通信电子线路64786

《通信电子线路64786》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信电子线路64786（27页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 通信电子线路课程设计任务书题目 通信电子线路的设计以及multisim仿真系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师 下达日期 2011 年 12 月 18 日设计时间 自 2011年 12 月 26 日 至 2011 年 12 月 30 日成绩评定：指导教师签字：年月日一 高频小信号谐振放大电路的仿真分析（一）单调谐高频小信号放大电路的仿真分析1. 单调谐高频小信号放大电路的电压放大作用（1）创建电路（2）仿真分析（输入输出、幅频特性、结果分析）2单调谐高频小信号放大电路的选频特性信号源换成矩形波，观察单调谐高频小信号放大电路的选频特性如何体现？（二）双调谐高频小信号放大电路的仿真分析*（选

2、作）（1）创建电路（2）仿真分析（输入输出、幅频特性、结果分析）二 高频谐振功率放大电路的仿真分析（一）高频谐振功率放大电路的原理1. 高频谐振功率放大电路的电压放大作用（1）创建电路（2）仿真分析（输入输出、幅频特性、结果分析）2集电极电流和输入信号成非线性关系a) 原理（改变Ubm。观察ic的波形）b) 创建电路c) 仿真分析（选取参数，分别令电路工作于欠压、过压状态）（二）高频谐振功率放大电路的特性分析1.负载特性分析（创建电路、仿真分析及说明）2.调制特性分析（创建电路、仿真分析及说明）三 调幅、检波及混频电路的仿真分析*（一）普通调幅电路的仿真分析1.单频调幅基本理论2.单频调幅的仿

3、真分析3.多频调幅的仿真分析*（选作）（二）双边带调制及单边带调制的仿真分析1.双边带调制的仿真分析2.单边带调制的仿真分析（三）检波电路的仿真分析1.同步检波器的仿真分析2.二极管包络检波器的仿真分析（四）混频电路的仿真分析*（选作）题目三中，每种电路仿真分析均需包含以下几方面：（1）电路原理（2）创建电路（3）仿真分析（4）傅里叶分析（5）仿真说明目录一 multisim80仿真软件的简介5二 Multisim80用于单调谐回路放大器的仿真分析621 单调谐回路放大器电路的原理72.2 基于Multisim8软件的单调谐回路放大器电路的建立：112.2.1 单调谐回路放大器电路的直流工作点

4、的分析112.2.2 单调谐回路放大器电路的交流分析122.2.3 单调谐回路放大器电路的通频带和选择性的测量1222.4 单调谐回路放大器电路的瞬态特性分析132.3 双调谐放大基本电路的基本介绍14三. 高频谐振功率放大器153.1 高频谐振功率放大器电路的分类：163.2 甲类功率放大器173.3 丙类功率放大器183.3.1 基本关系式183.3.2 负载特性203.4.1输出功率213.4.2效率223.4.3 基极偏置电路223.4.4 去耦滤波网233.5 高频谐振功率放大器的调整233.5.1 变压器的安装233.5.2 谐振状态的调整方法233.5.3 寄生振荡及其消除方法2

5、3四.心得体会25 课设内容一 multisim80仿真软件的简介 Multisim80是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它用软件的方法模拟电子线路元器件和仪器仪表，其丰富的元件库提供了16 000多个组件，确保了仿真结果的真实性和实用性； multisim80的虚拟测试仪器种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流、交流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。multisim80具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的

6、线性和非线性分析、电路的噪声分析失真分析、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，以帮助设计人员分析电路的性能。multisim80是一款电子设计仿真软件，具有实际元件相对应的建模精确的真实仿真元件模型，基于multisim80仿真软件的高频单调谐放大电路，并结合该软件对高频单调谐放大电路的电压、增益、通频带、选择性等参数进行了测试与仿真分析，结果直观、精确，很好地验证了理论。该软件有强大的仿真和分析功能，在实现高频电路分析和设计方面不仅高效、可靠，而且具有逼近真实电路的效果。二 Multisim80用于单调谐回路放大器的仿真分析高频调谐放大器是高频电子线路中的基本单元

7、电路，广泛应用于广播、雷达、通信等接收设备中，调谐放大器可分为单调谐、双调谐和参差调谐放大器，电压增益、谐振频率、通频带、选择性等是调谐放大器的主要质量指标，单调谐放大器是分析其他2种放大器的基础。以下利用MultiSim80仿真技术来完成对高频单调谐放大器的测试及性能分析。图1-1 单调谐回路谐振放大器原理图21 单调谐回路放大器电路的原理2.1.1 高频小信号放大器的分类：若按器件分可分为晶体管放大器，场效应管放大器，集成电路放大器 ； 若按通带分可分为窄带放大器，宽带放大器； 若按负载分可分为谐振放大器，非谐振放大器。 2.1.2 高频小信号放大器的质量指标 1. 增益（放大倍数） 放大

8、器输出电压V O（或功率P O）与输入电压V i（或功率P i ）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用A v ( 或 A p ) 表示（有时以dB数计算）。2. 通频带 放大器的电压增益下降到最大值的 0.7（即 1/ ）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用BW=2f 0.7表示 。2f 0.7 也称为 3 分贝带宽。由于放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，以便让必要的信号中的频谱分量通过放大器。 与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数Q L 。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。并且

9、，通频带愈宽，放大器的增益愈小。 3. 选择性 从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性，选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。 （1）矩形系数 按理想情况，谐振曲线应为一矩形。即在通带内放大量均匀。在通带外不需要的信号得到完全衰减。但实际上不可能，为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。 2f 0.1 、 2f 0.01 分别为放大倍数下降至 0.1 和 0.01 处的带宽，K r 愈接近于1 越好。 （2）抑制比 表示对某个干扰信号 f n 的抑制能力，用 dn 表示。用A n 为干扰信号的放大倍

10、数，Av0 为谐振点 f 0 的放大倍数。 4. 工作稳定性 指在电源电压变化或器件参数变化时，以上三参数的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化，中心频率偏移、通频带变窄等，不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。 为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。 5. 噪声系数 放大器的噪声性能可用噪声系数表示 NfN f 越接近 1 越好，在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。 以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。双调

11、谐放大基本电路的基本介绍 双调谐放大基本电路的基本介绍调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，它主要用来对小信号进行电压放大，所以大多工作于甲类放大状态。在发射机中它主要用来放大射频功率，因而大多工作于丙类或乙类状态（见功率放大器）。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。它可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合（图1和图2）。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。 单级调谐放大器的增益

12、与带宽的乘积受到放大器件参数的限制。在器件已选定时，放大器的增益越高，带宽就越窄。为保证有足够的增益和适当的带宽，往往采用几级调谐放大器级联。有时将两级（或三级）放大器的回路分别调谐到两个（或三个）不同的频率上，构成参差调谐放大器。这种放大器具有较宽的频带，总增益较高，但放大器的调整较麻烦。雷达接收机的中频放大级常采用这类放大器。 2.2 基于Multisim8软件的单调谐回路放大器电路的建立： 根据单调谐回路谐振放大原理图进入Multisim8的电路设计界面，选取所需元器件编辑电路图，所建立的高频单调谐放大电路如图1所示，此电路为共发射极单调谐放大器，回路中心频率约等于10.6Mhz.2.2

13、.1 单调谐回路放大器电路的直流工作点的分析 通过点击Simulate菜单中的AnalysesDC OperatingPoint Analysis，将所需测量的静态工作点从Variables incircuit(All variables)添加到Selected variables for(Allvariables)中，然后点击Simulate，进行直流工作点的分析，其结果如图2所示。由下图可得：直流工作点如下：Ve=&6=2.59787V，Vb=&3=3.39660V；Vc=&5=12.00000V；Vout=0V；2.2.2 单调谐回路放大器电路的交流分析 交流分析是分析电路的小信号频率响

14、应，其分析结果以幅频特性和相频特性2个图形显示。点击Simulate菜单，选择Analyses选项中AC Analyses命令，设置Startfrequency为8 MHz，stop frequency为15 MHz，以及其他相关项的设置。然后点击Simulate进行分析，结果如图所示。从图中可以看出中心频率为105776 MHz(黄色标尺显示的值)，此时的放大倍数最大，约为46.43倍，放大增益为34db。2.2.3 单调谐回路放大器电路的通频带和选择性的测量 习惯上通频带用2f0 表示(最大增益下降到07处所对应的2个频率差值)。通频带用以衡量从实际信号中选择各有用频率分量的能力，而对不需

15、要的频率分量(也称为干扰)能够得到最大限度的抑制的能力用选择性来衡量(选择性用矩形系数K0.1表示)。分别置2个标尺在最大增益的0707处，如图4所示。根据图右边显示结果，计算选频网络的通频带2f0=1.5299 MHz。矩形系数是衡量选择性的一个基本指标，根据公式K0.1=f0.1-f0.7矩形系数越接近1，说明选择性越好，抑制邻近波道干扰信号的能力越强。22.4 单调谐回路放大器电路的瞬态特性分析 瞬态分析是对选定节点的时域分析，即观察该节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形，分析结果与示波器仿真相同，可以利用瞬态分析菜单或者示波器观察某点的电压波形。点击SimulateRun或者按快捷运

16、行按钮，双击示波器观察仿真结果。图5分别显示了回路输入和输出端电压波形，输出电压Vo与输入电压Vi输入信号为1O57 MHz、电压峰峰值为60 mV。输出电压经测量峰峰值为2097V。故调谐放大器的增益为：Vo/Vi =2.097/0.0634.9db 图5 调谐回路输入输出波形2.3 双调谐放大基本电路的基本介绍 调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，它主要用来对小信号进行电压放大，所以大多工作于甲类放大状态。在发射机中它主要用来放大谐振功率，因而大多工作于丙类或乙类状态。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐

17、回路。它可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。 单级调谐放大器的增益与带宽的乘积受到放大器件参数的限制。在器件已选定时，放大器的增益越高，带宽就越窄。为保证有足够的增益和适当的带宽，往往采用几级调谐放大器级联。有时将两级（或三级）放大器的回路分别调谐到两个（或三个）不同的频率上，构成参差调谐放大器。这种放大器具有较宽的频带，总增益较高，但放大器的调整较麻烦。雷达接收机的中频放大级常采用这类放大器。 三. 高频谐振功率放大器、高频谐

18、振功率放大器电路基本原理 高频谐振功率放大器电路原理图CD3.1 高频谐振功率放大器电路的分类： 利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。根据放大器电流导通角的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的180o，效率最高也只能达到50，而丙类功放的90%，效率可达到80。T1：2N5551；T2：8050；C10、C11、C20、C21 ：0.01F；L10、L20 ：68H图3.3.1 高频功率放大器 图3.3.1为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路；其中晶体管T1组成非谐振甲类功率放大器，T2组成丙类谐振功

19、率放大器。下面介绍它们的工作原理。 3.2 甲类功率放大器 如图3.3.1所示，晶体管T1组成的非谐振甲类功率放大器工作在线性放大状态。其中RE为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。R1为交流负反馈电阻，一般为几欧至几十欧，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。 3.3 丙类功率放大器 3.3.1 基本关系式 如图3.3.1所示，丙类功放的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0在射极电阻RE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号vi为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路L2、C2的选频作用可输出基波谐振电压vc1、电流ic1。 Vc

20、1mIc1mR0 (3-3-1)式中，Vc1m 集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；Ic1m 集电极基波电流的振幅； R0 集电极回路的谐振阻抗。集电极输出功率 Pc = = (3-3-2）式中，Vcm集电极输出的交流电压的振幅。 Vcm=VCC- ICQRE1- VCE(sat) (3-3-3)式中，VCE(sat)称为饱和压降。电源VCC供给的直流功率 PD=VCIc0 (3-3-4)式中，Ic0集电极电流脉冲ic的直流分量。 Ic0= Icm0（） (3-3-5) Icm= Ic1m/1（） cos=式中，VBE(on) 晶体管导通电压硅管约0.6V；Vbm 输入电压（或激励电压）的振

21、幅；VBB 基极直流偏压。VBB- Ic0 RE (3-3-6) 放大器的效率为 = Po/ PD (3-3-7)图3.3.2变压器耦合电路丙类功放的输出回路采用了变压器耦合方式，其等效电路如图3-3-2所示。集电极谐振回路为部分接入，谐振频率为 或 (3-3-8) 谐振阻抗与变压器线圈匝数比为 (3-3-9) (3-3-10)式中，N1 集电极接入刻级的匝数； N2 初级线圈总匝数； N3 次级线圈总匝数； QL 初级回路有载品质因数，一般取值为210。 丙类功放的输入回路亦采用变压器耦合方式，以便输入阻抗与前级输出阻抗匹配。图3.3.3 谐振功放的负载特性 3.3.2 负载特性 当功率放大

22、器的VCC，VBB，Vbm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效 负载电阻Re。谐振功率放大器的交流负载特性如图3.3.3所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性曲线的转折点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCE(sat)，集电极电流脉冲接近最大值Icm。此时Pc和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。Re所对应的阻值称为最佳负载电阻值，用R0表示，即 R0=( VCC- VCE(sat)2/2Po (3-3-4) 当ReR0时，放大器处于欠压工作状态，如C点所示集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当ReR0时，

23、放大器处于过压工作状态，如E点所示集电极电压虽然较大，但集电极电流波形凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。 为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是 VCC- VCm = VCE(sat) (3-3-5)3.4 主要技术指标及测试方法 3.4.1输出功率 高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。对于图所示电路中，由于负载RL与丙类功率放大器的谐振回路之间采用变压器耦合方式，实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频功率放大器的输出功率，即Po=

24、PC。 测量功率放大器的主要技术指标的连接电路如图所示，其中直流电流表mA测量集电极的直流电流；高频毫伏表V测量负载RL的端电压。只有在集电极回路处于谐振 状态时才能进行各项技术指标的测量。示波器用于观 察ic的波形。放大器的输出功率Po为 Po= (3-3-6)式中，VL高频电压表V的测量值。 3.4.2效率 高频功率放大器的总效率由集电极的效率和输出网络的传输效率决定。而输出网络的传输效率通常是由于电感、电容在高频工作时产生一定损耗而引起的，放大器的能量转换效率主要由集电极的效率所决定。所以常将集电极的效率视为高频功放的效率。= Po/ PD利用图所示电路通过测量来计算功放的效率。集电极回

25、路谐振时， (3-3-7) 式中，Ic0电流表mA的测量值。3.4.3 基极偏置电路 由式（3-3-6）可得，加入Vbm后，VBB- Ic0 RE。取RE =10，则VBB-0.54V。由式（3-3-5），由VBE(on)=0.6V，得 Vbm=2.56V取高频旁路电容CE2=0.01F。3.4.4 去耦滤波网高频电路的电源去耦滤波网络通常采用型LC低通滤波器如图3.3.1所示，L10、L20可按经验取50100H，C10、C11、C20、C21可取0.01F。3.5 高频谐振功率放大器的调整3.5.1 变压器的安装 变压器安装后，应确保其输入、输出电压反相（示波器测量），否则会产生较大干扰。

26、3.5.2 谐振状态的调整方法 理论上分析，丙类功放的集电极回路处于谐振状态时，回路电压VL为最大，集电极平均电流Ic0最小。但由于受放大器内部电容Cbc的影响，两者并不同时出现。 因此在实际应用中，一般以VL最大为谐振指示。3.5.3 寄生振荡及其消除方法 寄生振荡是高频功率放大器调整过程中经常遇到的一种现象，根据振荡产生的原因，常见寄生振荡有以下两种：（a）1/2基波的影响（b）3倍频的影响图3.3.6参量自激型寄生振荡影响的输出波形 （1）参量自激型寄生振荡 当放大器的输出电压足够大时，放大器的动态工作点可 能进入参量状态，这时晶体管的许多参数将随着工作状态而变化，将产生许多新的频率分量

27、，其中某些频率分量会形成自激振荡。对输出波形影响较大的是1/2基波频率，图3.3.6画出了1/2基波和3倍频参量自激时，输出端的合成波形。 消除参量寄振荡的常用办法是在基极或发射极接入防振电阻（几欧至几十欧），或引入适当的高频电压负反馈，或 降低回路的有载QL值，或减小激励信号电平。 (a) 低频寄生振荡的影响 (b) 高频寄生振荡的影响图3.3.7反馈型寄生振荡影响输出波形（2）反馈型寄生振荡 反馈型寄生振荡又分为低频寄生振荡与高频或超高频寄生振荡。低频寄生振荡的频率低于放大器的工作频率，高频寄生振荡的颇率高于放大器的工作频率。图3.3.7分别为叠加有低频自激与高频自激信号的输出波形。 低频

28、寄生振荡一般是由输入回路中的电容引起的。消除低频寄生振荡的办法是设法破坏它的正发馈支路，例如减少基极回路线圈的电感量或串入电阻RF，降低线圈的有效Q值。 高频寄生振荡一般是由电路的分布参数（分布电容、引线电感等）的影响所造成。消除高频寄生振荡的有效方法是尽量减少引线的长度、合理布局或基极回路接入仿振电阻。 四. 心得体会 由于我原来对Multisim80软件一点都不了解，所以经过几天的查找资料和下载下软件实践，现在对 Multisim80软件有了基本的了解，也区分清楚了高频谐振功率放大电路和单调谐高频小信号放大电路的不同，同时也使我认识到了学习局限于以前的书本上的东西，而应该应用于实际。 我在这次课设中我懂得了有些问题是可以自己慢慢看书、摸索，在反复尝试的过程中解决，虽仍会有些问题和某些缺陷，但它使我感到了一丝成就感。我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作当中去，是解决问题的一个方法，并在老师的指导会变得更加完善！附:参考资料：高频电子线路课本网络Multisim80软件书 26