唐山學(xué)院高頻基極振幅調(diào)制器的設(shè)計及實現(xiàn)

1、-. z. - - .可修編 .唐 山 學(xué) 院 高頻電子線路 課 程 設(shè) 計 題 目 基極振幅調(diào)制器的設(shè)計與實現(xiàn) 系 (部) 信息工程系班 級 10電信 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 *銀蒲、申2013 年 1 月 7 日至 1 月 11 日 共 1 周-. z.-. z. 高頻電子線路 課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目、內(nèi)容及要求 設(shè)計題目：基極振幅調(diào)制器的設(shè)計與實現(xiàn)內(nèi)容及要求：1原理分析及電路圖設(shè)計2用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對電路進展分析與測試(1)基極振幅調(diào)制器功放工作狀態(tài)的觀察分析；(2)基極振幅調(diào)制器功放的放大倍數(shù)：Au=15；(3)高頻載波頻率15MHz；(4)調(diào)制系數(shù)m為0.8。二、設(shè)計原

2、始資料模擬電子線路、高頻電子線路；軟件Multisim 10；計算機一臺 三、要求的設(shè)計成果課程設(shè)計說明書、設(shè)計實物、圖紙等設(shè)計說明書1份，不少于2000字，應(yīng)包含基極振幅調(diào)制器原理、設(shè)計電路、相關(guān)軟件Multisim 10介紹、仿真電路、仿真波形分析。四、進程安排7月9號 課設(shè)理論講解及仿真軟件介紹、學(xué)生練習(xí)使用軟件7月10號 電路圖理論設(shè)計7月11號 仿真分析7月12號 整理、撰寫說明書7月13號 進展測試或辯論五、主要參考資料1 曾興文、*乃安、陳健高頻電子線路：高等教育，20072 *肅文等高頻電子線路第四版：高等教育，20043 聶典等Multisim 10計算機仿真：電子工業(yè)，20

3、10指導(dǎo)教師簽名：教研室主任簽名：-. z.課程設(shè)計成績評定表出勤情況出勤天數(shù) 缺勤天數(shù)成績評定出勤情況及設(shè)計過程表現(xiàn)20分課設(shè)辯論20分設(shè)計成果60分總成績100分提問辯論問題情況綜合評定 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日-. z. - -目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc156208685前言 PAGEREF _Toc156208685 h 1HYPERLINK l _Toc1562086861基極振幅調(diào)制器的設(shè)計原理 PAGEREF _Toc156208686 h 2HYPERLINK l _Toc1562086871.1基極調(diào)幅定義 PAGEREF _To

4、c156208687 h 2HYPERLINK l _Toc1562086881.2基極振幅調(diào)制器原理分析 PAGEREF _Toc156208688 h 2HYPERLINK l _Toc156208689基極振幅調(diào)制器原理電路 PAGEREF _Toc156208689 h 2HYPERLINK l _Toc156208690基極調(diào)幅電路的特點 PAGEREF _Toc156208690 h 3HYPERLINK l _Toc156208691基極調(diào)幅電路的特性 PAGEREF _Toc156208691 h 3HYPERLINK l _Toc1562086922基極振幅調(diào)制器電路設(shè)計 P

5、AGEREF _Toc156208692 h 5HYPERLINK l _Toc1562086932.1總體設(shè)計方案、框圖及分析 PAGEREF _Toc156208693 h 5HYPERLINK l _Toc1562086942.2基極調(diào)幅電路 PAGEREF _Toc156208694 h 5HYPERLINK l _Toc1562086953基極振幅調(diào)制器電路的仿真 PAGEREF _Toc156208695 h 7HYPERLINK l _Toc1562086963.1軟件MultiSim簡介 PAGEREF _Toc156208696 h 7HYPERLINK l _Toc1562

6、086973.2電路的仿真 PAGEREF _Toc156208697 h 8HYPERLINK l _Toc156208698基極調(diào)幅振蕩電路仿真電路 PAGEREF _Toc156208698 h 8HYPERLINK l _Toc156208699仿真電路波形分析 PAGEREF _Toc156208699 h 9HYPERLINK l _Toc1562087004參數(shù)計算與分析 PAGEREF _Toc156208700 h 12HYPERLINK l _Toc156208702總結(jié) PAGEREF _Toc156208702 h 13HYPERLINK l _Toc156208703

7、參考文獻 PAGEREF _Toc156208703 h 14前言目前，隨著電子信息技術(shù)的快速開展，為了將低頻信號有效地輻射出去為了使發(fā)射與接收效率提高，在發(fā)射機與接收機方面部必須采用天線和諧振回路。但語言、音樂圖像信號等的頻率變化*圍如果直接發(fā)射音頻信號則發(fā)射機將工作于同一頻率*圍。這樣接收機將同時收到許多不同電臺的節(jié)目，從而無法加以選擇。為了克制以上的困難必須利用高頻振蕩將低頻信號附加在高頻振蕩上，這樣就使天線的輻射效率提高尺寸縮小，同時每個電臺都工作于不同的載波頻率，接收機就可以調(diào)諧選擇不同脈電臺了。這樣就解除了上述的種種困難。傳輸信息是人類生活的重要內(nèi)容之一。利用無線電技術(shù)進展信息傳輸

8、在這些手段中占有極重要的地位。無線電通信、播送、電視、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙控遙測等，都是利用無線電技術(shù)傳輸各種不同信息的方式。在以上這些信息傳遞的過程中，都要用到調(diào)制。所謂將信號附加在高頻振蕩上就是利用信號來控制高頻振蕩的*個參數(shù)，使這個參數(shù)隨信號而變化，即調(diào)制。調(diào)制的方式可分為連續(xù)波調(diào)制與脈沖波調(diào)制兩大類。連續(xù)波調(diào)制是用信號來控制載波的振蕩頻率或相位，因而可分為調(diào)幅AM)調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方法。調(diào)幅即振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，嚴(yán)格的來講，是使得高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號呈線性的關(guān)系，其他參數(shù)頻率和相位不變。調(diào)制信號是由原始消息變成的低頻或視頻信

9、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)制后的振蕩波稱為已調(diào)波，它具有調(diào)制信號的特征。從頻譜關(guān)系看，調(diào)幅就是把調(diào)制信號的頻譜搬移到高頻載波附近。AM信號的產(chǎn)生可以用高電平調(diào)制和低電平調(diào)制兩種方式。目前，AM信號大多都用于無線電播送，因此多采用高電平調(diào)制方式。高電平調(diào)幅將功放和調(diào)制合二為一，調(diào)制后的信號不需再放大就可以直接發(fā)送出去。這個過程通常是在丙類放大器中進展的。根據(jù)調(diào)制信號控制的電極不同，高電平調(diào)幅可分為：集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅。所謂集電極調(diào)幅就是用調(diào)制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。所謂基極調(diào)幅，就是用調(diào)制信號電壓來改變高頻功

10、率放大器的基極偏壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。其根本原理是，低頻調(diào)制信號電壓與直流偏壓相串聯(lián)。放大器的有效偏壓等于這兩個電壓之和，它隨著調(diào)制信號波形而變化。使三極管工作在欠壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量隨著基極電壓成正比變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨著調(diào)制信號的波形而變化，于是得到調(diào)幅波輸出。因為基極調(diào)幅所需調(diào)制功率很小，對整機的小型化有利。因此，基極調(diào)幅電路在現(xiàn)實中的應(yīng)用是非常重要的。1基極振幅調(diào)制器的設(shè)計原理1.1基極調(diào)幅定義基極調(diào)幅用調(diào)制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。1.2基極振幅調(diào)制器原理分析低頻調(diào)制信號與相串聯(lián)，因此放大器的有效集電極電源電壓等于上述兩個電壓之和

11、，它隨調(diào)制信號波形而變化。 丙類功放工作在欠壓狀態(tài)時，集電極電流的基波分量隨基極電壓成正比變化。因此集電極輸出的高頻電壓振幅將隨調(diào)制信號的波形而變化,于是得到調(diào)幅波輸出。基極振幅調(diào)制器原理電路圖1-1基極振幅調(diào)制器原理電路基極調(diào)幅的根本原理電路如圖1-1所示,低頻調(diào)制信號與直流偏壓 QUOTE 。串聯(lián)，因此,放大器的有效偏壓等于上述兩個電壓之和，它隨調(diào)制信號波形而變化。為高頻載波電壓，為調(diào)制信號電壓,作為等效基極偏置電壓。除電源和偏置電路外，它是由晶體管，諧振回路和輸入回路三局部組成。對于丙類高頻功率放大器，當(dāng)集電極直流電壓，鼓勵高頻信號電壓和集電極有效回路不變，只改變基極偏壓時，集電極電流脈

12、沖在過壓區(qū)可以認(rèn)為是不變的。但在欠壓區(qū)集電極電流脈沖幅度將隨基極偏壓成正比變化。因此基極調(diào)幅必須工作在欠壓區(qū)，集電極回路輸出高頻電壓，振幅將隨調(diào)制信號的波形而變化，于是得到調(diào)幅波輸出。同時為了兼顧效率和功率應(yīng)使放大管工作在丙類，且最正確半導(dǎo)通角為70度左右。晶體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。假設(shè)設(shè)，；為基極有效電源電壓；集電極輸出電壓為：；顯然，為了實現(xiàn)不失真的調(diào)制，電路應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)。需要說明的是：高電平調(diào)幅電路可以產(chǎn)生且只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波?；鶚O調(diào)幅電路的特點1LC諧振回路作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。2電路工作在丙類工作狀態(tài)以保證電

13、路效率較高；基極負(fù)偏壓或零偏壓；3必須工作在欠壓狀態(tài)下；4載波和邊頻的功率都由直流電源提供；5調(diào)制過程中效率是變化的；6基極電路電流小，消耗功率小，故所需調(diào)制信號功率很??；7功放和調(diào)制同時進展?；鶚O調(diào)幅電路的特性基極調(diào)幅分為欠壓、臨界、過壓三種狀態(tài)，隨著從負(fù)值向正值增大的過程中三極管的工作狀態(tài)從欠壓經(jīng)臨界到過壓，具體如圖1-2所示：圖1-2 諧振功率放大器波形圖工作在丙類的基極調(diào)幅特性曲線如圖1-3所示圖1-3 基極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性放大器工作在丙類狀態(tài)；集電極電流為周期性的余弦脈沖。利用選頻回路的選頻作用，輸出信號電壓將仍與輸入信號電壓成正比。從圖中可以看出為了使受的控制明顯，放大器應(yīng)工作在

14、欠壓狀態(tài)。2基極振幅調(diào)制器電路設(shè)計2.1總體設(shè)計方案、框圖及分析根據(jù)要求，該電路首先參加高頻輸入信號和低頻調(diào)制信號，在這里直接用信號源提供，中間是放大電路，根據(jù)要求采用三極管放大器，讓三極管工作在丙類狀態(tài)，以使電路的效率提高。最后是輸出電路，根據(jù)要求采用單調(diào)諧回路做為負(fù)載，同樣使電路的效率高。電路由輸入信號、三極管放大器、單調(diào)諧負(fù)載回路組成?？傮w設(shè)計方案框圖如圖2-1：載波信號三極管單調(diào)諧回路調(diào)制信號圖2-1總體設(shè)計方案框圖2.2基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路設(shè)計電路 圖2-2基極調(diào)幅電路設(shè)計電路根本原理是利用丙類功率放大器在電源電壓輸入信號振幅，諧振電阻不變的條件下，在次壓區(qū)改變，其輸出電流隨變化

15、這一特點來實現(xiàn)調(diào)幅的。圖中為高頻旁路電容。調(diào)幅過程是非線性變換的過程，將產(chǎn)生多種頻率分量，所以調(diào)幅電路應(yīng)用LC帶通濾波器，用來濾除不需要的頻率分量；采用平衡推挽電路可以抵消一局部不需要的頻率成分。 任何一種非線性器件都可以用來產(chǎn)生調(diào)幅波。晶體管是一種非線性器件，只要讓其工作在非線性甲乙類，乙類或丙類狀態(tài)下，即可用它構(gòu)成調(diào)幅電路。一般總是把高頻載波信號和調(diào)制信號分別加在諧振功率放大器的晶體管的*個電極上，利用晶體管的發(fā)射結(jié)進展頻率變換，并通過選頻放大，從而到達(dá)調(diào)幅的目的。 LC諧振回路作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。電路工作在丙類工作狀態(tài)以保證電路效率較高，基極負(fù)偏壓或零偏壓。3

16、基極振幅調(diào)制器電路的仿真3.1軟件MultiSim簡介Multisim本是加拿大圖像交互技術(shù)公司Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為根底的仿真工具，被美國NI公司收購后，更名為NI Multisim ，而V10.0是其即NI，National Instruments最新推出的Multisim最新版本。目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計的模塊Multisim、PCB設(shè)計軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計模塊msim 4個局部，能完成從電路的仿真設(shè)計到電路幅員生成的全過程。Multisim

17、、Ultiboard、Ultiroute及msim 4個局部相互獨立，可以分別使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及msim 4個局部有增強專業(yè)版Power Professional、專業(yè)版Professional、個人版Personal、教育版Education、學(xué)生版Student和演示版Demo等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差異。 NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實現(xiàn)了軟件即元器件、軟件即儀器。NI Multisim 10是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器

18、件供實驗選用，同時也可以新建或擴大已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計中使用。而且，它的的虛擬測試儀器儀表種類非常齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。NI Multisim 10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以

19、幫助設(shè)計人員分析電路的性能。 NI Multisim 10主要功能是可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進展仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。 而且NI Multisim 10具有有豐富的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能講解，Help中這種元器件功能講解有利于使用EWB進展CAI教

20、學(xué)。另外，NI Multisim10還提供了與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計自動化軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能通過Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進展編輯排版。支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設(shè)計。 利用NI Multisim 10可以實現(xiàn)計算機仿真設(shè)計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與實驗方法相比，具有如下特點：設(shè)計與實驗可以同步進展，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便；設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗；可方便地對電路參數(shù)進展測試和分析；可直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實

21、驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗本錢低，實驗速度快，效率高；設(shè)計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。NI Multisim 10軟件進展設(shè)計仿真分析的根本步驟為：設(shè)計創(chuàng)立仿真電路原理圖電路圖選項的設(shè)置使用仿真儀器設(shè)定仿真分析方法啟動Multisim10仿真。NI Multisim 10易學(xué)易用，便于電子信息、通信工程、自動化、電氣控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開展綜合性的設(shè)計和實驗，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。3.2電路的仿真基極調(diào)幅振蕩電路仿真電路仿真電路圖圖3-1基極調(diào)幅電路仿真電路仿真電路波形分析輸入高頻載波信號波形圖3-2輸入高頻載波信號波形輸

22、入高頻載波信號的幅度約為4伏左右，頻率為15MHZ輸入低頻調(diào)制信號波形圖3-3輸入低頻調(diào)制信號波形輸入的低頻調(diào)制信號的幅度為1V，頻率為200KHZ基極調(diào)幅電路輸出信號波形圖3-4輸出信號波形任何一種非線性器件都可以用來產(chǎn)生調(diào)幅彼。晶體管是一種非線性器件，只要讓其工作在非線性甲乙類，乙類或丙類狀態(tài)下，即可用它構(gòu)成調(diào)幅電路。一般總是把高頻載波信號和調(diào)制信號分別加在諧振功率放大器的晶體管的*個電極上，利用晶體管的發(fā)射結(jié)進展頻率變換，并通過選頻放大，從而到達(dá)調(diào)幅的目的。一般基極調(diào)幅電路工作在欠壓狀態(tài)，圖3-4輸出信號波形為電路工作在欠壓狀態(tài)。下面給出電路工作在臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài)的輸出信號波形。臨界狀

23、態(tài)電路輸出波形圖3-5臨界狀態(tài)輸出波形臨界狀態(tài)時，,為尖頂余弦脈沖，此時輸出的波形調(diào)幅深度最大。過壓狀態(tài)電路輸出波形圖3-6過壓狀態(tài)輸出波形過壓狀態(tài)時電路出現(xiàn)了失真，此時，為2V左右。注意：失真原因可以分為：1.波谷變平-由于過調(diào)或鼓勵過小,管子截止。2.波腹變平-電路工作在過壓狀態(tài),基流脈沖缺乏,集電極脈沖缺乏。4參數(shù)計算與分析計算基極調(diào)幅振蕩電路的放大倍數(shù)下列圖4-1為沒有加調(diào)制信號之前，輸入載波信號波形和輸出信號波形圖4-1未加調(diào)制信號之前輸入與輸出波形由圖4-1可知計算基極調(diào)幅振蕩電路的淘氣幅度m下列圖4-2為基極調(diào)幅振蕩電路輸出的已調(diào)波形 圖4-2基極調(diào)幅振蕩電路輸出的已調(diào)波形總結(jié)這

24、是在大學(xué)的第一次課程設(shè)計，當(dāng)我剛開場看到題目時，真是不知所措??！在網(wǎng)上查了一下基極調(diào)幅電路設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容，但確實東西很少??！然后就到圖書館去找相關(guān)資料，但是只找到了少數(shù)的資料，而且把那些資料研究了之后，發(fā)現(xiàn)有很多不是我所能理解的知識，于是我有些灰心了，最后只能回歸到課本上了，我又仔細(xì)研究了一下課本，發(fā)現(xiàn)用書上的一些知識也許可以，這使我又看到了希望。我主要以課本為資料做了這個設(shè)計，所以電路設(shè)計過于簡單，沒有什么復(fù)雜的元器件，并不象其它的教材那樣用到了很復(fù)雜的元器件或是用到了復(fù)雜的芯片。在電路的設(shè)計和創(chuàng)新上自己做的還很不夠,所以設(shè)計之后再回想一下，里面自己的東西很少，這也是以后需要改良的地方。此次課程設(shè)計的仿真電路我也沒有參加饋電局部，電路仿真過于簡單。通過