集電極振幅調(diào)制器.DOC

1、刖言1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 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.1.2.2集電極振幅調(diào)制的動(dòng)態(tài)特性 2集電極振幅調(diào)制器的電路設(shè)計(jì) 3集電極振幅調(diào)制電路的仿真與分析 3.1Multisim 10 軟件簡(jiǎn)介3.2Multisim 10軟件界面介紹3.3集電極振幅調(diào)制電路仿真圖 3.4集電極振幅調(diào)制電路仿真分析 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 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)4.2.2調(diào)幅度計(jì)算 4.2.3集電極振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計(jì)算 5總結(jié)參考文獻(xiàn)2.5.6.6.8.121213131314

2、1516高頻電子線路課程設(shè)計(jì)刖言在當(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(jiǎn)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

3、高頻振蕩去了。調(diào)幅電路又稱幅度調(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(jiǎn)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)。19通過集電極電 從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。 屬高電平調(diào)幅。Q1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

4、晶體管的集電極電壓, 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， 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， 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：0 =V0 cosot則加在基射極間的瞬時(shí)電壓為=-Vbe + VoCOSot1.2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 股（即嗆=0）時(shí)，逐步改變集電極直流電壓Vcc的 大小，同樣可使Icm1電流脈沖發(fā)生變化，分解出的IcO或Icm1也會(huì)發(fā)生變化。我們 稱集電極高頻電流Icm1

5、 （或|c0 ）隨Vcc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：<7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Q要比載波角頻率co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Q應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段的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

6、證 整個(gè)調(diào)制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點(diǎn) 中央，即VccQ =0.5VccO , VccO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UQ加在集電極電路中，與集電極直流電壓Vcc串聯(lián)，因此，集 電極有效電源電壓為 Vc =Vcc +uc=Vcc +Uf3cos«ot =Vcc(1 + macosfSt)式中，Vcc為集電極固定電源電壓；ma =UfyVcc為調(diào)幅指數(shù)。由式可見，集電極的有效電源電壓Vc隨調(diào)制信號(hào)壓變化而變化。如圖1-3圖中，由于Vbb與Vb不變，故VBmax為常數(shù)，又Rp不變

7、，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Vcc值的不同，沿Vc平行移動(dòng)。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)Vcc由Vcc1變至Vcc2 （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Icm1的變化也很小，因而回路上的輸出電壓Vc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。,1 一I.NI.11一ii4lh>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，Vcc等于Vcc3、Vcc4等，集電極電流脈沖的振 幅下降，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Icm1、Icm2隨集電極電壓Vcc的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電

8、壓也而變化。輸出 高頻電壓的振幅Vcc=lcmlXRp，RP不變，Icm1隨V而變化，而 V是受Vfi制的,回路兩端輸出的高頻電壓也隨 v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)B3調(diào)幅波輸出B1 +C1調(diào)制信號(hào)''+Vcc圖2-2集電極調(diào)制設(shè)計(jì)電路等效電源電壓Vcc(t廠Ucc+U。,在調(diào)制過程中Vcc(t )隨調(diào)制信號(hào) 嗆的變化而 變化。如果要求集電極輸出回路產(chǎn)生隨調(diào)制信號(hào) U0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Icm1，集電極輸出電壓VCc(t )隨七而變化。由振蕩功 放的理論可知，應(yīng)使放大器在Vcc(t )的變化

9、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Vcc(t)；如果輸出回路調(diào)諧在載波角頻率 嘰上，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(jiǎn)介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

10、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)SP ICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SP ICE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

11、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，Multisim10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f啟動(dòng) Multisim10仿真

12、。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。3.2Multisim 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3呂J嚴(yán)設(shè)計(jì)工具盒-2 CilDUU t£|Cir<»il -3 JUmiJiI hN'q-菜單工具欄-itzZ>儀

13、表工具欄KFAmfifirefW LIB I尸 U"電路lM-電路窗口,|甲巧嚴(yán)_辱：隹=二 匚-激活電路標(biāo)簽IBIImpHK-SHiir數(shù)據(jù)表格視圖rifeTUtijy、AHUJ 峠kfi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(zhǎng)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XSC1圖

14、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)制輸出波形通迫8比釗Ifl Z vlaS Q 冶時(shí)概比創(chuàng)Mus島!畫麗麗麗I邊:& 53闖応h唾 電平 0V型A比例la vjav rfija 4 回可因口 rarran圖3-

15、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 Ummax=13V， U m min =8.5V。4.集電極振幅調(diào)制器二種狀態(tài)下的調(diào)幅 當(dāng)Vcc=5V時(shí)，其在過壓區(qū)時(shí)波形良好。示派器風(fēng)口SEri$T2T2-I1F'isr a.MMi O.OOJs a.KOtfflSJtt.DQDVX5»Vtt-DODVIII HT O.CMBV o.«ov CuMO V時(shí)i眸比創(chuàng) Kus/av xtoa Q 麗麗莎AjB|比倒ifl z nnS “比例Ifl VjavTteS 心>l.0 'W函回畫丨圧向E_ EJcLTriggtr邊洛 SajELb-ILUL電

16、平 0廠矣型蔬辰.繭.同圖3-6集電極振幅調(diào)制過壓區(qū)調(diào)幅輸出當(dāng)Vcc增大到一定程度的時(shí)候，即Vcc=9V時(shí)會(huì)進(jìn)入臨界狀態(tài)。I E3州*Hr?任時(shí)間 fr-MOs fl 0009 0.1X0 s0.0«UmOKiq O.QOOH時(shí)冃鈾比創(chuàng) M usfljivKte5 0阿如戟囘可期通適A 比囲iQvm ffeS fl.2通適衛(wèi)XO»VD.DDD VD.ma V通適B比創(chuàng) 5仙itiiS M Ezt. Inggcfg ESH亙電年 0vq賓型畫阿自功園圖3-7集電極振幅調(diào)制臨界狀態(tài)調(diào)幅輸出當(dāng)Vcc =23V時(shí)又會(huì)進(jìn)入欠壓區(qū)其波形失真。當(dāng)Vc =25時(shí)也進(jìn)入欠壓區(qū)，其波形失真。5

17、S&-XSC1"52 甬 n-TiPiarQ.MMS O-OWs Q.WXlttt.DQDVwj o.cwov 0.0«V O.CWOV 圧向 t_ EjcLTriggtr通逋e比制5忖OnS函回園邊沿 SAJ0L0_lLi電平 0廠時(shí)灘 比創(chuàng) U3伽Ktea 0型A 比例M Vjav t &a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

18、點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)集電極最大點(diǎn)電流正好落在(3) 臨界工作狀態(tài)：欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)， 臨界線上。0半導(dǎo)通角Icmaxic< 90A2 J3UicUbe=UbRl負(fù)載增大.欠壓狀態(tài)IUcUCCQ:.臨界狀態(tài)I3.過壓狀態(tài)I4-1 )XSCl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Vcc改變，Vcc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)，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421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

19、，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U0=UfpOSfjt ；載波信號(hào)Uc =UcCOSOOct ,則已調(diào)信號(hào)振幅為U m (t ) =U C + k山 QCOsOt= Uc(1+k 山。COS0t)=Uc(1 + mcosfjt)；UcmJ=kU認(rèn)mHUc Uc式中,ka稱為調(diào)制靈敏度，m稱為調(diào)幅度(調(diào)制度)422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 U c(1 + m)，包絡(luò)的最小值為Uc(1 - m)，也可以通過此式求得調(diào)幅度 m。通適衛(wèi)0.0«u0.000 VD.MKiVI餉1I 傑存 I Ej(. Triggr0,000 VO.KOsD.DODV證

20、:：腐F 口 mi o.Doia r2-Ti時(shí)間爼比 Sj MusE «僅5'通適A憂別10 Z YfeS LZ 網(wǎng)阿I半r Q同通適B比刮 Id g 丫悅$ 0.6iis SEEL 111 電平 0V圖4-8集電極調(diào)幅波形仿真圖由圖中可以讀出參數(shù)：U m max = 13 V ； Ummin =3.5 V ； Uc =5V ；1 Um maxUm minUc則可算出調(diào)幅度m一7 =0.85。423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 =1/JlC，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Au =呵圖2-1輸入與輸出波形對(duì)比根據(jù)波形圖可知增益為 Au =15.56。又由m = (Um max-Um min)/(Um min+ Um max)，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(jiǎn)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)入狀態(tài)討論，但是在剛開始還是遇到了很