高频电子线路课程设计基极振幅调制器的设计与实现

1、 目 录前 言11基极振幅调制器的原理与设计22基极振幅调制器电路的仿真42.1 Multisim仿真软件的介绍42.1.1 Muitisim软件简介42.1.1 Multisim的基本界面操作52.1.2 应用Multisim软件的注意事项82.2 基极调幅的仿真93基极振幅调制器电路实现与分析123.1 基极调幅的特性曲线123.2 基极调幅在欠压、过压和临界三种工作状态下的分析123.2.1 基极调幅在欠压工作状态下的分析123.2.2 基极调幅在过压工作状态下的分析133.2.3 基极调幅在临界工作状态下的分析14总 结16参考文献17前 言调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变

2、化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。这时候在接收端可以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来就可以得到调制信号了调幅波的形成早期VHF 频段的移动通信电台大都采用调幅方式，由于信道衰落会使模拟调幅产生附加调幅而造成失真，目前已很少采用。调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅制，对移动信道有较好的适应性。高频信号的幅度随着调制信号作相应的变化，这就是调幅波。由于高频信号的幅度很容易被周围的环境所影响。所以调幅信号的传输并不十分可靠。在传输的过程中也很容易被窃听，不安

3、全。所以现在这种技术已经比较少被采用。但在简单设备的通信中还有采用。比如收音机中的AM波段就是调幅波，大家可以和FM波段的调频波相比较，可以看到它的音质和FM波段的调频波相比会比较差，原因就是它更容易被干扰。1基极振幅调制器的原理与设计所谓基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极(栅极)偏压，以实现调幅。它的基本电路如图1-1，由此可知为了获得有效的调幅，基极调幅电路必须总是工作欠压状抵，可以证明基极调幅的平均集电极效率不高这是它的主要缺点。它的主要优点是所需调制功率串很小，对整机的小型化有利。图1-1基极振幅调制基本原理电路图基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压，输入信号振幅

4、，谐振电阻不变的条件下，在次压区改变，其输出电流随变化这一特点来实现调幅的。 任何一种非线性器件都可以用来产生调幅彼。晶体管是一种非线性器件，只要让其工作在非线性（甲乙类，乙类或丙类）状态下，即可用它构成调幅电路。一般总是把高频载波信号和调制信号分别加在谐振功率放大器的晶体管的某个电极上，利用晶体管的发射结进行频率变换，并通过选频放大，从而达到调幅的目的。电路仿真图如下图所示。图1-2 基极振幅调制设计电路设定输入高频载波的幅度为10V，频率为15MHZ。输入调制信号的幅度为2V，频率为600KHZ。因为LC满足谐振条件，所以可设电容和电感分别为L=11.26nF，C=10nH。经过调试，两个

5、直流电源可分别为=0.1V和=35V。2基极振幅调制器电路的仿真2.1 Multisim仿真软件的介绍NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，就能够快速、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。有如下特点：通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设

6、计电路 ；通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为； 借助高级电路分析, 理解基本设计特征 ；通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 ；通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短研发时间。 Muitisim软件简介NI Multisim 10.1是美国国家仪器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。目前NI的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个相互独立的部分，能完成从电路的

7、仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 均有增强专业版（Power Professional)、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件、仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。元器件库提供数千种电路元器件，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，很方便的在工程设计中使用。虚拟测试仪器仪表种类齐全，如万用表、函数信号发生器、双

8、踪示波器、直流电源，波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字、电路、射频电路及微控制器和接口电路等。有丰富的Help功能，不仅包括软件本身的操作指南，还包含有元器件的功能解说。提供了与国内外流行的PCB设计软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的接口，支

9、持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。易学易用，适合于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业，有利于开展综合性的设计和实验，培养综合分析、开发和创新能力。2.1.1 Multisim的基本界面操作 1启动软件双击桌面上的Multisim快捷方式或选择程序菜单中的Multisim选项，即启动Multisim 10。图2-1 Multisim软件界面2 软件选项设置单击“主菜单栏”中的“option”选项，选择“Global Preferences”，出现下面的对话窗口，如下图所示：图2-2 选项设置对话框可选择适合的元件类型。3 绘制电路元器件库的操作包括：(1) 取用元件

10、：从元器件库中取用所需元件；图2-3 元件选项对话框点击某元件会弹出上图所示对话框，可根据要求选择所需器件，然后按OK即可。Multisim10的元件均具有下列元素:Symbol 元件符号（ for Schematic）Model 元件模型（ for Simulation）Footprint 元件外型（ for Layout）Electronic Parameter 电子元件参数User Defined Info. 使用者自定资讯Pin model管脚模型General元件描述在元件上双击鼠标左键开启属性对话框如下图所示：图 2-4 元件属性对话框其中，Label：修改元件序号、标识；Disp

11、lay：设置元件标识是否显示；Value：设定元件参数值；Fault：设定元件故障。(2) 摆放元件：调整元件的位置与方向； 图2-5 元件设置对话框右击元件可得到上图所示对话框，可对元件进行旋转，设置元件标识等操作。(3)线路连接：连接元件的引脚。连线方式可分为手动连线和自动连线。调整走线既可以拖拽线段也可以拖拽节点。(4)仪表库操作Multisim中的仪表调用十分简单，从仪表库中单击要调用的仪表，光标附着仪表，移动光标到目标位置，单击鼠标左键放置仪表，完成仪表调用。其中仪表有如下所示数字万用表（Multimeter)函数信号发生器 (Function Generator)瓦特表 (Watt

12、meter)示波器 (Oscilloscope)四通道示波(4 channel Oscilloscope)波特图仪 (Bode Plotter)频率计数器 (Frequency counter)字符信号发生器 (Word Generator)逻辑分析仪 (Logic Analyzer)逻辑转换器 (Logic converter)IV曲线分析仪(IV Analyzer)失真度分析仪 (Distortion Analyzer)频谱分析仪 (Spectrum Analyzer)网络分析仪 (Network Analyzer)Aglient 函数信号发生器(Aglient Function Gene

13、rator)Aglient 万用表 (Aglient Function Generator)Aglient 示波器(Aglient 100M Oscilloscope)动态测试笔 (Dynamic measurement probe)2.1.2 应用Multisim软件的注意事项1.不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机；2.删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行；3.注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号；4.注意LED数码管的极性；5.分模块调试，最后综合调试。2.2 基极调幅的仿真输入的高频载波信号波形如下图所示：图2-6 输入高频载波信号波形设置载波信号振幅峰峰值为=

14、14V，频率为=15MHZ，所以输入载波信号为，调整示波器得上图所示波形图。载波信号经过三极管放大后得到的放大输出信号波形如下图所示：图2-7 载波信号经三极管放大后的输出信号波形在示波器上读出放大信号的振幅峰峰值为=35.2V，频率为=15MHZ，所以得信号的放大倍数 。基极调幅输入调制信号波形如下图所示：图2-8 输入调制信号波形调制信号的振幅峰峰值，频率为，所以调制信号为，得适合的波形如上图所示。经过基极调幅后得到输出调制信号波形如下图所示：基极调幅输出波形：图2-9 基极调幅输出信号波形由图可以可出输出调制信号的频率与载波信号相近，也可以看出输出的调制信号波形的包络线与输入的调制信号波

15、形一致。可以读出输出调制信号的，所以得出调制系数3基极振幅调制器电路实现与分析3.1 基极调幅的特性曲线极振幅调制器电路由NI Multisim软件模拟仿真实现，基极振幅调制特性分析如图3-1所示。图3-1基极调幅特性曲线3.2 基极调幅在欠压、过压和临界三种工作状态下的分析 基极调幅在欠压工作状态下的分析图3-2 欠压工作状态曲线在Uc不是很大时，晶体管只在截止和放大区工作，在此区间内Uc增加时，集电极电流几乎不变，这种工作状态称为欠压工作状态。基极调幅就是工作在这种状态。基极调幅在欠压时，输出调制信号波形如下图所示：图3-3 欠压工作状态输出调制信号波形在欠压工作状态时，输出的调制信号是放

16、大且不失真的。 基极调幅在过压工作状态下的分析图3-4 过压工作状态曲线当Uc加大到接近Ucc时发射结和集电结正向偏置，即工作到饱和状态这时的状态称过压状态，此时的集电极电流会产生失真，输出电压也会产生失真。基极调幅在过压工作状态时输出调制信号波形图如下图所示：图 3-5 过压工作状态输出调制信号波形过压工作状态时输出调制信号波形失真且放大倍数较小。3.2.3 基极调幅在临界工作状态下的分析图3-6 临界工作状态曲线在Uc介于欠压和过压状态之间的某一值时，动态特性曲线上端正好位于电流下降线上，此状态称临界状态。与欠压和过压状态比较，它有较大的基波电流和回路电压。基极调幅在临界工作状态时输出调制

17、信号波形如下图所示：图3-7 临界工作状态输出调制信号波形临界时输出调制信号幅度最大且不失真，但不容易保持。综上所述，基极调幅电路必须工作在欠压区，所以要选择合适的三极管和元器件的参数。总 结调幅是连续波调制中比较重要的一部调制方法，可以涉及长、中、短与超短波的调制，且接受设备最简单，可见其在实际应用中的重要性。通过本次课程设计使我明白了怎样使用Multisim软件仿真，如何对参数的计算及元件的选取，如何对原理框图的设计应用，但在设计中还有很多不足之处，如参数计算存在误差，仿真中出现波形失真，不过这都是我今后实践和学习的宝贵经验，以上的不足之处我一定会克服，争取在今后的实践中不再出现上述的情况。我做完了高频电子线路课程设计学到了很多的知识与技能，从书本上学到的是我做课设的基础，是我学习的进一步的应用。通过这次高频课设我学会了，综合运用高频课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题，通过查阅手册和文献资料，培养了我独立分析和解决实际问题的能力。参考文献1 曾