中周模型在Multisim中的實(shí)現(xiàn)

1、中周模型在 Multisim 中的實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： AImplementation of intermediate frequency model in MultisimYIN Guo-dong ， ZHANG Min(Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, China)?才？To solve the problem that there is no intermediate frequency model based on Multisim, through theoretical analysis of the hi

2、gh-frequency small-signal amplification module, LC circuit model is summarized to substitute intermediate frequency model. The simulation of high-frequency single-resonator amplifier module is performed. The correct simulation results are obtained.This method should be used for reference for the sim

3、ulating the high-frequency single-resonator amplifier based on Multisim.Keywords： high-frequency electronic; resonator amplifier; intermediate frequency; Multisim simulation?才？收稿日期： 2011-09-210 引 言 高頻單諧調(diào)諧振放大器實(shí)驗(yàn)是高頻電子教學(xué)的一個(gè)重要組 成部分。 中周在該實(shí)驗(yàn)中損耗較多， 增加了學(xué)生從理論上分析高 頻小信號(hào)放大器的難度。隨著計(jì)算機(jī)仿真軟件的發(fā)展， Multisim 仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式 逐漸

4、興起。 Multisim 包含豐富的虛擬儀器和電子元件庫(kù)，學(xué)生 可方便地完成原理圖的設(shè)計(jì)、仿真、原型設(shè)計(jì)和測(cè)試。但在 Multisim 中沒(méi)有中周模型，通過(guò)對(duì)單諧調(diào)諧振放大器的原理分 析，提出了中周模型仿真的替代方法，取得了滿意的仿真效果， 實(shí)驗(yàn)對(duì) Multisim 仿真單諧調(diào)諧振放大模塊具有借鑒意義。1 高頻單諧調(diào)諧振放大器的原理及參數(shù)高頻單諧調(diào)諧振電路圖 1 如圖 1 所示。其主要指標(biāo)如下：1.1 諧振頻率電路的諧振頻率 f0 的表達(dá)式為：f0=12 n LCX(1)式中：L為電感線圈的電感量；C藝為調(diào)諧電路的總電容2;C藝=C+P21Coe+P22Cie;Coe為晶體管的輸出電容，Cie

5、為晶 體管的輸入電容，P1為初級(jí)線圈的抽頭系數(shù)，P2為變壓器T1的 變比。圖1 高頻單諧調(diào)諧振電路圖1.2 電壓放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù) Av0 為：AvO= vovi= P1P2yfeg 藝=P1P2yfeP21goe+P22gie+G(2)1.3 通頻帶電壓放大倍數(shù)Av0下降到0.707倍所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶 Bw3 ，其表達(dá)式為：Bw=2A f0.7=f0/QL(3)式中QL為諧振電路的有載品質(zhì)因數(shù)。1.4 矩形系數(shù)矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到 0.1倍的Av0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率與通頻帶Bw之比，即:Kv0.1=2 f0.1/2 f0.7=2 f0.1/Bw(4)2 仿真

6、參數(shù)估算放大器工作在高頻條件下，根據(jù)晶體管的n參數(shù)模型設(shè)計(jì)諧振等效電路 4-5 如圖 2所示。圖 2 放大器的高頻等效電路晶體管參數(shù) yie,yoe,yfe 和 yre 分別為：輸入導(dǎo)納 :yie gb e +j 3 Cb e 1+rb ' b (gb ' e+j 3 Cb e)(5)輸出導(dǎo)納 :yoe gmrb' bj 3 Cb e1+rb' b(gb' e+j 3 Cb e)+j 3 Cb e(6)正向傳輸導(dǎo)納 :yfe gm1+rb b(gb ' e+j 3 Cb e)(7)反向傳輸導(dǎo)納 :yre -j 3 Cb e1+rb ' b

7、(gb ' e+j 3 Cb e )(8)式中 :gm 為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為 gm=Ie26S,le的單位為mA;gb e為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管放大系數(shù) B及l(fā)e有關(guān)，gb ' e表達(dá)式為：gb ' e=1rb ' e=le26 B(9)式中：rb ' b為基極體電阻，一般為幾十歐姆；Cb c為集 電極電容，一般為幾皮法； Cb e 為發(fā)射極結(jié)電容，一般為幾十 皮法至幾百皮法。和工作頻率 宀有關(guān)，晶體管手冊(cè)中給出的參數(shù)是在上述條件給 定的情況下測(cè)得的。 高頻電路的參數(shù)計(jì)算采用工程估算方法， 如 在f0=30 MHz，le=2 mA，Uce

8、=8 V條件下測(cè)得3DG6C的參數(shù)為： gie=1/rie=2 mS,Cie=12 pF,goe=1/roe=250 mS,Coe=4pF,yfe=40 mS,yre=350 卩 S。表1晶體管3DG6主要參數(shù)集電極反向？它鞔繆躬？Vbeo N集電集？朋畬蟮緦鳘？lcm/mA耗散功率PCM/W特征頻率fT /MHz3DG6A15200.11003DG6B20200.11503DG6C20200.12503DG6D30200.1150根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，輸入信號(hào)的頻率是 12 MHz,從表1中選擇 3GD6C即可滿足要求。估算時(shí)參照其在 f0=30 MHz , Ie=2 mA和 Uce=8 V條件下的

9、工作參數(shù)。圖 2 所示的等效電路中， P1 為晶體管集電極接入系數(shù)， P1=N1/N2; N2為電感L線圈的總匝數(shù)；P2為輸出變壓器T的副 邊與原邊的匝數(shù)比，P2=N3/N2。通常小信號(hào)放大器的下一級(jí)仍為放大器， 放大器的輸出負(fù)載 電導(dǎo) gL 將是下一級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納 gie2 。并聯(lián)回路的總電導(dǎo) g"表達(dá)式為：gS =P21goe+P21gL+G(10)式中:G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。根據(jù)圖2輸出導(dǎo)納為：y S =gS +j 3 CS +1/j 3 L(11)輸出電壓為：U•o=P1P2yfeUbe/yS(12)電壓增益為：A•u=U&a

10、mp;#8226;oU•i=P1P2yfeYS, Ube=Ui(13) 當(dāng)放大器處于諧振時(shí)，諧振頻率可以由式 (1) 算出。3 電路仿真根據(jù)估算參數(shù) ,構(gòu)造單回路諧振放大器的無(wú)中周仿真電路6如圖3所示。電路中的元件分別為：Q1為3DG6C R1,R2是用于調(diào)節(jié)Q1工作點(diǎn)的偏置電阻；CT,C,R和L構(gòu)成了選頻網(wǎng)絡(luò)，用于 替代中周功能的模型；C1為隔直電容；Ce為發(fā)射極旁路電容； Ui 為信號(hào)源。圖 3 無(wú)中周單回路諧振放大器結(jié)構(gòu)圖根據(jù)上述電路結(jié)構(gòu)，在 Multisim 軟件中繪制如圖 4 所示的 高頻小信號(hào)諧振放大器仿真電路 7-9 。各元件的名稱及標(biāo)稱值 如表 2 所示。圖

11、 4 無(wú)中周單回路諧振放大器仿真電路 表2 仿真電路元件清單 序號(hào)元件名稱及標(biāo)號(hào)標(biāo)稱值1 信號(hào)源 XFG150 MV/12 MHz2可調(diào)偏置電阻 R22,W310 kQ ,100 k Q3偏置電阻100 k Q4諧振回路阻尼電阻 R11 kQ5 發(fā)射極負(fù)反饋電阻 R5470 Q6 信號(hào)源耦合電容 C1220 pF7 諧振回路電容 C230 pF8諧振回路電感1卩H9 示波器 XSC14 性能參數(shù)分析4.1 靜態(tài)參數(shù) 放大器的直流工作點(diǎn)如表 3 所示。表 3 放大器的靜態(tài)參數(shù)值 序號(hào)直流工作點(diǎn)分析數(shù)值1V(2) ：12000 00 V2V(1) ：963668 96 mV3l(V1) ：-215

12、5 05 mV4V(6) ：1595 04 V5V(4) ：0000 00 V6V(5) ：2751 15 V7V(8) ：12000 00 V8V(7) ：1595 04 V9V(3;r1) ： 12000 00 V10V(9) ： 12000 00 V11V(3;r4) ： 797521 87 mV12V(3;r5) ： 481834 48 mV4.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)4.2.1 電壓增益加入信號(hào)激勵(lì) Ui ，得到如圖 5 所示的輸入、輸出波形，可 以讀出電壓增益約為 40 倍。?fe ?圖 5 輸入、輸出波形4.2.2 矩形系數(shù) 諧振放大器特性曲線如圖 6 所示?？梢钥闯?，諧振頻率為11.99

13、MHz上限截止頻率為12.52 MHz下限截止頻率為11.42MHz通頻帶為1.11 MHz。根據(jù)式 得出矩形系數(shù)約為10。圖 6 放大器的特性曲線4.2.3高頻管的電流放大倍數(shù)B集電極與基極電流如圖 7 所示。由此可得 ,放大倍數(shù)圖 7 集電極與基極電流4.3 部分元件對(duì)電路的影響通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，發(fā)射極反饋電阻 R5的改變對(duì)電路的通頻帶 和輸出增益有較大影響。 在不影響放大器正常工作的情況下， 增 大R5,頻帶增大，輸出增益減小；減小 R5,頻帶減小，輸出增益 增大。阻尼電阻R1增大，頻帶減小，輸出增益增大； R1減小，頻 帶增大，增益減小。當(dāng) R1 減小到一定程度，放大器不能正常工 作，信號(hào)失真。中周等效阻尼電阻不僅影響系統(tǒng)的帶寬，還能影 響放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)合