調(diào)頻無線話筒的設(shè)計(jì)

1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院射頻通信電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 調(diào)頻無線話筒的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級： 電子信息工程121班 學(xué)生姓名： 夏雨荷 學(xué) 號： 10211134 指導(dǎo)教師： 楊佳 遲耀丹 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.01.052015.1.16 教師評語：成績 評閱教師 日期 - 22 -目錄一、設(shè)計(jì)的作用、目的1二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1四、總體設(shè)計(jì)方案1五、各單元電路設(shè)計(jì)55.1駐體話筒性能指標(biāo)55.2 音頻放大部分65.3 振蕩調(diào)制部分7 5.4 倍頻緩沖放大部分9 5.5 調(diào)制電路部分10六、仿真與分析11 6.1 仿真軟件介紹11 6.2 Multisim的特點(diǎn)146.3

2、本地振蕩器仿真14 6.4音頻放大器仿真15 6.5倍頻緩沖放大仿真166.6調(diào)制仿真17七、心得體會(huì) 19八、參考文獻(xiàn) 20附錄一（電路原理圖） 21附錄二（電路仿真圖） 22摘要調(diào)頻無線話筒它是一種通過無線電波傳輸聲音的設(shè)備。主要原理是電路上的駐體話筒BM電子元件將自然界的聲音信號轉(zhuǎn)變成音頻電信號，然后去調(diào)制振蕩器產(chǎn)生的高頻信號，最后高頻信號通過天線發(fā)射到空中。調(diào)頻信號設(shè)置在FM波段，這樣就可以用收音機(jī)接收話筒所發(fā)出的聲音。此次簡易無線話筒的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)結(jié)合了射頻通信電路、高頻電子線路設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)等知識點(diǎn)的結(jié)合，然后再運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。關(guān)鍵詞：無線調(diào)頻話筒、電路分

3、析、仿真一、 設(shè)計(jì)的作用、目的課程設(shè)計(jì)是理論學(xué)習(xí)的延伸，是掌握所學(xué)知識的一種重要手段，對于貫徹理論聯(lián)系實(shí)際、提高學(xué)習(xí)質(zhì)量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次課程設(shè)計(jì)一方面通過對射頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們加深對理論知識的理解，同時(shí)增強(qiáng)其邏輯思維能力，另一方面對課堂所學(xué)理論知識作一個(gè)總結(jié)和補(bǔ)充。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求通過課程設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的實(shí)踐，應(yīng)使學(xué)生達(dá)到如下要求：1.掌握調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理及具體實(shí)現(xiàn)方法；2.掌握Multisim的電路系統(tǒng)仿真。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)簡易調(diào)頻無線話筒，具體要求如下：（1）電路發(fā)射頻率在80-108MHz之間，用收音機(jī)FM段接收；（2）在聲音唄清晰接收的前提下，

4、發(fā)射距離不小于1m；（3）天線阻抗為75；（4）輸出功率大于200mW；（5）中心頻率穩(wěn)定度不低于1/1000；（6）使用Multisim進(jìn)行仿真。四、總體設(shè)計(jì)方案調(diào)頻系統(tǒng)：調(diào)頻定義：幅度不變，載波信號的頻率隨調(diào)試信號幅度變化位變化的調(diào)制方式叫著調(diào)頻。就是載頻的頻率不是一個(gè)常數(shù)，是隨調(diào)制信號而在一定范圍內(nèi)變化，其幅值則是一個(gè)常數(shù)。與其對應(yīng)的，調(diào)幅就是載頻的頻率是不變的，其幅值隨調(diào)制信號而變。一般干擾信號總是疊加在信號上，改變其幅值。所以調(diào)頻波雖然愛到干擾后幅度上也會(huì)有變化，但在接收端可以用限幅器將信號幅度上的變化削去，所以調(diào)頻波的抗干擾性極好，用收音機(jī)接收調(diào)頻廣播，基本上聽不到雜音。使載波頻率

5、按照調(diào)制信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個(gè)被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。載波的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號的變化而變，但振幅不變的調(diào)制方式。載波經(jīng)調(diào)頻后成為調(diào)頻波。用調(diào)頻波傳送信號可避免幅度干擾的影響而提高通信質(zhì)量。廣泛應(yīng)用在通信、調(diào)頻立體聲廣播和電視中。調(diào)頻無線話筒總體包括音頻收集，音頻放大，本地振蕩，倍頻，調(diào)頻5個(gè)部分，系統(tǒng)總體框圖如圖4.1所示：音頻收集音頻放大倍頻本地振蕩調(diào)頻圖4.1 調(diào)頻無線話筒總體系統(tǒng)框圖工作原理如下：調(diào)頻無線話筒是一種可以將聲音或者歌聲轉(zhuǎn)換成881

6、08MHz的無線電波發(fā)射出去，距離可以達(dá)到3050m，用普通調(diào)頻收音機(jī)或者帶收音機(jī)功能的手機(jī)就可以接收。將聲音調(diào)制到高頻載波上，可以用調(diào)幅的方法，也可以用調(diào)頻的方法。與調(diào)幅相比，調(diào)頻具有保真度好，抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是占用頻帶較寬。調(diào)頻的方式一般用于超短波波段。話筒MIC：駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音信號。話筒底部有兩個(gè)接點(diǎn)，用兩根粗銅絲焊牢在PCB印制電路板上。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電

7、容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。并且，外圍電路中需要有相應(yīng)的偏置電阻為其提供偏置。對于天線來說，只須設(shè)置一根電線（線狀天線）。一般天線的長度設(shè)定為電波波長的1/2（為了在天線上產(chǎn)生駐波）。如果載波頻率80MHz，那么波長為：式中，c是電波的速度（等于光速）。所以天線的長度為1.9m。但是，這個(gè)電路中如果接1.9m的天線的話，會(huì)發(fā)射很強(qiáng)的電波，有可能

8、超出電波法所規(guī)定的范圍。所以把天線的長度限制在30cm的程度。低頻小信號部分只是將調(diào)制信號不失真的略作放大，直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào)頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調(diào)頻，電抗管調(diào)頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻。晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是提高了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性；電抗管調(diào)頻電路與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路相比，要復(fù)雜一些?？紤]到本設(shè)計(jì)任務(wù)要求中心頻率的穩(wěn)定性不高，用LC振蕩器就可達(dá)到；另外，我們選擇了電抗管調(diào)頻電路。所謂電抗管，就是由一只晶體管或場效應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)組成。它與普通的電抗元件不同，其參量可以隨調(diào)制信號而變化。電抗管的放大器件可以是電子管、晶體管或場效應(yīng)晶體管；移相電路

9、也有多種型式（如RC或RL移相網(wǎng)絡(luò)），其作用是使放大管T1的輸出阻抗Ze=U0/IC具有一個(gè)電抗分量Xe，當(dāng)Xe隨 而變化時(shí)，即可獲得調(diào)頻信號。采用不同的移相電路，等效電抗Xe可以是電容性的，也可是電感性的。電抗管調(diào)頻器的缺點(diǎn)是：振蕩頻率穩(wěn)定度不高；頻移也不能太大，阻抗 Ze通常還具有電阻分量，這個(gè)分量也隨而變化，使振蕩器產(chǎn)生寄生調(diào)幅。電抗管調(diào)頻部分是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，其中晶體管Q2、電阻R5、電容C4組成的移相網(wǎng)絡(luò)即為電抗管，它等效為一個(gè)電感，這個(gè)等效電感會(huì)隨著調(diào)制信號的變化而發(fā)生變化，從而總的電感值發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)公式f = 1/ 2*(LC)-1/2可知，頻率也隨之變化，最終實(shí)現(xiàn)低

10、頻調(diào)制信號對高頻載波的頻率調(diào)制。這種調(diào)頻器的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡單，能獲得較大的頻偏；便于做成集成電路。缺點(diǎn)是載頻不能很高，頻率穩(wěn)定度較低。高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電路形式。一般電路形式有單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。在對放大器選擇性要求不高的場合，可以選用單調(diào)諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級放大器級聯(lián)的電路形式。要使負(fù)載天線上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機(jī)效率較高，應(yīng)選擇丙類功率放大器。末級功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機(jī)各部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠矸峙涔β试鲆?。要使?fù)載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率

11、，而且整機(jī)效率較高，應(yīng)選擇丙類高頻功率放大器。話筒MIC采用的是駐極體小話筒靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音，同時(shí)這種話筒工作時(shí)必須要有直流的偏壓才能工作，電阻R3可以提供一定的直流偏壓，R3的阻值越大，話筒采集聲音信號通過C2耦合和R2匹配后送到三極管的基極，電路中D1和D2兩個(gè)二極管反向并聯(lián)，主要起一個(gè)雙向限幅的功能，二極管的導(dǎo)通電壓只有0.7V，如果信號電壓超過0.7V就會(huì)被二極管導(dǎo)通分流，這樣可以確保聲音信號的幅度可以限制在正負(fù)0.7V之間，過強(qiáng)的聲音信號會(huì)使三極管過調(diào)制，產(chǎn)生聲音失真基甚至無法正常工作。無線話筒的類別，依不同的定義，可區(qū)分為許多不同的類型。1依發(fā)射使用頻率而區(qū)分：（1

12、）FM 無線話筒：俗稱FM是指FM 88-108MHz國際調(diào)頻廣播頻段。早期消費(fèi)性無線話筒是利用FM收音機(jī)來接收，系統(tǒng)簡單，成本低廉。（2）VHF無線話筒：又分為低頻及高頻段兩類型，前者使用VHF50MHz的頻段，因頻率較低，使用天線長度太長，又最容易受到各種電器雜波的干擾，因此這一類型的產(chǎn)品，目前已經(jīng)被高頻段所取代而逐漸從市場上消失。后者使用VHF200MHz的頻段，因頻率較高，使用天線較短，甚至可以設(shè)計(jì)成隱藏式天線，方便，安全又美觀，受電器的雜波干擾又大為減少，電路設(shè)計(jì)極為成熟，零件普及價(jià)格低廉，所以成為當(dāng)今市場上的熱門機(jī)種。2依接收方式而區(qū)分：（1）自動(dòng)選訊接收無線話筒系統(tǒng)：由于電波輿中

13、會(huì)產(chǎn)生“死角”的物理現(xiàn)象使接收機(jī)的聲音輸出，產(chǎn)生斷斷續(xù)續(xù)或不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，為了解決這種缺陷，專業(yè)用的機(jī)種必須采用雙天線及雙調(diào)諧器的“自動(dòng)選訊接收”方式來改善。（2） 非自動(dòng)選訊無線話筒系統(tǒng)：由于上述機(jī)型的電路設(shè)計(jì)復(fù)雜精密，裝配較難，成本較高，一般低價(jià)的機(jī)型就沒有采用自動(dòng)選訊的設(shè)計(jì)，所以也無法消除無線話筒在使用中產(chǎn)生聲音中斷的缺點(diǎn)。這種機(jī)種當(dāng)然不能符合專業(yè)場合使用的基本要求。3依振蕩方式而區(qū)分：（1）石英鎖定機(jī)種：以石英振蕩器產(chǎn)生發(fā)射與接收精確穩(wěn)定的固定頻率，電路簡單，成本低廉，是當(dāng)今無線話筒的標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)。這種類型的話筒及接收機(jī)只固定單一個(gè)頻率配對使用，無法改變或調(diào)整使用頻率。 （2）相位鎖定頻

14、率合成機(jī)種：為了避免無線話筒在使用中遇到其他訊號的干擾而無法使用，或?yàn)榱送瑫r(shí)使用多支話筒的場合，需要隨時(shí)方便又快速的改變頻道，來達(dá)到這種功能的要求。4依接收機(jī)頻道數(shù)而區(qū)分：（1）單頻道機(jī)種：在一個(gè)接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)只裝配一個(gè)頻道的非自動(dòng)選訊或自動(dòng)選訊接收機(jī)。后者因使用簡單，特性穩(wěn)定，是適合專業(yè)場合多頻道同時(shí)使用，避免訊號干擾的最佳機(jī)種。（2）雙頻道機(jī)種：在一個(gè)接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)，裝配兩個(gè)頻道的非自動(dòng)選訊或自動(dòng)選訊接收機(jī)，充分利用機(jī)箱的空間，降低成本。后者因?yàn)闄C(jī)構(gòu)及電路復(fù)雜，內(nèi)部互相干擾的處理及天線混合匹配不易，只有少數(shù)在生產(chǎn)專業(yè)機(jī)種的廠商才有的機(jī)型。（3）多頻道機(jī)種：在一個(gè)接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)，裝配四個(gè)頻道

15、以上的接收機(jī)，大都采用模組化接收模組的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要適用于裝架式專業(yè)機(jī)種的使用場合。五、各單元電路設(shè)計(jì) 5.1 駐極體話筒各項(xiàng)性能指標(biāo)的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：（1）工作電壓（UDS）。這是指駐極體話筒正常工作時(shí)，所必須施加在話筒兩端的最小直流工作電壓。該參數(shù)視型號不同而有所不同，即使是同一種型號也有較大的離散性，通常廠家給出的典型值有1.5V、3V和4.5V這3種。（2）工作電流（IDS）。這是指駐極體話筒靜態(tài)時(shí)所通過的直流電流，它實(shí)際上就是內(nèi)部場效應(yīng)管的靜態(tài)電流。和工作電壓類似，工作電流的離散性也較大，通常在0.11mA。（3）最大工作電壓（UMDS）。這是指駐極體話筒內(nèi)部場效應(yīng)管漏、源極兩端

16、所能夠承受的最大直流電壓。超過該極限電壓時(shí)，場效應(yīng)管就會(huì)被擊穿損壞。（4）靈敏度。這是指話筒在一定的外部聲壓作用下所能產(chǎn)生音頻信號電壓的大小，其單位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB（0dB=1000mV /Pa）。一般駐極體話筒的靈敏度多在0.510mV/Pa或-66-40dB范圍內(nèi)。話筒靈敏度越高，在相同大小的聲音下所輸出的音頻信號幅度也越大。（5）頻率響應(yīng)。也稱頻率特性，是指話筒的靈敏度隨聲音頻率變化而變化的特性，常用曲線來表示。一般說來，當(dāng)聲音頻率超出廠家給出的上、下限頻率時(shí)，話筒的靈敏度會(huì)明顯下降。駐極體話筒的頻率響應(yīng)一般較為平坦，其普通產(chǎn)品頻率響應(yīng)較好（即靈敏度比較均衡）的范圍在1

17、00Hz10kHz，質(zhì)量較好的話筒為 40Hz15kHz，優(yōu)質(zhì)話筒可達(dá)20Hz20kHz。（6）輸出阻抗。這是指話筒在一定的頻率（1kHz）下輸出端所具有的交流阻抗。駐極體話筒經(jīng)過內(nèi)部場效應(yīng)管的阻抗變換，其輸出阻抗一般小于3k。（7）固有噪聲。這是指在沒有外界聲音時(shí)話筒所輸出的噪聲信號電壓。話筒的固有噪聲越大，工作時(shí)輸出信號中混有的噪聲就越大。一般駐極體話筒的固有噪聲都很小，為微伏級電壓。（8）指向性。也叫方向性，是指話筒靈敏度隨聲波入射方向變化而變化的特性。話筒的指向性分單向性、雙向性和全向性3種。單向性話筒的正面對聲波的靈敏度明顯高于其他方向，并且根據(jù)指向特性曲線形狀，可細(xì)分為心形、超心形

18、和超指向形3種；雙向性話筒在前、后方向的靈敏度均高于其他方向；全向性話筒對來自四面八方的聲波都有基本相同的靈敏度。常用的機(jī)裝型駐極體話筒絕大多數(shù)是全向性話筒。5.2 本地振蕩電路對于普通信號其頻率穩(wěn)定度一般要求在10-4和10-5之間，而克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體在10-4和10-5之間，滿足設(shè)計(jì)要求，而且電路比較簡單，容易分析，因此主振器選取克拉潑電路。R1 、 R2 、 R3 、 R4是三極管的直流偏置電阻，使三極管獲得正常的工作點(diǎn)，工作于放大區(qū)， C4是基極旁路電容，目的是使三極管基極獲得交流地電位，組成高頻共基極放大器。電路的相位條件自然滿足“射同它異”原則；幅度條件是需保證共基極放大器的

19、閉環(huán)功率增益大于 OdB ，按照這樣的依據(jù)去計(jì)算回路器件值就可以確保電路能夠起振。 C1、C2 、C3 、L1 的器件值決定了振蕩回路的工作頻率。根據(jù)交流等效原則，可以知道這是一個(gè)電容反饋三點(diǎn)式振蕩器。 C2 與C1 的容抗比值決定了電路的電壓反饋系數(shù)，調(diào)整它們的比例可以改變振蕩幅度。在回路中多了一個(gè)與電感 L1 相串聯(lián)的電容器 C3 ，通過調(diào)整 C3 ，可以連續(xù)改變振蕩頻率。晶體管3DG12B，其參數(shù)為Icm300mA, fT200MHz, V(BR)CEO45V,Pcm=0.7W,已知條件：Vcc=12V，fc=10MHz，選擇的晶體管型號是3DG12B，其放大倍數(shù)=50，ICQ=3mA，

20、VCEQ=6V,VEQ=0.2VCC.依據(jù)電路計(jì)算： 取L3=25H,則C3=10pF,反饋系數(shù)kf取0.2，kf=C1/C2=0.2,取C1=80pF,C2=400pF，振蕩器電路圖如圖5.1所示圖5.1 振蕩器電路原理圖5.3音頻放大器音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz 20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器時(shí)要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。本設(shè)計(jì)中音頻放大器部分采用的是三極管放大，運(yùn)用兩只三極管連接構(gòu)成放大，放大倍數(shù)等于兩只三極管分別放大的放大系數(shù)的總和。以NP

21、N型硅三極管為例，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)(一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了

22、Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因：首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個(gè)二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管

23、的基極上加上一個(gè)合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當(dāng)一個(gè)小信號跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限

24、制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。如果我們在上面這個(gè)圖中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0

25、時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù))，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加(在三極管未飽和之前)。但是在實(shí)際使用中要注意，在開關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時(shí)會(huì)影響其開關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數(shù)等于或稍大于集電極電流時(shí)是淺度飽和，遠(yuǎn)大于集電極電流時(shí)是深度飽和。因此我們只需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉(zhuǎn)換速度。對于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟

26、NPN的剛好相反，因此發(fā)射極上面那個(gè)箭頭方向也反了過來變成朝里的了。音頻放大電路原理圖如圖5.2所示：圖5.2 音頻放大器電路原理圖5.4 倍頻緩沖電路采用倍頻器以下優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射機(jī)的主振頻率可以降低，這對穩(wěn)頻是有利的。因?yàn)檎袷幤鞯念l率越高，頻率穩(wěn)定度就越低。一般主振頻率不宜超過5MHz。因此，發(fā)射頻率高于5MHz的發(fā)射機(jī)，一般宜采用倍頻器。在采用石英晶體穩(wěn)頻時(shí)，振蕩頻率越高，石英晶體越薄，越易震碎。一般來說，最薄的石英晶體的固有振蕩頻率限制在20MHz以下。超過這一頻率，就宜在石英振蕩器后面采用倍頻器。如果中間級既可以工作在放大狀態(tài)，也可以工作于倍頻狀態(tài)，那么就可以在不擴(kuò)展主振波段的的情況下，擴(kuò)

27、展發(fā)射機(jī)的波段。這對穩(wěn)頻是有利的，因?yàn)檎袷幉ǘ卧秸?，頻率穩(wěn)定度就越高。倍頻器的輸入與輸出不同，因而減弱了寄生耦合，使發(fā)射機(jī)的工作穩(wěn)定性提高。如果是高頻或調(diào)相發(fā)射機(jī)，則可采用倍頻器來加大頻移或相移，亦即加深調(diào)制度。在超高頻段難以獲得足夠的功率，可采用參量倍頻器將頻率較低、功率較大的信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較高、功率亦較大的輸出信號。倍頻器按其工作原理可分為三類。一類是和丙類放大器電流脈沖中的諧波經(jīng)選頻回路獲得倍頻。 第二類是利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻。第三類是利用 PN結(jié)電容的非線性變化,得到輸入信號頻率的諧波,經(jīng)選頻回路獲得倍頻,稱為參量倍頻器。當(dāng)工作頻率為幾十MHz時(shí),主要采用三極管丙類倍頻器,而當(dāng)工作

28、頻率高于1000MHz時(shí),主要采用變?nèi)荻O管、階躍二極管構(gòu)成的參量倍頻器。乘法器構(gòu)成的倍頻器主要受乘法器的上限工作頻率的限制。本次設(shè)計(jì)的3倍頻器電路是一種主要采用丙類功率放大器的晶體管倍頻器，即丙類倍頻器。其原理圖如圖5.3所示。圖5.3 倍頻器電路原理圖5.5 調(diào)制電路調(diào)制電路采用的是鎖相環(huán)頻率調(diào)制。高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率

29、放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出在 低頻電子線路（紀(jì)靜波著）書中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180；丙類放大器電流的流通角則小于180。乙類和丙類都適用于大功率工作。但丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。

30、高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。調(diào)制電路原理圖如圖5.4所示。圖5.4 鎖相環(huán)頻率調(diào)制電路原理圖表5.1 元件清單元件名稱大小數(shù)量備注NPN三極管（2N2222A）4電阻1k50k不等20瓷片電容22pF20電感0.531uH5CD40601MC14961變壓器1直流電源12V2六、仿真與分析6.1仿真軟件介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)

31、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。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。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、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可

32、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(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabEW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)建模測量。對電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是EDA軟件的一項(xiàng)主要功能。為此，Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從Design工具欄，或用菜單命令。EDA（就是“Electronic Design Automation”的縮寫）技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得

33、到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級設(shè)計(jì)，再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)的主要技術(shù)手段。美國NI公司（美國國家儀器公司）的Multisim 9軟件就是這方面很好的一個(gè)工具。而且Multi

34、sim 9計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)（也是美國NI公司的）可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對教員的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)。EDA軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該EDA軟件的質(zhì)量和易用性。Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自

35、己添加所需要的元器件。Multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Management打開Database Management（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進(jìn)行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對Multisim Master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisim Master時(shí)，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變

36、成灰色，如下圖所示。但用戶可以通過這個(gè)對話窗口中的Button in Toolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌悇e器件在工具欄中的表示方法。據(jù)此用戶可以通過選擇User數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而對自建元器件進(jìn)行編輯管理。在Multisim Master中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們

37、在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有。NI Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，NI Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NI Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabEW和SignalExpress軟件的集成，完善

38、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)建模測量。對電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是EDA軟件的一項(xiàng)主要功能。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。6.2 Multisim的特點(diǎn)：1 通過交互式SPICE仿真，迅速了解電路行為2 借助高級電路分析，理解基本設(shè)計(jì)特征3 通過一個(gè)工具鏈，無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試4 通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程，減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間5 Multisim是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測試的

39、虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供仿真選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充沒有的元器件庫，并且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，所以Multisim很容易用到工程中去。6 Multisim的虛擬測試儀器表種類齊全，把所有的元件分成13類庫再加上放置分層模塊、總線、登錄網(wǎng)站等共同組成元件的工具欄。有一般實(shí)驗(yàn)室用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、示波器、直流電源；還有實(shí)驗(yàn)室很少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。6.3 本地振蕩器仿真本地振蕩器的仿真電路如圖6.1所示：圖6.1 振蕩器仿真電路圖振蕩器電路仿真圖形如圖6.2所示：圖6.2 主振器仿真波形由仿真可以看出，本振蕩器使用三極管電容電阻電感組成的希勒振蕩電路，輸出波形為10MHz頻率的振蕩波形，達(dá)到振蕩的效果。6.4音頻放大器仿真音頻放大器仿真電路如圖6.3所示：圖6.3 音頻放大