multisim畢業(yè)論文電子教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。multisim畢業(yè)論文-1HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#1引言在通信電路中，高頻功率放大器作為發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，能夠彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗。由于通信距離越遠對輸出功2HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#2率的要求越大，為了獲得足夠大的高頻輸出功率，就要采用高頻功率放大器。針對高頻功

2、率放大器的工作頻率高，3HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#3相對頻帶窄，所以一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路。近年來,針對功率放大器設(shè)計的各種研究不斷涌現(xiàn),對功率放大器的性能進行優(yōu)化的算法不斷出現(xiàn)。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)計工作。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。NIMultisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和

3、驗證。憑借NIMultisim，我們可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準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，我們能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NILabEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。高頻功率放大器有關(guān)理論知識作介紹，在性能指標分析基礎(chǔ)上進行單元電路設(shè)計最后設(shè)計出整體電路圖，在軟件中仿真驗證是否達到技術(shù)要求，對仿真結(jié)果進行分析，增強對功率放大器的整體認識。第一章高頻功率放大器高頻功率放大4HYPERLINKfile:/C:/User

4、s/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#4器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。1.1?高頻功率放大器知識簡介?在通信電5HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#5路中，為了彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機具有較大的功率輸出，通信距離越遠，要求輸出功率越大。為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用

5、高頻功率放大器。高頻功率放大器是無線電發(fā)射設(shè)備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，6HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#6發(fā)射機的振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號功率很小，因此在它后面要經(jīng)過一系列的放大，如緩沖級、中間放大級、末級功率放大級等，獲得足夠的高頻功率后，才能輸送到天線上輻射出去。這里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實際上高頻功率放大器不僅僅應(yīng)用于各種類型的發(fā)射機中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設(shè)備中都得到了廣泛的應(yīng)用。?高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點

6、都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自20至20000?Hz，高低頻率之比達1000倍。因此它們都是采用無調(diào)諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬MHz），但相對頻帶很窄。例如，調(diào)幅廣播電臺（5351605?kHz的頻段范圍）的頻帶寬度為10?kHz，如中心頻率取為1000?kHz，則相對頻寬只相當于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路。由于這后一特點，使得這兩種放

7、大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。?高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重7HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#7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

8、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。1.2.高頻放大器的分類?根據(jù)相對工作頻帶的寬窄不同，高頻功率放大器可分為窄帶型和寬帶型兩大類。?1.?窄帶型高頻功率放大器?窄帶高頻功率放大器的特點是以具有選頻電路作為輸出回路，8HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#8根據(jù)這個特點又將其稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器。?2.?寬帶型高頻功率放大器?寬帶高頻功率放大器與窄帶高頻功率放大器不同的是其輸出電路是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，故而又稱為非調(diào)諧功率放

9、大器。無論是窄帶型高頻功率放大器還是寬帶型高頻功率放大器，它們都是一種將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出得能量轉(zhuǎn)換器件。它們都具有這樣的特點：采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負載；一般工作在丙類或乙類狀態(tài)；工作頻率和相對通頻帶相差很大；技術(shù)指標要求輸出功率大、效率高。13高頻功率放大器的主9HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#9要技術(shù)指標?高頻功率放大器的主要技術(shù)指標有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設(shè)計放大器時應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標，兼

10、顧其他一些指標。?在高頻功率放大器中，10HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#10為滿足結(jié)它的輸出功率和效率的要求，并有較高的功率增益，除正選擇放大器的工作狀態(tài)外，還必須正確設(shè)計輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。?無論是輸入匹配網(wǎng)絡(luò)還是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它們都具有傳輸有用信11HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#11號的作用，故又稱為耦合電路。對于輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，在求它具有濾波和阻抗變換功能，即濾除各次分量，使負

11、載上只有基波電壓；將外接負載RL變換成諧振功放所要求的負載電阻R，以保證放大器輸出所需的功率。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)也稱濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。對于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，要求它把放大器的輸入阻抗變換為前級信號源所需的負載阻抗，使電路能從前級信號源獲得盡可能大的激勵功率。根據(jù)高頻功率放大器的工作是否進入飽和區(qū)，12HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#12可將放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、過壓和臨界三種。若晶體管在任何時刻都工作在放大狀態(tài)，稱為放大器工作在欠壓狀態(tài)（欠壓區(qū)）；若晶體管工作時有部分時間進入飽和區(qū)，稱放大器工作在過

12、壓狀態(tài)。若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)。第二章電路工作原理及電路選擇2.113HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#13電路工作原理利用寬帶變壓器作耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大，但效率很低，一般只有20%左右，一般作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，14HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Lo

13、cal/Temp/Rar$EX00.382/List.html#14由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達、電視、自動控制等各種裝置中。在高頻電路中，利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路的功放稱為諧振功放。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角c（0）的范圍可分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導(dǎo)通角c越小放大器的效率越高。如丙類功放的c小于90，?丙類功放通常作為發(fā)射機的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的功率。2.2?電路的選擇?高頻功率放大15HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#15器是

14、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”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲類（導(dǎo)通角=360度）、乙類（導(dǎo)通角=180度）、甲乙類（導(dǎo)通角=180度360度）。甲類放大器電流的流通角為360度，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流

15、通角約等于180度；丙類放大器電流的流通角則小于180度。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。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。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是上述幾種工作狀態(tài)中最高的。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，因而只能用于采用調(diào)諧回路作為負載的諧振功率放大。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。?可是若僅僅是用一個功率

16、放大器，不管是甲類或者丙類，都無法做到如此大的功率放大。?綜上，確定此高頻電路由兩個模塊組成：第一模塊是兩級甲類放大器；第二模塊是一工作在丙類狀態(tài)的諧振放大器，它作為功放輸出級，最好能工作在臨界狀態(tài)。16HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#16此時，輸出交流功率達到最大，效率也較高，一般認為此工作狀態(tài)為最佳工作狀態(tài)。2.3元件參數(shù)選取?a)?功率放大器管:選用Philips公司的NPN型高壓晶體管(2N2219)作為放大管。?b)?直流電源:根據(jù)設(shè)計要17HYPERLINKfile:/C:/U

17、sers/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#17求放大器的電源電壓初始值均取+12V。?c)?甲類功率放大器的調(diào)諧回路由L1和C2組成,?根據(jù)諧振頻率公式:?f?=?1?/2LC?及工作中心頻率為14.5?MHz,取參數(shù)為L1=500nH,C2?=1uF,丙類功率放大器的調(diào)諧回路18HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#18由L3、C6、C7組成,為使甲類功率放大器集電極的輸出信號能在丙類功率放大器產(chǎn)生諧振,兩功率放大器調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)

18、一致,因此,取L3=500nH,C7=51pF。C6(最大值350pF)用來微調(diào)調(diào)諧回路的諧振頻率,保證丙類功率放大器的輸入信號產(chǎn)生諧振。19HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#19?d)?甲類放大器參數(shù)選取?甲類功率放大器的靜態(tài)偏置由R1、R4、R2和R3?組成。R1、R2?一般在同一數(shù)量級,取R1=2k,?R2最大值為15k,通過調(diào)節(jié)R2改變?nèi)龢O管基極Q點電壓,即改變放大器增益,?R2取值越大時Q點電壓越大。取R4=10,R3最大值為6.8k,通過調(diào)節(jié)R3改變輸出信號增益,R3不宜過大,否

19、則會影響增益。此外,C5為射極旁路電容,有效地控制了由于射極電阻R3、R4而引起電壓增益下降的問題。20HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#20在高頻電路中射極旁路電容取值一般較小,這里取C5=470pF。e)?丙類功率放大器參數(shù)選取?丙類功率放大器三極管Q2的be間負偏壓由L2、R5、C4組成的電路產(chǎn)生,L2起到傳送直流、隔離交流的作用,使得R5兩端為直流電壓。取L2=1uH,R5=1k,C4=51pF。Q2射極電阻由R7、R8組成,?取R7=22k,?R7最大值為22k,21HYPERLI

20、NKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#21通過調(diào)節(jié)R7改變丙類功率放大器增益,?R7取值不宜過大,否則會降低增益。L4、C8、C9組成濾波回路,減小集電極輸出信號的失真。C8、C10一般取等值,這里取C8=C9=1.5nF,L4?=1H。22HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#22?f)?外接負載分別取51,?150,?680。3個電阻的取值差異較大是為了后面仿真測試丙類功率放大器的特性做準備。?g)?C1、

21、C2以及C9、C10、C11均為隔直電容,其作用是傳送交流,隔離直流。在高頻電路中隔直電容取值一般較小,這里取C1=100nF,C3=1uF,C9=C11=100nF,C10=1.5nF。綜上所得電路設(shè)計總圖為2-1所示：圖2-1電路設(shè)計總圖第三章電路仿真3.1所用軟件Multisim簡介?隨23HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#23著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，許多電路設(shè)計都可以通過計算機輔助分析和仿真技術(shù)來完成。計算機仿真在教學(xué)中的應(yīng)用，代替了大包大攬的試驗電路，大大減輕了工作量。其強大的實時交

22、互性、信息的集成性和生動直觀性，為電子專業(yè)教學(xué)創(chuàng)設(shè)了良好的平臺，并能保存仿真中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，為整機檢測提供參考數(shù)據(jù)，還可保存大量的單元電路、元器件的模型參數(shù)。Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設(shè)計工具，Multisim是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。3.2Multisim的特點（1）直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。?（

23、2）豐富的元器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴充和更新服務(wù)。?（3）豐富的測試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、24HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#24雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim?新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和

24、網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EWB不同的是，所有儀器均可多臺同時調(diào)用。?（4）完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點零點分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim?新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計要求。網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜分析儀。?（5）強大的仿真能力：Multisim?既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進行仿真，也可進行數(shù)模混合仿真，尤其是新增了射頻(RF)?電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出

25、錯的原因，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。?本次畢業(yè)論文設(shè)計電路就是利用Multisim軟件進行繪圖并仿真的。33?仿真測試電路?仿真測試電路如圖25HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#253-1所示，其中示波器1通道測輸入信號源波形，2通道測一級甲類放大電路輸出波形，3通道測二級甲類放大電路輸出波形，26HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#264通道測丙類功放的最終輸出波形。3-1仿真測試電路在電

26、路中使可變電容C3調(diào)到50%，C6調(diào)到50%時，所得電路仿真結(jié)果失真，其波形如圖所示經(jīng)過多次試驗變換數(shù)值進行仿真測試得到最佳設(shè)計仿真測試電路圖，如圖3-2所示：3-2最佳仿真測試電路當可變電容C3調(diào)27HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#27到70%，C6調(diào)到45%時，輸出波形較為穩(wěn)定，放大效果較好。此時可發(fā)現(xiàn)LED發(fā)光，表示功率放大器正常工作，即電壓合適。結(jié)果分析：由于高頻放大器由兩級甲類放大器和一級丙類放大器混合組成。實驗需要將仿真測試電路主機調(diào)試，直到出現(xiàn)穩(wěn)定，理想的正弦波為止。?在仿真

27、測試的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)28HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#28稍微修改輸入信號參數(shù)就會影響輸出波形質(zhì)量，經(jīng)百度可能有以下兩方面原因：一方面可能是靜態(tài)工作點的設(shè)置問題，這就需要對電路再進行靜態(tài)工作點的測量分析；另一方面可能是選頻、濾波回路L、C等參數(shù)設(shè)置的影響，當改變其中某一個數(shù)值時，會影響仿真結(jié)果，如下：關(guān)于同時改變選頻、濾波回路L、C等參數(shù)值29HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#29是否會對仿真結(jié)果有影響，這個問題需要進一步進行測試驗證。?由仿真結(jié)果及觀察波形可知，所設(shè)計的高頻功率放大器基本滿足了30HYPERLINKfile:/C:/Users/hp/AppData/Local/Temp/Rar$EX00.382/List.html#30設(shè)計任務(wù)要求。經(jīng)過第一第二級甲類放大器后電壓幅值增大了，最終輸出也