高频电子线路课程设计

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1、高频电子线路课程设计报告（2014-2015年度第一学期）题目： 学院: 专业: 姓名:AM波的调制与解调信息科学技术学院通信工程B班学号:组员：指导老师：2014年11月7日目录一、摘要3二、设计指标4三、原理概述及框图4四、实际电路设计6五、设计评价20六、心得体会21七、参考文献21一、内容摘要本文用MultisimlO设计并仿真了 AM波的调制与解调，在调制单元先设 计了一个振荡器产生f0 = 3.5MHz的载波信号，然后与频率fQ =10KHz的调制信 号经过一个集电极调幅电路产生了一个AM信号，在解调单元，将调制单元输出 的AM信号通过一个包络检波电路将调制信号从AM信号中提取出来

2、。最后再设 计一个低通滤波器，将高于调制信号频率的噪声滤除。在设计单元电路时，对每部分的电路设置参数，进行仿真、调参，对结果 进行分析，由于后续电路或者负载的影响会导致电路参数的设计与实际参数有 差距，再设置一个缓冲电路以减小后级电路对前级的影响，然后在考虑实际参 数的基础上观察波形是否失真从而选出合理的原件数值，反复调试后，得出结 果和心得体会。【关键词】：AM波 调制解调 集电极调幅 低通滤波器 仿真二、设计指标设计am波的调制解调电路，要求分别设计高频振荡器、集电极调幅电路、包络检波电路和低通滤波器。通过信号发生器产生一个调制信号与振荡器产生 的高频载波加入集电极电路，输出一个载波幅度随

3、着调制信号变化的调幅信号， 将该调幅信号加入包络检波器，输出原调制信号，考虑到输出信号中会带有噪声，故在调制信号输出前增加了一个RC低通滤波器滤除噪声，且在电路前后级 又加了一个缓冲级电路用来减少后级电路对前级的影响。各项参数设计指标如下：输入调制信号：100KHZ5V正弦波调制载波信号：1MHZ4mV正弦波解调载波信号：100KHZ4.5V正弦波三、原理概述及框图设计原理总框图图一设计原理总框图3.1 AM波调制原理fmcos w ct暨TT S (t)fA0图二AM波产生原理图调幅信号的时域表达式：S (t) = A + m(t)cosw t = A cosw t + m(t) cosw

4、tAM0c 0 cc(1) 调幅信号的频域表达式：1S (w) =A5(w+w )+8(w-w )廿 MW+w )+M(w-w)(2)图三AM信号的波形和频谱由AM波的图形可以看出，AM波的包络与调制信号m(t)的形状完全一样， 因此，用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。3.2高频振荡器本次实验设计所需的高频载波是由高频振荡器振荡得到，考虑各种振荡器产 生频率的稳定度，最终确定选择高稳定度LC振荡器电路，也即西勒电路。实际 的西勒电路原理图如下图：C = 11T + C 4 - C 3 + C 4+ + C1 C 2 C 3图四西勒电路原理图由图四知：回路的总的等效电容: 振荡频率：1f

5、=a2vLC 气L（q+q）西勒电路特点：（1）通过调节C4来实现振荡频率的调节；（2）C4的改变不会影响接入系数和反馈系数；（3）适合于振荡频率需要在较宽范围内可调的场合（最高振荡 频率/最低振荡频率可达1.61.8），改变振荡频率中，振荡信号的幅度比较平稳， 稳定度最高，振荡频率也最高；（4）其余性质与克拉泼电路相同。MULTISIM仿真图西勒电路图五西勒电路仿真图振荡器输出波形r缓变信号3.3集电极调幅电路所谓的集电极调幅，就是用调幅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。其工作原理如下：集电极调幅是利用低频调制电压去 控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使

6、集电极高频电流的基波 分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。实际上，它是一个集电极电源受 调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅。调幅管处于丙类工作状态。（1）集电极调幅的基本原理电路如图六所示:图六 集电极调幅原理电路图中，设基极激励信号电压（即载波电压）为： =匕cos气r则加在基射极间的瞬时电压为七=-匕E + Vcos %r（2）集电极电流脉冲的变化时的分析如下：调制信号电压VQ加在集电极电路中，与集电极直流电压匕C串联，因此，集 电极有效电源电压为V = V +u = V + V cost = V G + m cosQr）式中，C CC Q CC Q 0 CC aVCC为集电极

7、固定电源电压；ma= VJ VC为调幅指数。由上式可见，集电极的有效电源电压匕随调制信号压变化而变化。如图五所示，图七 同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形图中，由于Vbb与匕不变，故七max为常数，又R不变，因此动态特性曲线 的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随匕c值的不同，沿匕平行移动。由 图可以看出，在欠压区内，当VCC由VCC1变至VCC2临界）时，集电极电流脉冲的 振幅与通角变化很小，因此分解出的Icm1的变化也很小，因而回路上的输出电压 匕的变化也很小。这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。（3）集电极调幅波形图当动态特性曲线进入过压区后，匕C等于匕C3、匕C4等，

8、集电极电流脉冲的振幅下降， 出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。在这种情况下，分解出的1cm1随集电极电压VCC的V变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随cc而变化。输出高频电压的振幅V = I - R R 一 I 盘一 V _ V ,、C cm1 P， p不变，cm1随C而变化，而CC是受q控制的，回路两端输出的高频电 压也随匕变化，因而实现了集电极调幅。其波形如图八所示。Q(t)-V0|0(twMMoo iiii00 一印EUWW tV07T1(10 1I1 仕 b(t)XQ4图八集电极调幅波形图MULTISIM仿真电路XSA4XSA2图九集电极调幅仿真电路得到的AM波波形图十AM波输出

9、波形分析：集电极调幅的工作原理集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压 的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。 实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调 幅。调幅管处于丙类工作状态。要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载 波电流，然后设法将电报、电话等信号“加到”载波上去。将声音电流加在高 频电流上，这个过程称为调制。一个载波电流有三个参数可以改变，即振幅、 频率和相位。本次设计要求采用调幅方式。它的基本原理是，将要传送的调制 信号（这里我们以话音信号为例）从低频率搬移到高频，使它能通过电离层反 射进行传

10、输，在远距离接收端我们用适当的解调装置再把原信号不失真的恢复 出来，就达到了传输话音低频信号的目的。即载波的频率和相角不变，载波 的振幅按照信号的变化规律而变化，高频振幅变化所形成的包络信号就是原信 号的波形。通过载波传输声音信号，一是高频产生电磁波的要求，二则增添了许多频率段 可供人们选择使用，便于滤波。集电极调幅电路具有调制线性好，集电极效率高的优点。广泛用于输出功率较 大的发射机中。所需调制信号功率大是该调制电路的缺点。振幅调制电路的功 能是将输人的调制信号和载波信号通过电变换成高频调幅信号输出。普通调幅 波调辐电路的输出电压是普通调幅信号是载波信号振幅按调制信号规律变化的 一种振幅调制

11、信号，简称调幅信号。3.4二极管峰值包络检波器调幅信号的解调通常称为检波，分为包络检波和同步检波两类.本次设计采用包络检 波.，而检波的实质就是信号源通过二极管向负载电容C充电和负载电容C向负载电阻R放 电的过程.对于C而言,充电快放电慢，经过若干个周期后，检波器的输出电压v在充放电过 程中逐步建立起来该电压对二极管形成一个大的负电压，从而使二极管的输入电压的峰值 附近才导通,导通时间很短，电流通脚也很小.当充放电达到平衡时，v0按高频周期做锯齿状 波动，其均值是稳定的,且变化规律与输入的调幅信号变化规律相同从而实现AM信号的解 调.电路等效电路图十一包络检波原理电路图图十二包络检波器等效电路

12、图dc而输出电压包括两个部分，直流电压v和低频分量V。；即v =v +VqG）由分析得，输入信号理论波形及频谱图十一输入信号理论波形及频谱输出信号理论波形及频谱输出信号频谙图十二输出信号理论波形及频谱图r5为 4g，r6为iok。仿真过程（1）选择元器件，二极管型号为1BH62. C6为200nF，C 7 为 100|i F（2）将上级调制出的AM波接入包络检波器中（3）连接频率计和示波器对输出波形进行观察，并调试出品质较好的波形。MULTISIM仿真电路图图十四 包络检波器仿真图包 络 检 波 器 检 波 输 出波形图一包络检波器检波输出波形分析：得到解调后的波形含低频调制信号和直流分量，故

13、波形有轻微抖动 输出波形频率为99989kHz，接近于调制信号频率100kHZ，误差为0.011%。符合设计要求3.5理想低通滤波器理想低通滤波器只允许截止频率以内的频率的波形通过.利用R,L,C所组成的滤 波电路称作无源滤波器.原理电路图及频谱图2AO O”vt匕图十七理想低通滤波器电路图图十八 理想低通滤波器电路频谱图MULTISIM仿真图图十九理想低通滤波器仿真图截止频率.fH=2RcfH=2兀 X 200 x80X10-9 995kHZ 分析：不可能得到理想的低通滤波器，所有信号有所损失，但对于最后的结果没 有太大的影响。得到的输出低频信号0.000 sT2-71*位置时间轴 比例|1

14、D LE伽1.060 ms1060 ms市加载|日底|郴|图十二低通滤波器输出输出低频信号频率为97.937kHz,误差率为2.063%符合设计要求考频壹计-XFC4S397.937 kHz17缱变信号压缩比图二十一理想低通滤波器仿真输出波形频率检测最后总电路为Rd. iokn图十三MULTISIM仿真设计总电路图问题：1. 直接将单元电路连接成总电路时，有时候某些模块波形会产生较大的失真，这 是为什么，如何解决？答：将单元电路直接连接成总电路时，因为输入输出负载发生了变化，所以各部 分相互影响，因而会使波形出现不同程度的失真。在容易发生级联影响的模块之 间采用变压器耦合方式，就能够解决此类问

15、题。2. 用理论计算得出的元件参数连接电路，有时候波形也会出现失真，如何解 决？答：理论计算结果是理想的，实际操作中往往不能达到这种状态，所以就 会产生波形的失真。通过分析波形失真原因，然后对电路中某些元件参数进行相 应的调整就可以解决此类问题。3. 西勒振荡电路有什么优点？答：西勒振荡电路中集电极和基极电流可通过对谐 波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高效谐波的反馈减弱，输出的谐波分量 减小。具有波形更加接近于正弦波，且频率稳定度高，适于高频段工作等优点。4. 集电极调幅电路的优点、缺点与改进？答：集电极调幅的优点：与基极调幅相比，集电极调幅的线性好，此外，由于集 电极调幅始终工作在临界弱

16、电压区，故效率高。集电极调幅缺点：与基极调幅相比，调制信号接在集电极回路中，供给的功率大 改进：要使回路的线性良好，则Ec既不进入强过压区，也不要进入欠压区，而 是在调制过程中始终保持在弱过压一一临界状态，这样既可改善调制信号的线性 特性，又可保持较高效率。心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过 程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所 在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作， 使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改

17、正，不断领悟， 不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程 设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在 今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要 不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能 在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远 不可能得到社会及他人对你的认可！元器件清单序号名称型号数量1电阻200 Q -3 M若干2电容500pF33电容200pF14电容200nF15电容100uF16电容80nF17电感20uH18耦合电感T1 （原边15 uH次边uH）19二极管1BH62110三极管2N2222A211直流电源0.1V-60V若干12频率计XFC5413低频交流电源5V-10KHZ114示波器XSC5参考文献【1】张肃文，高频电子线路（第五版）.北京：高等教育出版社，2011；【2】鲍景富，高频电路设计与制作.成都：电子科技大学出版社，2012； 【3】杨霓清，高频电子线路实验及综合设计.北京：机械工业出版社，2009；【4】百度文库