集电极振幅调制器

1、目录前言 1.集电极振幅调制器设计原理 2.1.1 集电极振幅调制电路的设计原理 2.1.2 集电极调幅的调制特性 2.1.2.1 集电极振幅调制的静态特性 2.1.2.2 集电极振幅调制的动态特性 3.2 集电极振幅调制器的电路设计 5.3 集电极振幅调制电路的仿真与分析 6.3.1Multisim 10 软件简介 6.3.2Multisim 10 软件界面介绍 6.3.3 集电极振幅调制电路仿真图 8.3.4 集电极振幅调制电路仿真分析 8.4 集电极振幅调制器电路分析 1.24.1 集电极调幅工作状态分析 1.24.2 调幅波分析 1.3.4.2.1 调幅波的数学公式推导 1.34.2.

2、2 调幅度计算 1.34.2.3 集电极振幅调制实验电路参数计算 1. 45 总结 1.5.参考文献 1.6.高频电子线路课程设计前言在当今时代，电子科技已经十分发达， 而通信和广播等领域也随之高速发展。 有时为了提高通信质量和处理信号方便， 需要在将语音图像等有用信息经过调 幅后再发送出去， 这就无疑需要一种振幅调制电路来实现。 此电路的设计思路十 分清晰，原理较为易懂，结构简单明了，使用起来方便且实用价值较高。调制器与解调器是通信设备中的重要部件。 所谓调制， 就是用调制信号去控 制载波某个参数的过程。 调制信号是由原始消息转变成的高频信号， 这些信号可 以是模拟的，也可以是数字的。 未受

3、调制的高频振荡信号称为载波。 受调制后的 振荡波称为已调波， 它具有调制信号的特征。 也就是说已经把要传送的信息载到 高频振荡去了。调幅电路又称幅度调制电路， 是指能使高频载波信号的幅度随调制信号的规 律而变化的调制电路。 幅度调制电路有多种电路形式， 现介绍一种简易的振幅调 制电路，该电路的载波有高频信号发生器产生经放大和调制后， 输出抑制载波的 双边带调幅波， 输出的双边带调幅波与放大后的载波相加后， 即可产生普通调幅 波。本课题其理论意义十分广泛且重要， 涉及方面广，而且对电路基础、模拟电 子线路、通信电子线路中的一些基础知识要求较高， 对以往学过的知识是一次全 面的复习。高频电子线路课

4、程设计集电极振幅调制器设计原理1.1 集电极振幅调制电路的设计原理集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压， 通过集电极电 压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化， 从而实现调幅。 实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器， 属高电平调幅。 调幅管处于丙类工作状态。图 1-1 集电极调幅原理电路图 1-1 中，设基极激励信号电压（即载波电压）为：0 V0 cos 0t则加在基射极间的瞬时电压为BVBE V0 cos 0t1.2 集电极调幅的调制特性1.2.1 集电极振幅调制的静态特性当没有加入低频调制电压 u （即 u =0）时，逐步改变集电极直流

5、电压 Vcc的 大小，同样可使 Icm1电流脉冲发生变化，分解出的 Ic0或 Icm1也会发生变化。我们 称集电极高频电流 Icm1（或 Ic0）随 Vcc 变化的关系线为静态调制特性曲线。根据 分析结果可作出静态调制特性曲线如图 1-2 所示：高频电子线路课程设计图 1-2 集电极调幅的静态调制特性静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号， 输出电压中没有边频存在，只有载波频率， 不是调幅波。 通常调制信号角频率 要比载波角频率 0 低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可 以认为在载波电压交变的一周内，调制信号电压基本上不变。这样， 静态调制特 性曲线仍

6、然能正确反映调制过程。 我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失 真的大小。由图 1-2 可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证 整个调制过程都工作在过压状态，所以工作点 Q 应选在调制特性曲线直线段的 中央，即 VccQ 0.5VccO ，VccO 为临界工作状态时的集电极直流电压。否则，工作 点 Q 偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。1.2.2 集电极振幅调制的动态特性调制信号电压 加在集电极电路中， 与集电极直流电压 Vcc 串联，因此，集 电极有效电源电压为 VC VCC u VCC U cos 0t Vcc(1 macos t )式中，VCC为集电极固定电源电压；

7、 ma U VCC 为调幅指数。由式可见，集电极的有效电源电压 VC 随调制信号压变化而变化。如图 1-3图 1-3 同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形高频电子线路课程设计图中，由于 VBB与 vb不变，故 vBmax为常数，又 Rp 不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随 Vcc 值的不同，沿 vc平行移动。由图 可以看出，在欠压区内，当 Vcc 由Vcc1变至 Vcc2(临界)时，集电极电流脉冲的振 幅与通角变化很小， 因此分解出的 Icm1的变化也很小，因而回路上的输出电压 vc 的 变化也很小。这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。v (t)0tv

8、 0 (t)0v (t)图 1- 4 集电极调幅波形图当动态特性曲线进入过压区后， Vcc 等于 Vcc3 、Vcc4 等，集电极电流脉冲的振 幅下降，出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。在这种情况下，分解出的Icm1、Icm2随集电极电压 Vcc的变化而变化， 集电极回路两端的高频电压也而变化。 输出 高频电压的振幅 Vcc Icm1 Rp，Rp不变， I cm1随Vcc而变化，而 Vcc是受 v控制的，回路两端输出的高频电压也随 v 变化，因而实现了集电极调幅。其波形如上图1-4 所示。高频电子线路课程设计2 集电极振幅调制器的电路设计图 2-2 集电极调制设计电路等效电源电压 Vcc t

9、 U cc u ,在调制过程中 VCC t 随调制信号 u 的变化而 变化。如果要求集电极输出回路产生随调制信号 u 规律变化的调幅电压，则应 要求集电极电流的基波分量 I cm1，集电极输出电压 VCC t 随 u 而变化。由振荡功 放的理论可知， 应使放大器在 V cc t 的变化范围内工作在过压区， 此时输出信号 的振幅值就等于电源供电电压 VCC t ; 如果输出回路调谐在载波角频率 o上，则 输出调制信号，从而实现了高电平调幅。高频电子线路课程设计3 集电极振幅调制电路的仿真与分析3.1Multisim 10 软件简介Multisim10 是美国 NI 公司推出的以 Windows为

10、基础的仿真工具，适用于板 级的模拟、数字电路板的设计工作。 它包含了电路原理图的图形输入、 电路硬件 描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。有了 Multisim 软件，就相当于 拥有了一个设备齐全的实验室， 可以非常方便的从事电路设计、 仿真、分析工作。NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、 高效地对电路进行设计和验证。凭借 NI Multisim ，您可以立即创建具有完整组 件库的电路图，并利用工业标准 SPICE 模拟器模仿电路行为。借助专业的高级 SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从 而缩短建模循环。与

11、NI LabVIEW 和 SignalExpress 软件的集成，完善了具有强 大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。目前在各高校教学中普遍使用 Multisim10.0 ，网上最为普遍的是 Multisim 10.0 ，NI 于 2007年 08 月 26 日发行 NI 系列电子电路设计软件， NI Multisim v 10 作为其中一个组成部分包含于其中。Multisim10 是一款知名的 EDA仿真软件，由加拿大 IIT 、公司于 2007 年推 出最新版本。在 Windows 环境下， Multisim10 软件有一个完整的集成化设计环 境，它将原理图的创建、 电

12、路的测试分析、 结的图表显示等全部集成到同一个电 路窗口中。在搭建实际电路之前，采用 Multisim10 仿真软件进行虚拟测试，可 使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量， 使实验内容更完备， 提高了实验 效率，节省大量的实验资源。 Multisim10 软件进行设计仿真分析的基本步骤为： 设计创建仿真电路原理图电路图选项的设置使用仿真仪器设定仿真分析 方法启动 Multisim10 仿真。因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理， 更好的掌握所学知识， 将 理论联系实际， 而且在实际操作中培养自己的实际动手能力， 将理论应用与实际 生活中。3.2Multisim 10 软件界面介绍1.

13、 启动 Multisim 10双击桌面上的 Multisim 快捷方式或选择程序菜单中的 Multisim 选项，即可 进入。主要有菜单栏，工具栏，缩放栏，设计栏，仿真栏，工程栏，元件栏，仪器 栏，电路图编辑窗口等部分组成。2. Multisim 界面高频电子线路课程设计菜单工具栏激活电路标 签图 3-1 Multisim 10 软件界面3. 元器件库的操作取用元件： 从元器件库中取用所需元件； 摆放元件：调整元件的位置与方向； 线路连接：连接元件的引脚。4. 使用注意事项 不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机； 删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下； 注意数字地与模拟地的差

14、别，使用标准符号； LED数码管的极性；分模块调试，最后综合调试。高频电子线路课程设计3.3 集电极振幅调制电路仿真图图 3-2 集电极调制仿真电路由图知载波信号频率为 15MHZ ，故可求得电容和电感使其匹配，根据设计 电路可以做出仿真电路，由结果知是正确的 。3.4 集电极振幅调制电路仿真分析1集电极振幅调制输入载波信号波形图 3-3 集电极振幅调制输入载波波形高频电子线路课程设计输入载波频率为 15MHZ ，幅度为 1.4V。2集电极振幅调制输入调制信号波形图 3-4 集电极振幅调制输入调制信号波形 由图知，输入调制信号频率为 1KHZ ，幅度为 5.2V。 3集电极振幅调制输出波形图

15、3-5 集电极振幅调制输出波形由图知输出波形为包络波，其中 Um max =13V ， U m min =8.5V 。 4 集电极振幅调制器三种状态下的调幅当Vcc 5V 时，其在过压区时波形良好。高频电子线路课程设计图 3-6 集电极振幅调制过压区调幅输出当 Vcc 增大到一定程度的时候，即 Vcc 9V 时会进入临界状态图 3-7 集电极振幅调制临界状态调幅输出10高频电子线路课程设计当 Vcc 23V 时又会进入欠压区其波形失真。当 Vcc 25V 时也进入欠压区，其波形失真图 3-8 集电极振幅调制欠压区调幅输出11高频电子线路课程设计4 集电极振幅调制器电路分析4.1 集电极调幅工作

16、状态分析1. 在非线性谐振功率放大器中， 常常根据集电极是否进入饱和区， 将放大器 的工作状态分为三种情况：(1) 欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方(2) 过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区(3) 临界工作状态：欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在 临界线上。2集电极调幅即只有 Vcc改变， Vcc从小变大，工作状态从过压、临界到欠 压。(注意：此时未加入调制信号，仿真电路如图 4-1 )图 4-1 集电极调制仿真电路由图知载波信号频率为 15MHZ ，故可求得电容和电感使其匹配，根据设计12高频电子线路课程设计电路可以做出仿真电路，由结果知是正确的4

17、.2 调幅波分析4.2.1 调幅波的数学公式推导根据振幅调制信号的定义 , 已调信号的振幅与调制信号线性变化 调制信号为 u U cos t ；载波信号 uc Uccos ct , 则已调信号振幅为Um t U c k U cos tkUUcUc(1 k U cos t) Uc(1 mcos t) ； UcUc mUc式中 , k 称为调制灵敏度 , m称为调幅度(调制度)4.2.2 调幅度计算下图的正弦波为调制信号的包络，包络最大值为 U c(1 m) ，包络的最小值为 Uc(1 m) ,也可以通过此式求得调幅度 m图 4-8 集电极调幅波形仿真图Uc =5V ；由图中可以读出参数： U m

18、 max = 13V ； Ummin =3.5V1 Ummax Ummin 则可算出调幅度 m 2Uc=0.85 。13高频电子线路课程设计4.2.3 集电极振幅调制实验电路参数计算LC 选频网络应满足频率 15MHZ ，由公式 1 LC ，并考虑到选频的效果和放大倍数，电感就选 450nH，而电容选 250pF。其中增益 Au uo ui图 2-1 输入与输出波形对比根据波形图可知增益为 Au 15.56 。又由 m (U m max Ummin) (Um min Um max) ，可 知 m=0.85。14高频电子线路课程设计5 总结此次课程设计是集电极调幅调制的设计， 首先要有一个高频载波信号， 经过 三级管放大后再经过选频网络被选出来加上调制信号就产生了输出信号， 原理挺 简单的，但也需要能理解书本上的才能真正的做好，而且还要掌握软件的使用。 时间比较紧， 但由于不是第一次使用这个软件所以大家很快就进入状态讨论， 但 是在刚开始还是遇到了很多问题，输出始终失真，一直在估计数据， 最后终于还 是找到了较好的数据。在设计的过程中， 我了解到要做好电路，查找资料是至关重要的，在他人基 础上，再根据自己所学进行修改与调试， 最后设计出自己想要的程序， 这过程虽 然有些辛苦，但只要