基于multisim的集電極調(diào)幅與大信檢波設(shè)計與仿真..

1、4目£主£1：0乙鱷舗工'鞘場曲:鹹歸俯割:亦e:fi§嘗旨煮韋煮:牙聊韋煮列普昌¥弓劃啟M曲羞関LUiSRiniu±g1=1:目凰旱騫44鞅耳菜黑壽破必聲班基于multisim的集電極調(diào)幅與大信號檢波設(shè)計與仿真前言調(diào)制器與解調(diào)器是通信設(shè)備中的重要部件。所謂的調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制載波某個參數(shù)的過程。調(diào)制信號是由原始消息轉(zhuǎn)變成的低頻或視頻信號，這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調(diào)制的高頻振蕩信號稱為載波。受調(diào)制后的振蕩波稱為以調(diào)波，它具有調(diào)制信號的特征。振幅調(diào)制是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按信號的變化規(guī)律，嚴(yán)格的講是使

2、高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性關(guān)系。使受調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號而變化的電路稱為調(diào)幅器。調(diào)幅器輸出信號幅度與調(diào)制信號瞬時值的關(guān)系曲線叫做調(diào)幅特性。理想的調(diào)幅特性應(yīng)是直線，否則便會產(chǎn)生失真。調(diào)幅器主要由非線性器件和選擇性電路構(gòu)成。非線性器件實現(xiàn)頻率變換，產(chǎn)生邊帶和諧波分量；選擇性電路用來選出所需的頻率分量并濾掉其他成分，如高次諧波等。常用的非線性器件有晶體二極管、場效應(yīng)晶體管等。選擇性電路大多用諧振回路或帶通濾波器按照電平的高低，調(diào)幅器可分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅。大功率廣播或通信發(fā)射機多采用高電平調(diào)幅器。這種調(diào)幅器輸出功率大，效率高。載波電話機和各種電子儀器多采用低電平調(diào)幅器。它們對輸出功率和效率

3、要求不高，可以選用調(diào)幅特性較好的電路。所謂的集電極調(diào)幅，就是用調(diào)幅信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓以實現(xiàn)調(diào)幅.集電極調(diào)幅的特點：(1) 因過壓工作，n高(與m無關(guān))(2) 用于大功率調(diào)幅發(fā)射機(3) 要求U提供較大的驅(qū)動功率(4) m較大時，調(diào)幅波非線性失真不論哪種振幅調(diào)制信號，都可以采用由相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進(jìn)行解調(diào)。但是，對于普通條幅信號來說，它的載波分量未被預(yù)制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅調(diào)制檢波器稱為包絡(luò)檢波器。目前應(yīng)用最廣泛的是二極管包絡(luò)檢波器，而在集成電路中，主要采用三極管包絡(luò)檢波電路。1

4、集電極振幅調(diào)制器的工作原理及分析1.1集電極振幅調(diào)幅器的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實現(xiàn)調(diào)幅。實際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。要完成無線電通信，首先必須產(chǎn)生高頻率的載波電流，然后設(shè)法將電報、電話等信號“加到”載波上去。將聲音電流加在高頻電流上，這個過程稱為調(diào)制。一個載波電流有三個參數(shù)可以改變，即振幅、頻率和相位。本次設(shè)計要求采用調(diào)幅方式。它的基本原理是，將要傳送的調(diào)制信號（這里我們以話音信號為例）從低頻率搬移到高頻，使它能通

5、過電離層反射進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離接收端我們用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號不失真的恢復(fù)出來，就達(dá)到了傳輸話音低頻信號的目的。即載波的頻率和相角不變，載波的振幅按照信號的變化規(guī)律而變化，高頻振幅變化所形成的包絡(luò)信號就是原信號的波形。圖中，設(shè)基極激勵信號電壓（即載波電壓）為：U二Vcost則加在基射極間的瞬時電000壓為U二-V+Vcost調(diào)制信號電壓U加在集電極電路中，與集電極直流電壓V串BBE00QCC聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為V=V+u=V+Vcost=VG+mcos0t）。CCCQCCQ0CCa式中，V為集電極固定電源電壓；m二V/V為調(diào)幅指數(shù)。由式可見，集電極的有效CCaQCC電源電壓VC隨

6、調(diào)制信號壓變化而變化。1.2集電極電路脈沖的變化情況線性調(diào)幅時，由集電極有效電源U所提供的集電極電流的直流分量I和集電極電CCC0流的基波分量I與U成正比。C1CC調(diào)制信號電壓加在集電極電路中，與集電極直流電壓E串聯(lián)，因此，集電極有效電C源電壓為U式中，E為集電極固定電源電壓；m為調(diào)幅指數(shù)。CCC集電極電壓相對應(yīng)的集電極電流脈沖的U變化情形如圖1-2所示：由圖可見，集電極的有效電源電壓U隨調(diào)制信號壓變化而變化。由于U與U不CCBBb變，故為常數(shù)，又R不變，因此動態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動態(tài)P線隨U值的不同，沿E平行移動。CCC由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)U由U變至U（臨界）時

7、，集電極電流脈沖CCCC1CC2的振幅與通角變化很小，因此分解出的I的變化也很小，因而回路上的輸出電壓E的cm1C變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。1.3集電極調(diào)幅波形圖在這種情況下，分解出的I隨集電極電壓U的變化而變化，集電極回路兩端的高cm1CC頻電壓也隨U而變化。輸出高頻電壓的振幅U二IXR，R不變，I隨U而變CCCCcm1PPcm1CC化，而U是受U控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨U變化，因而實現(xiàn)了集電極調(diào)CCOO幅。淮南師范學(xué)院電子信息工程學(xué)院2014屆電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計報告0(t)o(t)'ll1f:1：rIf1fi；1'：':-

8、.rlJ/11111111，'.:；1I1；!'I'：!I1',to11'I!：ili1111111uVvvvtv（B）載波信號波形V0（t）（A）調(diào)制信號波形圖1-3集電極調(diào)幅波形圖14集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性當(dāng)沒有加入低頻調(diào)制電壓U（即U二0）時，逐步改變集電極直流電壓U的大小,00CC同樣可使i電流脈沖發(fā)生變化，分解出的I或I也會發(fā)生變化。我們稱集電極高頻電cc0cm1流I（或I）隨U變化的關(guān)系線為靜態(tài)調(diào)制特性曲線。根據(jù)分析結(jié)果可作出靜態(tài)調(diào)cm1c0CC制特性曲線如圖1-4所示。圖1-4集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性靜態(tài)調(diào)制特性曲線不能完全反映實際的調(diào)制

9、過程，因為沒有加入調(diào)制信號，輸出電壓中沒有邊頻存在，只有載波頻率，不是調(diào)幅波。通常調(diào)制信號角頻率0要比載波角頻率®低得多，因此對載波來說，調(diào)制信號的變化是很緩慢的，可以認(rèn)為在載波電壓交變0的一周內(nèi)，調(diào)制信號電壓基本上不變。這樣，靜態(tài)調(diào)制特性曲線仍然能正確反映調(diào)制過程。我們可以利用它來確定已調(diào)波包絡(luò)的非線性失真的大小。由圖1-4可知，為了減小非線性失真，當(dāng)加上調(diào)制信號電壓時，保證整個調(diào)制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點Q應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段的中央，即U-UCCQ2CC0處，U為臨界工作狀態(tài)時的集電極直流電壓。否則，工作點Q偏高或偏低，都會使CC0已調(diào)波的包絡(luò)產(chǎn)生失真。2集電極調(diào)幅設(shè)

10、計與仿真21集電極振幅調(diào)制設(shè)計電路:3：1f-7：；0.1VL.S.S.TV4112V19IDH圖2-1集電極振幅調(diào)制設(shè)計電路2.2集電極振幅調(diào)制仿真電路23集電極調(diào)幅輸入載波信號波形圖2-3集電極調(diào)幅輸入載波波形2.4集電極調(diào)幅輸入調(diào)制信號波形圖2-4集電極調(diào)幅輸入調(diào)制信號波形25集電極調(diào)幅輸出波形及分析圖2-5集電極調(diào)幅輸出波形1. 輸出波形原理分析載波U直接加到放大器的基極。調(diào)制信號U加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。Cc0C1、C2是高頻旁路電容。集電極諧振回路LC調(diào)諧在載頻O上。C由于U與E相串聯(lián)，因此，丙類被調(diào)放大器集電極等效電源U將隨U變化，從C0CCCC0而導(dǎo)致被調(diào)放大器工作狀

11、態(tài)發(fā)生變化，在過壓狀態(tài)下，集電極電流I的基波分量振幅ICC1隨U成正比變化，從而實現(xiàn)調(diào)幅。C0集電極調(diào)幅電路具有調(diào)制線性好，集電極效率高的優(yōu)點。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機中。所需調(diào)制信號功率大是該調(diào)制電路的缺點。2. 輸出波形特點分析調(diào)幅波的振幅變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致，調(diào)幅度m反映了調(diào)幅的強弱程度。可以看出：一般m值越大調(diào)幅越深：m=0時，未調(diào)幅m=1時，最大調(diào)幅（百分之百）m>1時，過調(diào)幅，包絡(luò)失真，實際電路中必須避免3二極管大信號檢波的工作原理及分析31二極管大信號檢波原理當(dāng)輸入信號較大（大于0.5伏）時，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫φ穹{(diào)制信號的解調(diào)，稱為大信號檢波。大信號檢波原

12、理電路如圖3-1a所示。檢波的物理過程如下：在高頻信號電壓的正半周時，二極管正向?qū)ú﹄娙萜鰿充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流i°很大，使電容器上的電壓U很快就接近高頻電壓的峰值。充電電流的方向如圖4-1a圖中所示。圖3-1二極管檢波器的原理圖和波形圖這個電壓建立后通過信號源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時二極管導(dǎo)通與否，由電容器C上的電壓u和輸入信號電壓u共同決定。當(dāng)高頻信號的瞬時值小于ucic時，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時，調(diào)頻信號第二個正半周

13、的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。如圖3-1b中的-至t的時間為二極管導(dǎo)通的時間，在此時間內(nèi)又對電容器充電，電容器的電壓又迅速接近第二個高頻電壓的最大值。在圖3-1b中的t至t時間為二極管截止的時間，在此時間23內(nèi)電容器又通過負(fù)載電阻R放電。這樣不斷地循環(huán)反復(fù)，就得到圖3-1b中電壓u的c波形。因此只要充電很快，即充電時間常數(shù)RC很?。≧為二極管導(dǎo)通時的內(nèi)阻）；而放電時間常數(shù)足夠慢，即放電時間常數(shù)RC很大，滿足RdC<<RC，就可使輸出電壓u的幅度接近于輸入電壓u的幅度，即傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r間很短，放電時間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期（放電時u的基本不變），

14、所以輸出電壓u的起伏是cc很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號的形狀相同，故輸出電壓U就是原來的調(diào)制信號，達(dá)到了解調(diào)的目的。c根據(jù)上述工作特點，大信號檢波又稱峰值包絡(luò)檢波。理想情況下，峰值包絡(luò)檢波器的輸出波形應(yīng)與調(diào)幅波包絡(luò)線的形狀完全相同。但實際上二者之間總會有一些差距，亦即檢波器輸波形有某些失真。本實驗可以觀察到該檢波器的兩種特有失真：即惰性失真和負(fù)峰切割失真。惰性失真是由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C選得不合適，使放電時間常數(shù)RC過大引起的。惰性失真又稱對切割失真，如圖4-2所示。3-2墮性失惰性失真如圖中t-t時間內(nèi)，由于調(diào)幅波的包絡(luò)下降，電容C上的電荷不能

15、很快地隨調(diào)幅波12包絡(luò)變化，而輸入信號電壓U總是低于電容C上的電壓U,二極管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，ic輸出電壓不受輸入信號電壓控制，而是取決于RC的放電，只有當(dāng)輸入信號電壓的振幅重新超過輸出電壓時，二極管才重新導(dǎo)電。為了避免這種失真，理論分析證明，RC的大小應(yīng)滿足下列條件1-Ma2mQamax式中m是調(diào)制系數(shù)；Qmax是被檢信號的最咼調(diào)制角頻率。負(fù)峰切割失真是由于檢波器的直流負(fù)載電阻R與交流（音頻）負(fù)載電阻相差太大引起的一種失真。檢波器總是通過耦合電容C與低頻放大器或其他電路相連接。如圖3-3所示。圖中CC是耦合電容，容量較大；r是下一級電路的輸入電阻（一般較小1KQ左右）。由圖可見:檢波器的直流

16、負(fù)載電阻為R.R）；由于C的容量較大，對音頻（低頻）來說，可以認(rèn)為Lc是短路。HT1C=RlRi24»4»1Vj1圖3-3接有交流負(fù)載的檢波器因此，檢波器的交流負(fù)載電阻R等于R與r的并聯(lián)值，即Qi2RrR二<R。R+ri2顯然交、直流電阻是不同的，因而有可能產(chǎn)生失真。這種失真通常使檢波器音頻輸出電壓的負(fù)峰被切割，因而稱為負(fù)峰切割失真或底部切割失真，如圖3-4所示。3.2大信號檢波仿真電路圖3.3大信號檢波仿真波形圖3-6大信號檢波仿真波形4軟件Multisim10介紹4.1仿真軟件概述MultisimlO是美國NI公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,適用于板級

17、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。有了Multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個設(shè)備齊全的實驗室,可以非常方便的從事電路設(shè)計、仿真、分析工作。42界面概述|典jbiyPri血|總y|dUElfeIn4.3元器件庫的操作等級塊圖MCW型電氣元杵射頻元件K級外圍設(shè)話混雜元杵電源器件數(shù)碼管混合元件數(shù)字元件CMOS器件TTL器件集成運放晶體管-S基本元杵電源期SelectJiComporitntGraip:Farnty:£|仝&1aCfurleFOWER_UPCE3SGHALVDLTAGE.56KURFIEWT

18、.吟CONTR&LLEDJWDQOONTRDLLED_PJ.EToohfrolfunctiL.iC-Fa'WERCC_RC.bVEREGNDGFWUMDTHREE_PHASE_DELTATHHEE_?HA5E_lifE'心訕DVEE也FuracriTTL&jprtrS>mbDHANS(lStpsdnk:）丫>電寸悴悅為出妙咖初您3OHl5q鼻¥®3%J"SearchirigiCampore-rcs:104.4注意事項1不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機；2刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關(guān)的情況下進(jìn)行;3注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標(biāo)準(zhǔn)符號；4.LED數(shù)碼管的極性；5分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。5設(shè)計總結(jié)5.1心得體會這次課設(shè)中使我懂得了有些問題是可以自己慢慢看書摸索，在反復(fù)的嘗試過程中解決，我相信這種方法還可以運用到以后的實際工作中。此次課程設(shè)計制作讓我了解有關(guān)電路的原理和設(shè)計理念：在最后的仿真結(jié)果卻不一定與理想的完全一樣，因為在實際接線中有著各種各樣的條件制約，所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者之間的差距，從而找出最合適的方法，通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)自己的錯誤，并分析排出故障。我深深感受到了所學(xué)知識的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識是不夠的，