集电极调幅电路课程设计

1、目 录前言11集电极振幅调制器的工作原理与分析1集电极振幅调幅器的工作原理11.2集电极电路脉冲的变化情况21.3集电极调幅波形图3集电极调幅的静态调制特性42集电极调幅设计与仿真5集电极振幅调制设计电路5集电极振幅调制仿真电路5调制信号波形和集电极调幅输出波形的比拟和分析 63集电极电路分析7调幅波的数学表示式推导7集电极调幅电路的工作状态分析 74软件MULTISIM 14介绍8仿真软件概述8界面预览8元器件库的说明8与可能遇到的问题95电路的改良9此电路的优缺点9改良方案106设计总结101参考文献11调制器与解调器是通信设备中的重要部件。所谓的调制，就是用调制信号去控制载 波某个参数的

2、过程。调制信号是由原始消息如声音、数据、图像等转变成的低频或 视频信号，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的，通常用u©或f(t)表示。未受调制的高频振荡信号称为载波，可以是正弦波，也可以是非正弦波；但必须是周期性信号， 用符号Uc和ic表示。受调制后的振荡波称为已调波，它具有调制信号的特征。振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅，使之按信号的变化规律，严格的讲是使 高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数频率和相位不变。使受调波的幅度随调制信号而变化的电路称为调幅器。调幅器输出信号幅度与调制 信号瞬时值的关系曲线叫做调幅特性。理想的调幅特性应是直线，否如此便会产生失真。 调幅器主

3、要由非线性器件和选择性电路构成。非线性器件实现频率变换，产生边带和谐 波分量；选择性电路用来选出所需的频率分量并滤掉其他成分，如高次谐波等。常用的 非线性器件有晶体二极管、场效应晶体管等。选择性电路大多用谐振回路或带通滤波器。 按照电平的上下，调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅。大功率广播或通信发射机多 采用高电平调幅器。这种调幅器输出功率大，效率高。载波机和各种电子仪器多采用低电平调幅器。它们对输出功率和效率要求不高，可以选用调幅特性较好的电路。所谓的集电极调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压， 以实现调幅集电极调幅的特点：(1) 因处于过压状态，效率n高(2) m较

4、大时，调幅波非线性失真(3) 要求U提供较大的驱动功率(4) 用于大功率调幅发射机1集电极振幅调制器的工作原理与分析集电极调幅是利用低频调制信号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，属于高电平调幅。晶体管处于丙 类工作状态。要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载波电流，然后设法将低频信 号“挂到高频载波上去。本次设计要求采用调幅方式，即改变载波信号到振幅。它的 根本原理是，将要传送的调制信号从低频率搬移到高频，实现频谱搬移。即载波的频率 和相角不变，载波的振幅按

5、照信号的变化规律而变化，高频振幅变化所形成的包络信号 就是原信号的波形。通过载波传输声音信号，主要是为了达到发射电磁波的要求。1-1集电极调幅工作原理图已调信号1.2集电极电路脉冲的变化情况线性调幅时，由集电极有效电源UCC所提供的集电极电流的直流分量Ico和集电极电 流的基波分量Ici与Ucc成正比。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Ucc = Vcc+UQo式中,Vcc为集电极固定直流电源电压。集电极电压相对应的集电极电流脉冲的Ucc变化情形如图1-2所示：图1-2同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的Ucc变化情形由图可见，集电极的有效电源

6、电压 Ucc随调制信号变化而变化。由于UBB与Ub不变, 故为常数，又Rp不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。假如电源电压变化，如此动态 线随Ucc值的不同，沿Vcc平行移动。由图可以看出，在欠压区内，当Ucc由Ucci变至Ucc2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Icml的变化也很小，因而回路上的输出电压UAM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。1.3集电极调幅波形图在这种情况下，分解出的1血随集电极电压U)CC的变化而变化，集电极回路两端的高 频电压也随Ucc而变化。输出高频电压的振幅 为Icml XRp，Rp不变，Icml随Ucc而变化， 而

7、Ucc是受u©控制的，回路两端输出的高频电压也随 u©变化，因而实现了集电极调幅。Vo(t)A调制信号波形B载波信号波形厂jZf i',1：!L |I 1 p 1IIiI；'|10I! 1':ii ； 1 i I i 1 i |t1 f!:IK:忙c已调信号波形图1-3集电极调幅波形图当没有参加低频调制电压U 即U 0丨时，逐步改变集电极直流电压Ucc的大小, 同样可使ic电流脉冲发生变化，分解出的Ic0或Icml也会发生变化。我们称集电极高频电 流Icml或Ic0丨随Ucc变化的关系为集电极调制特性。根据分析结果可作出静态调制特 性曲线如图1-4所

8、示图1-4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，因为没有参加调制信号，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c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，调制信号电压根本上不变。这样，静态调制特性曲线仍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1-4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 Uccq -Ucco2处，Ucco为临界工作状态时的集电极直流电压。

9、否如此，工作点 Q偏高或偏低，都会使 已调波的包络产生失真。2集电极调幅设计与仿真图2-1集电极振幅调制设计电路集电极振幅调制仿真电路图2-2集电极振幅调制仿真电路2.3调制信号波形和集电极调幅输出波形的比拟和分析图2-3调制信号波形和输出波形6 / 141输出波形原理分析载波Uc直接加到放大器的基极。调制信号 U©加到集电极电路且与直流电源相串联。 集电极谐振回路LC调谐在载频c上。由于U©与Vcc相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源 Ucc将随U©变化，从 而导致被调放大器工作状态发生变化， 在过压状态下，集电极电流Ic的基波分量振幅Ici 随U

10、9;成正比变化，从而实现调幅。集电极调幅电路调制线性好，集电极效率高，广泛用于输出功率较大的发射机中， 但所需调制信号功率大。2输出波形特点分析调幅波的振幅变化规律与调制信号波形一致，调幅度m反映了调幅的强弱程度。可以看出：一般m值越大调幅越深：m 0时，未调幅m 1时，最大调幅（百分之百）m 1时，过调幅，包络失真，实际电路中必须防止3集电极电路分析调幅波的数学表示式推导根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信号 u Q线性变化设调制信号为单频余弦信号：u U cost，载波信号：Uc UcCos ct如此已调信号振幅Um(t) Uc k U cos t Uc(1 k cos t) U

11、c(1 mcos t)cUcUUC式中,k称为调制灵敏度，m称为调幅度已调波：Uam (t) Um(t)cos ct Uc(1 mcos t)cos ct集电极调幅电路的工作状态分析集电极调制特性集电极调制特性是指仅改变Ucc，放大器电流、电压、功率与效率的变化特性。在R、 Ub、Ubb不变，动特性曲线将随Ucc的变化左右平移，当Ucc由大到小变化时，功放的 工作状态由欠压工作状态到临界，再进入到过压状态，集电极电流IC从一完整的余弦脉冲变化到凹顶脉冲。因此，高频功放的集电极调制特性可用图3-1所示曲线表示图3-3集电极调幅的静态调制特性要实现振幅调制，就必须选择输出高频信号振幅UO与直流偏置

12、电压UCC呈线性关 系。只有工作在过压区才能有效地实现 Ucc对Ici与UO的调制作用，故集电极调幅电路应工作在过压区。4软件Multisim 14 介绍Multisim14是美国NI公司推出的以Windows为根底的仿真工具，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。预览1.启动 Multisim 14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Jg>Jn

13、 侯Hi -1畤£）左国£iIU磴 MlE> MCUM1 曙M灼 电 时 TB© 扭吉:曰 H園 *OiW| WfcMj西B u：' i?* |DS9 S ffl > 召 髻匚訓p龄- 徉卄虬血出芳百点国凸円鼻T 廿 H. Q 5% J I QlEfldi呻® * X 於.aaaaa图4-1软件启功界面总线等级块图 sns型 电气元件 射频元杵 高级外围设备 混杂元件 电源需件 数码管 混合元件 数字元杵 CMQ黠件 TT厂器件 集成运放 晶管 -t 基本元件 电源图4-3元器件库的说明与可能遇到的问题1删除元件、仪器、连线等，一定要

14、在断开仿真开关的情况下进展; 接地；3分模块调试提高调试速度，最后综合调试；4要改变示波器背景色，点击示波器界面的反向按钮5电路的改良1电路的优点所用的元器件较少并能实现预定的效果，连线较少实验电路较为简单2电路的缺点要使咼频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有直流馈电电路，为 晶体管各级提供适宜的偏置，而我们的电路没有直流馈电电路Ic。除了流入晶体管内阻还 流入电路其他的局部导致外电路消耗电源功率增大，使损耗增大。在实际应用中，由于基极馈电电路中采用单独电源Ubb不方便，因此电路不具有实用性。在电路的输入，输出回路没有采用一定的耦合回路，使输出功率能不能有效地传 输到负载。5.2

15、改良方案改良后的电路如下列图：丨 1Vpk (“)1MHz yo°R2C1 200pF图5-2-1 改良电路图1XSC120kQ Key=A12.0V载波信号经变压器T1输入，调制信号经变压器 T3输入，调幅信号经变压器 T2输 出。C4为隔直流电容，滤除载波信号可能带有的直流或低频信号。L1、R1和C3构成自给偏压电路，可减小调幅失真，其中C3的容量足够大以便有效地短路基波与各次谐波电 流。C1、R2和T2构成选频网络，调节R2可使电路处于过压状态。C2为旁路电容，用 以防止高频信号电流通过直流电源而产生极间反应，造成工作不稳定。波形如下列图：图5-2-2改良后的波形图6设计总结从最开始的毫无头绪，无从下手，到最后设计出电路与仿真的正常运行，虽然其中 可能有不完美，我还是体会到了成功的喜悦。通过这次课设的锻炼使我受益匪浅。在设计的过程中遇到的问题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过 各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理 解得不够深刻，掌握得不够结实。不过在所遇的问题处理过程中有成功也有失败，但这 却实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到了成功的喜悦。此次课程设计制作让我了解有关