高频电子线路课程设计高频基极课程设计本科论文.docx

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高频电子线路课程设计高频基极课程设计本科论文

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前言

目前，随着电子信息技术的快速发展，为了将低频信号有效地辐射出去为了使发射与接收效率提高，在发射机与接收机方面部必须采用天线和谐振回路。

但语言、音乐图像信号等的频率变化范围如果直接发射音频信号则发射机将工作于同一频率范围。

这样接收机将同时收到许多不同电台的节目，从而无法加以选择。

为了克服以上的困难必须利用高频振荡将低频信号"附加"在高频振荡上，这样就使天线的辐射效率提高尺寸缩小，同时每个电台都工作于不同的载波频率，接收机就可以调谐选择不同脉电台了。

这样就解除了上述的种种困难。

传输信息是人类生活的重要内容之一。

利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。

无线电通信、广播、电视、导航、雷达、遥控遥测等，都是利用无线电技术传输各种不同信息的方式。

在以上这些信息传递的过程中，都要用到调制。

所谓将信号附加在高频振荡上就是利用信号来控制高频振荡的某个参数，使这个参数随信号而变化，即调制。

调制的方式可分为连续波调制与脉冲波调制两大类。

连续波调制是用信号来控制载波的振荡频率或相位，因而可分为调幅（AM）调频（FM）和调相（PM）三种方法。

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。

调频调制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅调制，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。

调幅即振幅调制，就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按照调制信号的规律变化，严格的来讲，是使得高频振荡的振幅与调制信号呈线性的关系，其他参数（频率和相位）不变。

调制信号是由原始消息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。

未受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。

从频谱关系看，调幅就是把调制信号的频谱搬移到高频载波附近。

AM信号的产生可以用高电平调制和低电平调制两种方式。

目前，AM信号大多都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。

高电平调幅将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可以直接发送出去。

这个过程通常是在丙类放大器中进行的。

根据调制信号控制的电极不同，高电平调幅可分为：

集电极调幅和基极调幅。

所谓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。

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偏压，以实现调幅。

其基本原理是，低频调制信号电压与直流偏压相串联。

放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随着调制信号波形而变化。

使三极管工作在欠压状态下，集电极电流的基波分量随着基极电压成正比变化。

因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随着调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。

因为基极调幅所需调制功率很小，对整机的小型化有利。

因此，基极调幅电路在现实中的应用是非常重要的。

1Multisim仿真软件的介绍

NIMultisim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NIMultisim，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NILabVIEW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。

1.1Multisim软件介绍

NIMultisim10是美国国家仪器公司（NI，NationalInstruments）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Commsim4个相互独立的部分，能完成从电路的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（PowerProfessional）、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。

Multisim10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。

Multisim10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。

Multisim10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，支持VHDL和VerilogHDL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。

1.2Multisim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Multisim10，如下图1-1所示：

图1-1Multisim10启动界面

2软件选项设置

单击―主菜单栏中的―option（选项）”,选择―GlobalPreferences，出现下面的对话窗口，如下图1-2所示：

可选择合适的元件类型。

图1-2GlobalPreferences对话窗

3绘制电路

元器件库的操作包括：

（1）取用元件：

从元器件库中取用所需元件；

图1-3元器件库

点击某元件会弹出如图1-3所示对话框，可根据要求选择所需器件，然后按OK（确定）即可。

Multisim10的元件均具有下列元素:

Symbol–元件符号（forSchematic）

Model–元件模型（forSimulation）

Footprint–元件外型（forLayout）

ElectronicParameter–电子元件参数

UserDefinedInfo.–使用者自定资讯

Pinmodel—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1-4所示：

图1-4属性对话框

其中，Label：

修改元件序号、标识；Display：

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；

右击元件可得到对话框，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（FunctionGenerator）、瓦特表（Wattmeter）、示波器（Oscilloscope）、四通道示波（4channelOscilloscope）、波特图仪（BodePlotter）、频率计数器（Frequencycounter）、字符信号发生器（WordGenerator）、逻辑分析仪（LogicAnalyzer）、逻辑转换器（Logicconverter）、IV曲线分析仪（IVAnalyzer）、失真度分析仪（DistortionAnalyzer）、频谱分析仪（SpectrumAnalyzer）、网络分析仪（NetworkAnalyzer）、Aglient函数信号发生器（AglientFunctionGenerator）、Aglient万用表（AglientFunctionGenerator）、Aglient示波器（Aglient100MOscilloscope）、动态测试笔（Dynamicmeasurementprobe）。

2基极振幅调制器电路实现与分析

2.1基极调幅定义

基极调幅—用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。

2.2基极振幅调制器原理分析

基极调制特性是指仅改变

时，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。

由于基极回路的电压

，

和

决定了放大器的

，因此，改变

的情况与改变

的情况类似，不同的是

可能为负。

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偏压，以实现调幅。

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。

低频调制信号与Ucc相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。

丙类功放工作在欠压状态时，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化，因此集电极输出的高频电压振幅将随调制信号的波形而变化,于是得到调幅波输出。

2.3基极振幅调制器原理电路

基极调幅的基本原理电路如图1-1所示,低频调制信号与直流偏压Ubb串联。

因此,放大器的有效偏压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。

为高频载波电压，

为调制信号电压,W

作为等效基极偏置电压。

除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。

对于丙类高频功率放大器，当集电极直流电压Ucc，激励高频信号电压和集电极有效回路Rp不变，只改变基极偏压时，集电极电流脉冲在过压区可以认为是不变的。

但在欠压区集电极电流脉冲幅度将随基极偏压成正比变化。

因此基极调幅必须工作在欠压区，集电极回路输出高频电压，振幅将随调制信号的波形而变化于是得到调幅波输出。

同时为了兼顾效率和功率应使放大管工作在丙类，且最佳半导通角70度左右。

晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。

若设

为基极有效电源电压；

集电极输出电压为：

U（t）=Uc（1+mcos

t）coswt；

显然，为了实现不失真的调制，电路应工作在欠压状态。

需要说明的是：

高电平调幅电路可以产生且只能产生普通调幅波。

图2-1基极调幅的基本原理电路

基极调幅电路的特点：

（1）LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。

（2）电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；基极负偏压（或零偏压）；

（3）必须工作在欠压状态下；

（4）载波和边频的功率都由直流电源Ucc提供；

（5）调制过程中效率是变化的；

（6）基极电路电流小，消耗功率小，故所需调制信号功率很小；

（7）功放和调制同时进行。

2.4基极调幅的特性曲线

基极调幅分为欠压、临界、过压三种状态，随着Ubb从负值向正值增大的过程中三极管的工作状态从欠压经临界到过压，具体如图2-2所示：

图2-2基极调制特性

基极振幅调制器电路由NIMultisim软件模拟仿真实现，工作在丙类基极振幅调制特性分析如下图2-3所示：

图2-3基极振幅调制特性

放大器工作在丙类状态；集电极电流为周期性的余弦脉冲。

利用选频回路的选频作用，输出信号电压将仍与输入信号电压ub（t）成正比。

从图中可以看出为了使Ic受Ubb的控制明显，放大器应工作在欠压状态。

3基极调幅电路的仿真

3.1基极调幅仿真原理电路

基极调幅仿真原理电路如图3-1，其基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压Ucc输入信号振幅Ub，谐振电阻Rp不变的条件下，在次压区改变Ubb，其输出电流随bbU变化这一特点来实现调幅的。

图中43,CC为高频旁路电容。

调幅过程是非线性变换的过程，将产生多种频率分量，所以调幅电路应用LC带通滤波器，用来滤除不需要的频率分量；采用平衡推挽电路可以抵消一部分不需要的频率成分。

任何一种非线性器件都可以用来产生调幅波。

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。

LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。

电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高，基极负偏压（或零偏压）。

图3-1基极调幅电路设计电路

3.2基极调幅设计电路

由基极振幅调制电路的设计原理和设计原理图可得基极调幅仿真电路如下图3-2所示：

图3-2基极调幅仿真电路

3.3放大倍数

图3-3载波信号波形

图3-4输出信号波形

当调制信号为零时，基极调幅电路输入的高频载波信号波形，设置载波信号振幅为4V，频率为15MHz，所以输入载波信号为则所得波形如图3-3所示：

载波信号经过三极管放大后得到的放大输出信号波形如图3-4所示：

在示波器上读出放大信号的振幅峰峰值为20V,频率为100ns,所以得信号的放大倍数Au=40/4=10。

3.4基极调幅电路分析

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。

一般基极调幅电路工作在欠压状态。

3.4.1基极调幅工作在欠压工作状态下的分析

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如下图3-5所示。

基极调幅就是工作在这种状态。

图3-5欠压工作状态

基极调幅在欠压时，输入波形如下图3-6、输出已调波信号波形如图3-7所示：

图3-6输入波形

由图3-7调制信号波形可以读出输出的已调波信号的Uomax=50V,Uomin=20V。

所以得出调制系数：

m=（Uomax-Uomin）/（Uomax+Uomin）=3/7。

调制信号的振幅峰峰值为2V，频率为f=200KHz,得适合的波形如下图3-8所示：

由图3-8可以看出输出的已调波信号的频率与载波信号相近，也可以看出输出的已调波信号波形的包络线与输入的调制信号波形一致。

图3-7输出欠压已调波信号波形

图3-8调制信号波形

3.4.2基极调幅工作在临界工作状态下的分析

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，此状态称临界状态如图3-9所示。

图3-9临界状态

图3-10输出临界已调波

临界状态时，Uces=Ucemin,Ic为尖顶余弦脉冲，此时输出的波形调幅深度最大。

已调信号的波形如图3-10所示：

3.4.3基极调幅工作在过压工作状态下的分析

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如图3-11，此时的集电极电流会产生失真，输出电压也会产生失真。

图3-11过压状态

基极调幅在过压工作状态时输出的已调波信号波形图如下图3-12所示：

过压工作状态时输出的已调波信号波形失真且放大倍数较小。

失真原因可以分为：

1.波谷变平--由于过调或激励过小,管子截止。

2.波腹变平--电路工作在过压状态,基流脉冲不足,集电极脉冲不足。

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。

图3-12输出过压已调波

基极振幅调制的优缺点：

由于基极电路电流小，消耗功率小，故所需调制信号功率很小，调制信号的放大电路比较简单，这是基极调幅的优点。

但因其工作在欠压状态，集电极效率低是其一大缺点。

一般只用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。

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。

4总结

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，使我学到了很多知识，也对基极调幅电路有了更深的了解，让我充分了解了关于高频电子子原理与设计理念了解了基极调幅电路的原理，加深对所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。

基极振幅调制器是利用调制信号的大小去控制高频载波的振幅，使其调制信号波形的变化呈线性变化，其他参数（频率和相位）不变。

调幅是连续波调制中比较重要的一个调制方法，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。

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。

此次课程设计的仿真电路我也没有加入馈电部分，电路仿真过于简单。

通过此次课程设计，加强了我们动手，思考和解决问题的能力。

在这次课程设计中遇到了各种各样的问题，经常遇到这样那样的情况，比如说，输出的波形失真，三极管放大倍数太小，电路各个参数不知道如何选择等等。

同时在这次课程设计中，我们也发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，因此在这上面耗费了很多时间。

对于以后的学习我一定要认真对待，不能再像这次一样了。

我体会到了学习和实践的不同，学习只需要理解，而实践则需要将理解升华，将知识系统的应用。

经过这一周的努力，在老师和同学的帮助下，我完成了设计任务。

在设计过程中，我学到了很多新东西。

我一直坚信，只要我努力去做，就能一定能做好。

参考文献

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高等教育出版社，2007

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