高频仿真实验报告.docx

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高频仿真实验报告

实验报告

实验课程：

通信电子线路实验（软件部分）

学生姓名：

周倩文

学号：

6301712010

专业班级：

通信121班

指导教师：

雷向东老师、卢金平老师

实验一仪器的操作使用

实验二高频小信号调谐放大器

实验三非线性丙类功率放大器实验

实验四  三点式正弦波振荡器

实验五晶体振荡器设计

实验六模拟乘法混频

实验七二极管的双平衡混频器设计

实验八集电极调幅实验

实验九基极调幅电路设计

实验十模拟乘法器调幅

南昌大学实验报告

学生姓名：

周倩文学号：

6301712010专业班级：

通信121班

实验类型：

□验证□综合□设计□创新实验日期：

2014-10-24实验成绩：

、

实验三非线性丙类功放仿真设计（软件）

一、实验目的

1.了解丙类功率放大器的基本工作原理.掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。

2.了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。

3.掌握丙类放大器的计算与设计方法。

二、实验内容

1.观察高频功率放大器丙类工作状态的现象.并分析其特点

2.测试丙类功放的调谐特性

3.测试丙类功放的负载特性

4.观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响

三、实验基本原理

放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。

功率放大器电流导通角越小.放大器的效率越高。

非线性丙类功率放大器的电流导通角小于90°.效率可达到80%.通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

特点：

非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小）.基极偏置为负值.电流导通角小于90°.为了不失真地放大信号.它的负载必须是LC谐振回路。

在丙类谐振功放中.若将输入谐振回路调谐在输出信号频率n次谐波上.则可近似的认为.输出信号回路上仅有ic中的n次谐波分量产生的高频电压.而它的分量产生的电压均可忽略。

因而.在负载RL上得到了频率为输入信号频率n倍的输出信号功率。

将这种电路成为倍频器.它广泛的应用于无线电发射机等电子设备中。

有上述原理构成的倍频器.它的倍频次数不宜过高。

本实验设计的倍频器是二倍频。

四、实验电路设计

实验总的电路设计.其中输入的是高频小信号.经过LC谐振网络后进行非线性丙类放大.而后是LC谐振选频网络。

由下图可以清楚看出信号在放大.输出基波。

将输出部分的试验LC回路参数值减半.由下图可以清楚看出信号在放大.输出倍频的波。

实现了倍频器的功能。

五、实验总结

通过对实际电路的分析.结合实际实验.并利用其它电路作为辅助.提出了一种高频小信号调谐放大器的有效方法.设计时要考虑到的高频放大器时经常出现的自激振荡、频率难以确定以及电路中各级间阻抗不匹配问题。

本次试验不但锻炼了我最基本的高频电子线路的设计能力.更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。

还是有书到用时方恨少的感觉呀。

 在此次设计时遇到了不少的困难和问题但是通过不懈努力.辛苦的去专研去学习.最终都克服了这些困难.使问题得到了解决。

其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的.所以自己要学会查找相关资料.利用图书馆和网络.这是一个比较辛苦和漫长的过程.最后在老师的帮助下完成了实验。

南昌大学实验报告

学生姓名：

周倩文学号：

6301712010专业班级：

通信121班

实验类型：

□验证□综合□设计□创新实验日期：

2014-11-7实验成绩：

、

实验五正弦振荡仿真实验

一、实验目的

1、掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。

2、掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。

3、研究外界条件变化对振荡频率稳定度的影响。

4、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度.加深对晶体振荡器频率稳定度高的原因理解。

二、实验内容

1调试LC振荡电路特性.观察各点波形并测量其频率。

2观察振荡状态与晶体管工作状态的关系。

3观察反馈系数对振荡器性能的影响。

4比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度。

5观察温度变化对振荡频率的影响。

三、实验基本原理与电路

 1、LC振荡电路的基本原理 

  LC振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。

LC振荡器是指振荡回路是由LC元件组成的。

从交流等效电路可知：

由LC振荡回路引出三个端子.分别接振荡管的三个电极.而构成反馈式自激振荡器.因而又称为三点式振荡器。

如果反馈电压取自分压电感.则称为电感反馈LC振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容.则称为电容反馈LC振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中.电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度.电路形式简单.适于在较高的频段工作.尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百MHz-GHz。

2、石英晶体振荡电路的基本原理

石英晶体振荡器采用适应近体谐振器作为选聘回路的振荡器.其振荡频率主要有石英晶体决定。

于LC回路相比.适应近体振荡器具有很高的标准性和品质因数.使石英晶体振荡器可以获得较高的频率稳定度。

石英晶体振荡器的频率稳定度高.因为：

1、石英晶体谐振器具有很高的标准性。

2、石英晶体谐振器与有源器件的接入系数。

3、石英晶体谐振器具有非常高的Q值。

三、实验设计

LC振荡电路设计实验总的原理图：

四个电阻为三极管提供合适的静态工作点。

C2是格直流的电容；由C3.C5.L1构成电容三点式的震荡。

四.实验结果显示以及分析总结

下图为用示波器观测的震荡的起振过程。

C5震荡稳定后的波形观测：

由光谱分析仪观测到的信号频率.在5.545KHz附近。

由探针实际测量的频率值是5.64KHz。

输入与输出之间的相位差观察以及测量方法：

数据表格：

实验数据与理论值间的差异分析：

理论值:

 增益：

分别算得三种情况下增益A应为4,4,9 测量值与理论值相差不大.分别为3.99,3.91,9.04基本可认为是读数误差了。

谐振频率:

分别算得三种情况下谐振频率为5.627KHZ.8.897KHZ.7.503KHZ.实际测得谐振频率分别为5.959KHZ.8.975KHZ.7.983.大致相等.其误差也可以认为是振荡器的输出的微小变化所引起。

 相位差：

理论上都应为放大器的输出电压UO与输入电压Ui反向.即

实际测得主要为167.62.170.9.174.9.频率的误差和读数误差.计算累计导致。

晶体振荡电路整体设计电路：

下图为晶体振荡器电路的输出波形图：

由实验输出波形观察及测量分析可知.晶体振荡器产生正弦信号的频率基本由晶体振荡器本身的参数来决定.外界电路对于频率的影响很小。

实验室晶振接入10MHz的时候.输出的正弦波振荡频率是9.48MHz,大致是与理论值相符合的。

其中的晶振的负载电容对于输出正弦波的频率值有一定的影响。

（要满足是晶振的匹配负载30pf或者是50pf）

五、实验结果分析与总结

由实验输出波形观察及测量分析可知.晶体振荡器产生正弦信号的频率基本由晶体振荡器本身的参数来决定.外界电路对于频率的影响很小。

实验室晶振接入10MHz的时候.输出的正弦波振荡频率是9.48MHz,大致是与理论值相符合的。

且晶体震荡与LC震荡相比.晶体震荡有较好的频率稳定性。

而LC振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器.LC振荡器是指振荡回路是由LC元件组成的。

其频率由LC谐振回路的参数决定。

实验经过老师的指导.我明白我的设计还有很多的不足.还有很多需要改进的地方。

我还有很多需要学习的地方.并且在这些实验的工程中学到了很多知识。

我会继续的学习.我相信以后会做的更好。

南昌大学实验报告

学生姓名：

周倩文学号：

6301712010专业班级：

通信121班

实验类型：

□验证□综合□设计□创新实验日期：

2014-11-21实验成绩：

、

实验七二极管双平衡混频仿真实验设计

一、实验目的 

1. 掌握二极管的双平衡混频器频率变换的物理过程。

2. 掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流I对中频转出电压大小的影响。

3. 掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。

4. 比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。

二、实验内容 

1.  研究二极管双平衡混频器频率变换过程和此种混频器的优缺点。

2.  研究这种混频器输出频谱与本振电压大小的关系。

三、实验原理与电路

1.二极管双平衡混频原理

图3-1二极管双平衡混频器

二极管双平衡混频器的电路图示见图3-1。

图中VS为输入信号电压.VL为本机振荡电压。

在负载电阻RL上产生差频与和频.还夹杂有一些其它频率的无用产物.再接上一个滤波器（图中未画出）.即可取得所需的混频频率。

二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高.可达微波波段.由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。

图3-1中的变压器一般为传输线变压器。

二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。

众所周知.二极管的伏安特性为指数律.用幂级数展开为

当加到二极管两端的电压v为输入信号VS和本振电压VL之和时.V2项产生差频与和频。

其它项产生不需要的频率分量。

由于上式中u的阶次越高.系数越小。

因此.对差频与和频构成干扰最严重的是v的一次方项（因其系数比v2项大一倍）产生的输入信号频率分量和本振频率分量。

用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比.前者能有效的抑制无用产物。

双平衡混频器的输出仅包含（pωL±ωS）（p为奇数）的组合频率分量.而抵消了ωL、ωC以及p为偶数（pωL±ωS）众多组合频率分量。

图3-2双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器

下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为ωL及ωS的抑制作用。

我们将图3-1所示的双平衡混频器拆开成图3-2（a）和（b）所示的两个单平衡混频器。

实际电路中.本振信号VL大于输入信号VS。

可以近似认为.二极管的导通与否.完全取决于VL的极性。

当VL上端为正时.二极管D3和D4导通.D1和D2截止.也就是说.图3-2（a）表示单平衡混频器工作.（b）表示单平衡混频器不工作。

若VL下端为正时.则两个单平衡混频器的工作情况对调过来。

由图3-2（a）和（b）可以看出.VL单独作用在RL上所产生的ωL分量.相互抵消.故RL上无ωL分量。

由VS产生的分量在VL上正下负期间.经D3产生的分量和经D4产生的分量在RL上均是自下经上。

但在VL下正上负期间.则在RL上均是自上经下。

即使在VL一个周期内.也是互相抵消的。

但是VL的大小变化控制二极管电流的大小.从而控制其等效电阻.因此VS在VL瞬时值不同情况下所产生的电流大小不同.正是通过这一非线性特性产生相乘效应.出现差频与和频。

四、实验电路设计

由二极管双平衡混频原理设计如下图所示的仿真实验设计电路。

设计时使得T3管子的输入电压值远大于T2.从而使得二极管工作在受T3管子输入电压控制的开关状态。

并使得而这输入的电压值得之差等于中频频路465KHz.输出端所接是LC谐振网络.起到滤波的作用。

输出中频465KHz的波形图：

五、实验结果分析与总结

这次试验能够较好的较准确的输出混频后的信号.而实验设计最初的想法是不加输出端的LC震荡回路.结果发现实验示波器的输出端口不能输出正弦信号.看起来是好几个信号频率的叠加。

后来加上与所想要输出的中频回路相匹配的LC震荡网络后.输出了较好的波形。

这是因为混频后的频率有无数个.与中频相近的频率叠加在了输出上。

我在这次实验中学到了很多的知识.也对混频电路有了了解.也让我充分了解了关于高频电子子原理与设计理念了解了混频电路的原理.加深对所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。

也对一些应用软件有了一定的了解.对multisim有了更进一步的了解.对multisim的仿真部分的应用也有了很大的了解.开始的时候仿真总是失真.最后自己慢慢的调出来了.自己可以做简单的仿真实验了。

南昌大学实验报告

学生姓名：

周倩文学号：

6301712010专业班级：

通信121班

实验类型：

□验证□综合□设计□创新实验日期：

2014-11-28实验成绩：

、

实验九基极调幅实验设计 

一、实验设计技术要求

要求：

1．用EWB仿真.能够观察输入输出波形。

2．针对所设计的电路进行分析.并计算输出功率。

3．三极管工作在丙类状态。

4．采用单调谐做为负载。

5．采用三极管作为放大器。

实验参数设置：

1.输入信号频率50MHZ.电压500mV左右

2.输入直流电源电压22V

3.采用单调谐作为负载采用三极管作为放大器

设计要求：

1.分析设计要求.明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等.广开思路.构思出各种总体方案.绘制结构框图。

2.确定合理的总体方案。

以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较.并考虑器件的来源.敲定可行方案。

3.设计各单元电路。

总体方案化整为零.分解成若干子系统或单元电路。

4.组成系统.在一定幅面的图纸上合理布局.通常是按信号的流向.采用左进右出的规律摆放各电路.并标出必要的说明。

二、调幅电路原理设计 

所谓基极调幅.就是用调幅信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压.以实现调幅。

它的基本电路如图.由图可知.低频调制信号电压VΩcosΩt与直流偏压VBB相串联。

放大器的有效偏压等于这两个电压之和.它随调制信号波形而变化。

由于在欠压状态下.集电极电流的基波分量Icm1随基极电压成正比。

因此.集电极的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。

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LC带滤波器.用来滤除不需要的频率分量。

为了获得有效的调幅.基极调幅电路必须总是工作于欠压状态。

三、绘制出电路图

由上述的实验原理我们可以得出.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。

设计得到如下图所示的基极调幅的基本实验电路：

根据设计要求.调制信号和输出的已调信号的波形输出显示如下图所示

当然.如果实验电路参数设置不合理.会产生过调幅失真.如下面的两幅图所示：

同样的.当三极管不能工作在欠压状态时.比如说集电极电压设置的过小.使得三极管工作在过压区时.也不能输出正确的调幅波。

四、调幅系数的计算

根据要求设计给的参数有：

VCC=22Vf=50KHZ

如上仿真波形可知.双边带调幅达到调幅系数最大是：

Vmax=300mvVmin=50mv

则调幅度Ma=（Vmax-Vmin）/（Vmax+Vmin）=0.715

所计算得到的调幅度基本符合实验设计要求。

五、实验分析与总结

我在这次实验中学到了很多的知识.也对调幅电路有了了解.也让我充分了解了关于高频电子子原理与设计理念了解了调幅电路的原理.加深对所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。

也对一些应用软件有了一定的了解.对multisim有了更进一步的了解.对multisim的仿真部分的应用也有了很大的了解.开始的时候仿真总是失真.最后自己慢慢的调出来了.自己可以做简单的仿真实验了。

multisim功能很强大.基本上能满足我在设计中的任何要求,希望在以后的学习中会有更好的了解和学习。

实验经过老师的指导.我明白我的设计还有很多的不足.还有很多需要改进的地方。

我还有很多需要学习的地方.并且在这些实验的工程中学到了很多知识。

我会继续的学习.我相信以后会做的更好。