洛阳理工学院高频电子线路课程设计报告

计算机与信息工程学院高频电子线路课程设计报告专业 通 信 工 程 班级 学号 姓名 完成日期 2016 年 12 月 23 日 指导教师 评语：成绩：批阅教师签名： 批阅时间：洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告1目 录一、前言 .2二、软件 Multisim 的介绍 .3三、高频正弦波振荡器 .43.1 高频正弦波振荡器任务和设计要求 .43.2 高频正弦波振荡器设计原理 .53.3 高频振荡器设计图在 Multisim 平台下的仿真 .6四、混频器 .84.1 混频器实验任务和设计要求 .84.2 混频器在 Multisim 平台下仿真结果 .94.3 模拟乘法器混频电路 .11五、调频发射 .125.1 调频发射任务与设计要求 .125.2 调频电路设计原理 .135.3 调频发射在 Multisim 平台下的仿真结果 .14六、设计总结 .15七、参考文献 .15洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告2一、前言电学的发展始于 18 世纪晚期至 19 世纪早期，在以发明者伏特命名的伏特电池出现以后，开始有了直流电路。不就即出现了低频交流电路，它利用法拉第感应定律所制造的发电机与变压器，可以更有效地产生与传输交流电能。以后经过斯坦因麦兹、爱迪生、西门子和特斯拉等科学家的卓越工作，电力的产生与输配电工程发展十分迅速，成为人类生活不可或缺的极重要的组成部分。在此基础上，利用电能来传输信息，就成为人类追求的另一个目标。从发明无线电开始，传输信息就是无线电技术的首要任务。直到今天，虽然无线电电子学技术领域在迅速扩大，但信息的传输与处理仍然是它的主要内容。高频电子线路所涉及的单元电路都是从传输与处理信息这一基本点出发来进行研究的。要完成无线电通信，首先必须要产生高频率的载波电流，然后设法将电报或电话信号加到载波上去。在无线电技术中采用振荡器来产生高频电流，振荡器可以看做是将直流电能转变为交流电能的换能器，振荡器是无线电发送设备的基本单元，为了发送电报信号，可以加一个电键来控制振荡器的直流电源，即可得到无线电报发射机。电源接通时，振荡器产生高频电流，电源断开后，振荡器没有高频电流输出，这样就得到高频电流波形。高频电流送至发射天线，转变为电磁波发出，电磁波中包含了所要传送的电报信号。高频部分一般包括主振荡器、缓冲发大器、倍频器、中间放大器、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定度，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加有缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。如果载波的频率较高，则由于晶体频率一般不能太高，因而在缓冲级之后还需加若干级放大器，以逐步提高输出功率，最后经过功放推动级将功率提高到能推动末级功放的电平。末级功放则将输出功率提高到所需的发射功率电平，经过发射天线辐射出去。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐级放大，在末级功放处获得所需要的功率电平，以便对洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告3高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器，末级高频功率放大级则称为受调放大器。本次高频课程设计的题目如下：高频正弦波振荡器、混频器、调频发射。二、软件 Multisim 的介绍Multisim 是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称IIT 公司 )推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术， PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim 被美国 NI 公司收购以后，其性能得到了极大的提升。最大的改变就是：Multisim 9 与 LABVIEW 8 的完美结合：新特点：（1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;（3）所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。仿真的内容：1 器件建模及仿真；2 电路的构建及仿真；3 系统的组成及仿真；4 仪表仪器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等） ；洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告4数字器件（74 系列，COMS 系列，PLD，CPLD 等） ；FPGA 器件。电路的构建及仿真：单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。系统的组成及仿真：Commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统 、 通信 、 网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。Commsim 含有 200 多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY 图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。三、高频正弦波振荡器3.1 高频正弦波振荡器任务和设计要求1、设计一个高频正弦波振荡器，要求振荡频率为 5MHz,相对准确率2。2、用 Multisim 画出电路图并进行仿真，并用示波器和频率计得到仿真结果。3、写出课设报告。高频正弦波振荡器参考电路如下图 1 所示。图 1 高频正弦波振荡器参考电路洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告5上图 1 值得注意的是图中三极管为 9018（Multisim 库中可用 2N2369 或2N3390 替换）0.01F 电容为 10nF，示波器和频率计加在 RL 两端。3.2 高频正弦波振荡器设计原理振荡器(oscillaor)是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。例如，无线电发明初期所用的火花发射机、电弧发生器等，都是振荡器。但是用电子管、晶体管等器件与 L、C、R 等元件组成的振荡器则完全取代了以往所有产生振荡的方法，因为它有如下优点：（1）它将直流电能转变为交流电能，而本身静止不动，不需作机械转动或移动。如果用高频交流发电机，则其旋转速度必须很高，最高频率也只能达50kHz，但却需要很坚实的机械构造。（2）它产生的是“等幅振荡”，而火花发射机等产生的是“阻尼振荡”。 （3）使用方便，灵活性很大，它的功率可自毫瓦级至几百千瓦，工作频率则可自极低频率(例如每分钟几个周波)至微波波段。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率 能通过，使振荡器产生单一频率0f的输出。振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 和输入电压 要相等，这是振幅平衡条件。二是 和 必须相fuiUfuiU位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，其核心洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告6部分都离不开正弦波振荡器。功率振荡器在工业方面(例如感应加热、介质加热等)的用途也日益广阔。振荡器通常工作于丙类，因此它的工作状态是非线性的。严格的分析应该用非线性理论，这是很困难的。为了避免这一困难，本章将振荡器用甲类线性工作来分析。这样所得的结论虽不完全符合实际情况，但可以获得与实际工作近似的情况，易于理解。电子振荡器的输出波形可以是正弦波，也可以是非正弦波，视电子器件的工作状态及所用的电路元件如何组合而定。本章只讨论正弦波振荡器。正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。3.3 高频振荡器设计图在 Multisim 平台下的仿真图 2 高频振荡器仿真电路洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告7其频率计示数及示波器波形如下图 3、图 4 所示。图 3 高频正弦波振荡器频率计示数图 4 高频正弦波振荡器波形图洛阳理工学院计算机与信息工程学院 2014 届通信工程课程设计报告8四、混频器混频器的作用是在保持已调信号的调制规律不变的前提下，使信号的载波频率升高（上变频）或下降（下变频）到另一个频率。4.1 混频器实验任务和设计要求本实验电路为 AM 调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源 V1、本振信号源 V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出 455KHz 的AM 波。图 5 混频器设计电路在 Multisim 平台下的仿真图对上图 5 的分析分为两点，一个是对电路特点的分析，一个是对工作原理的分析。电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即 LC 选频回路的固有谐振频率 fi） 。 （2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。 （3）本振信号与基极偏压 Eb 共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态，存在随 UL 周期变化的时变跨导 gm(t)。工作原理：输入信号