在這種情況下，分解出的隨集電極電壓的變化而變化，集電極回路兩端的1cmICCU高頻電壓也隨而變化。輸出高頻電壓的振幅，不變，隨而CCU1CCcmPUIRPR1cm

8、ICCU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CCUOUOU極調(diào)幅。t t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )vt t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )v（A）調(diào)制信號(hào)波形 （B）載波信號(hào)波形高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)4 t t0 0( (t t) )v（C）已調(diào)信號(hào)波形圖 1-3 集電極調(diào)幅波形圖1.4 集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性當(dāng)沒(méi)有加入低頻調(diào)制電壓（即）時(shí)，逐步改變集電極直流電壓的大U0UCCU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ci0cI1cmI頻電流（或）隨變

9、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1cmI0cICCU態(tài)調(diào)制特性曲線如圖 1-4 所示。圖 1-4 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)際的調(diào)制過(guò)程，因?yàn)闆](méi)有加入調(diào)制信號(hào)，輸出電壓中沒(méi)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(lái)說(shuō)，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0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(guò)程。我們可以利用它來(lái)確定已調(diào)波包絡(luò)的非線性失真的大小。由圖 1-4 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(guò)程都工作在過(guò)壓狀態(tài)，所以工作點(diǎn)

10、Q 應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段的中央，即處， 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012CCQCCUU0CCU偏低，都會(huì)使已調(diào)波的包絡(luò)產(chǎn)生失真。高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)52 集電極調(diào)幅設(shè)計(jì)與仿真2.1 集電極振幅調(diào)制設(shè)計(jì)電路圖 2-1 集電極振幅調(diào)制設(shè)計(jì)電路2.2 集電極振幅調(diào)制仿真電路圖 2-2 集電極振幅調(diào)制仿真電路高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)62.3 集電極調(diào)幅輸入載波信號(hào)波形圖 2-3 集電極調(diào)幅輸入載波波形2.4 集電極調(diào)幅輸入調(diào)制信號(hào)波形圖 2-4 集電極調(diào)幅輸入調(diào)制信號(hào)波形高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)72.5 集電極調(diào)幅

11、輸出波形及分析圖 2-5 集電極調(diào)幅輸出波形1.輸出波形原理分析載波直接加到放大器的基極。調(diào)制信號(hào)加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。CU0cUC1、C2 是高頻旁路電容。集電極諧振回路 LC 調(diào)諧在載頻上。C由于與相串聯(lián)，因此，丙類被調(diào)放大器集電極等效電源將隨變化，0CUCECCU0CU從而導(dǎo)致被調(diào)放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，在過(guò)壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量振幅CI隨成正比變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。1CI0CU集電極調(diào)幅電路具有調(diào)制線性好，集電極效率高的優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機(jī)中。所需調(diào)制信號(hào)功率大是該調(diào)制電路的缺點(diǎn)。2.輸出波形特點(diǎn)分析調(diào)幅波的振幅變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致，調(diào)幅度m反映了

12、調(diào)幅的強(qiáng)弱程度。可以看出：一般m值越大調(diào)幅越深：時(shí)，未調(diào)幅0m 時(shí)，最大調(diào)幅(百分之百)1m 時(shí)，過(guò)調(diào)幅，包絡(luò)失真，實(shí)際電路中必須避免1m 高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)8 3 集電極電路分析3.1 調(diào)幅波的分析3.1.1 調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式推導(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。U設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)：，載波信號(hào)：cosuUtcoscccuUt 則已調(diào)信號(hào)振幅 ( )cos(1cos)mCCCUUtUk UtUktU (1cos)CUmt CCCUUmkUU01m 式中, 稱為調(diào)制靈敏度，m稱為調(diào)幅度（調(diào)制度）k 已調(diào)波：( )( )cos(1cos)co

13、sAMmcCcutUttUmtt3.1.2 調(diào)幅波參數(shù)計(jì)算1.調(diào)幅度的計(jì)算圖 3-1 集電極調(diào)幅調(diào)制信號(hào)與輸出信號(hào)波形高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)9圖中參數(shù)為： max30UVmin8UV24CUV則調(diào)幅度：maxmin()2CUUmU(308)14.67242.放大倍數(shù)的計(jì)算 圖 3-2 集電極調(diào)幅輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形圖中參數(shù)為： 22ouV1.5iuV則放大倍數(shù)： 2214.671.5ouiuAu3.2 集電極調(diào)幅電路的工作狀態(tài)分析 3.2.1 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性是指僅改變，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。在CE、不變，動(dòng)特性曲線將隨的變化左右平移，當(dāng)由大到

14、小變化時(shí)，功LRbmUBBUCECE放的工作狀態(tài)由欠壓工作狀態(tài)到臨界，再進(jìn)入到過(guò)壓狀態(tài)，集電極電流從一完整的余CI弦脈沖變化到凹頂脈沖。因此，高頻功放的集電極調(diào)制特性可用圖 3-1 所示曲線表示高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)10圖 3-3 集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，就必須選擇輸出高頻信號(hào)振幅與直流偏置電壓呈線性關(guān)系。CE只有工作在過(guò)壓區(qū)才能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)及的調(diào)制作用，故集電極調(diào)幅電路應(yīng)工作CE1CIOP在過(guò)壓區(qū)。3.2.2 集電極調(diào)幅功放三種工作狀態(tài)對(duì)比圖 3-4 集電極調(diào)幅過(guò)壓狀態(tài)輸出波形高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)11圖 3-5 集電極調(diào)幅欠壓工作狀態(tài)輸出

15、波形由圖 3-3 知在欠壓區(qū)工作時(shí)，輸出電流的振幅基本上不隨變化而變化。輸出波形CE的包絡(luò)不在顯示調(diào)制信號(hào)，因此不可以進(jìn)行振幅調(diào)制。圖 3-6 集電極調(diào)幅臨界工作狀態(tài)輸出波形 動(dòng)態(tài)特性曲線與臨界飽和線以及對(duì)應(yīng)的靜態(tài)特性曲線，三線相交于一點(diǎn)maxbeu為尖頂余弦脈沖。此時(shí)輸出波形幅度最大。ci高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)124 軟件 Multisim 10 介紹4.1 仿真軟件概述Multisim10 是美國(guó) 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(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。有

16、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。4.2 界面概述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)入圖 4-1 軟件啟功界面高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)132. Multisim 界面圖 4-2 界面介紹4.3 元器件庫(kù)的操作圖 4-3 元器件庫(kù)的操作菜單工具欄菜單工具欄設(shè)計(jì)工具盒設(shè)計(jì)工具盒標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)工具欄工具欄數(shù)據(jù)表格視圖數(shù)據(jù)表格視圖元件元件工具欄工具欄激活電路標(biāo)激活電路標(biāo)簽簽電路窗口電路窗口儀表工儀表工具欄具欄高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高

17、頻電子線路課程設(shè)計(jì)14圖 4-4 元器件庫(kù)的操作4.4 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.LED 數(shù)碼管的極性；5.分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。高頻電子線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)155 設(shè)計(jì)總結(jié)5.1 集電極振幅調(diào)制電路的優(yōu)缺點(diǎn)1.電路的優(yōu)點(diǎn)所用的元器件較少并能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的效果，連線較少實(shí)驗(yàn)電路較為簡(jiǎn)單。2.電路的缺點(diǎn)要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有直流饋電電路，為晶體管各級(jí)提供合適的偏置，而我們的電路沒(méi)有直流饋電電路除了流入晶體管內(nèi)阻0CI

18、還流入電路其他的部分導(dǎo)致外電路消耗電源功率增大，使損耗增大。在實(shí)際應(yīng)用中，由于基極饋電電路中采用單獨(dú)電源不方便，因此電路不具有實(shí)BBU用性。在電路的輸入，輸出回路沒(méi)有采用一定的耦合回路，使輸出功率能不能有效地傳輸?shù)截?fù)載。5.2 心得體會(huì)一周的課設(shè)時(shí)間過(guò)去了，從最開(kāi)始的毫無(wú)頭緒，無(wú)從下手，到最后設(shè)計(jì)出電路及仿真的正常運(yùn)行，雖然其中可能有不完美，我還是體會(huì)到了成功的喜悅。通過(guò)這次課設(shè)的鍛煉使我受益匪淺。這次課設(shè)中使我懂得了有些問(wèn)題是可以自己慢慢看書摸索，在反復(fù)的嘗試過(guò)程中解決，我相信這種方法還可以運(yùn)用到以后的實(shí)際工作中。此次課程設(shè)計(jì)制作讓我了解有關(guān)電路的原理和設(shè)計(jì)理念：在最后的仿真結(jié)果卻不一定與理想的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者之間的差距，從而找出最合適的方法，通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤，并分析排出故障。我深深感受到了所學(xué)知識(shí)的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識(shí)是不夠的，要通過(guò)圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來(lái)擴(kuò)充自己的知識(shí)。另外用 Multisim 仿真的過(guò)程中，我熟悉了這一仿真軟件的用法，掌握了更多的知識(shí)。一周的實(shí)習(xí)就是將從課本上的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，高頻課設(shè)就是很好的實(shí)踐。在集電極調(diào)幅電路設(shè)計(jì)中，充分的體現(xiàn)了動(dòng)手能力和對(duì)課本知識(shí)的掌握程度。這次課程設(shè)計(jì)讓