集电极调幅设计

1、目目 录录前 言 .11 集电极振幅调制器的工作原理及分析 .21.1 集电极振幅调幅器的工作原理.21.2 集电极电路脉冲的变化情况 .21.3 集电极调幅波形图 .31.4 集电极调幅的静态调制特性.42 集电极调幅设计与仿真 .52.1 集电极振幅调制设计电路.52.2 集电极振幅调制仿真电路.52.3 集电极调幅输入载波信号波形.62.4 集电极调幅输入调制信号波形.62.5 集电极调幅输出波形及分析.73 集电极电路分析 .83.1 调幅波的分析.83.1.1 调幅波的数学表示式推导 .83.1.2 调幅波参数计算 .83.2 集电极调幅电路的工作状态分析.93.2.1 集电极调制特

2、性 .93.2.2 集电极调幅功放三种工作状态对比 .104 软件 MULTISIM 10 介绍.124.1 仿真软件概述.124.2 界面概述.124.3 元器件库的操作.134.4 注意事项.145 设计总结 .155.1 集电极振幅调制电路的优缺点.155.2 心得体会.15参考文献 .16附录 .17高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计1前 言调制器与解调器是通信设备中的重要部件。所谓的调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。调制信号是由原始消息转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以调波，它具有调制

3、信号的特征。振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅，使之按信号的变化规律，严格的讲是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系。使受调波的幅度随调制信号而变化的电路称为调幅器。调幅器输出信号幅度与调制信号瞬时值的关系曲线叫做调幅特性。理想的调幅特性应是直线，否则便会产生失真。调幅器主要由非线性器件和选择性电路构成。非线性器件实现频率变换，产生边带和谐波分量；选择性电路用来选出所需的频率分量并滤掉其他成分，如高次谐波等。常用的非线性器件有晶体二极管、场效应晶体管等。选择性电路大多用谐振回路或带通滤波器。按照电平的高低，调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅。大功率广播或通信发射机多采用高电平调幅器。这种调幅

4、器输出功率大，效率高。载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅器。它们对输出功率和效率要求不高，可以选用调幅特性较好的电路。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.集电极调幅的特点：(1)因过压工作， 高(与 m 无关)(2)用于大功率调幅发射机(3)要求提供较大的驱动功率U(4)m 较大时，调幅波非线性失真高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计21 集电极振幅调制器的工作原理及分析1.1 集电极振幅调幅器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

5、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

6、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。1-1 集电极调幅工作原理图1.2 集电极电路脉冲的变化情况线性调幅时，由集电极有效电源所提供的集电极电流的直流分量和集电极CCU0CI电流的基波分量与成正比。1CICCU 调制信号电压加在集电极电路中，与集电极直流电压串联，因此，集电极有效CE电源电压为式中, 为集电极固定电源电压；m为调幅指数。CCUCE集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形如图 1-2 所示：CCU高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计3图 1-2 同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形C

7、CU由图可见，集电极的有效电源电压随调制信号压变化而变化。由于与不CCUBBUbU变，故为常数，又不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动PR态线随值的不同，沿平行移动。CCUCE由图可以看出，在欠压区内，当由变至（临界）时，集电极电流脉冲CCU1CCU2CCU的振幅与通角变化很小，因此分解出的的变化也很小，因而回路上的输出电压的1cmICE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。1.3 集电极调幅波形图在这种情况下，分解出的随集电极电压的变化而变化，集电极回路两端的1cmICCU高频电压也随而变化。输出高频电压的振幅，不变，随而CCU1CCcmPUIRPR1cm

8、ICCU变化，而是受控制的，回路两端输出的高频电压也随变化，因而实现了集电CCUOUOU极调幅。t t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )vt t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )v（A）调制信号波形 （B）载波信号波形高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计4 t t0 0( (t t) )v（C）已调信号波形图 1-3 集电极调幅波形图1.4 集电极调幅的静态调制特性当没有加入低频调制电压（即）时，逐步改变集电极直流电压的大U0UCCU小，同样可使电流脉冲发生变化，分解出的或也会发生变化。我们称集电极高ci0cI1cmI频电流（或）随变

9、化的关系线为静态调制特性曲线。根据分析结果可作出静1cmI0cICCU态调制特性曲线如图 1-4 所示。图 1-4 集电极调幅的静态调制特性静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。通常调制信号角频率要比载波角频率低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变0的一周内，调制信号电压基本上不变。这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过程。我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。由图 1-4 可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程都工作在过压状态，所以工作点

10、Q 应选在调制特性曲线直线段的中央，即处， 为临界工作状态时的集电极直流电压。否则，工作点 Q 偏高或012CCQCCUU0CCU偏低，都会使已调波的包络产生失真。高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计52 集电极调幅设计与仿真2.1 集电极振幅调制设计电路图 2-1 集电极振幅调制设计电路2.2 集电极振幅调制仿真电路图 2-2 集电极振幅调制仿真电路高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计62.3 集电极调幅输入载波信号波形图 2-3 集电极调幅输入载波波形2.4 集电极调幅输入调制信号波形图 2-4 集电极调幅输入调制信号波形高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计72.5 集电极调幅

11、输出波形及分析图 2-5 集电极调幅输出波形1.输出波形原理分析载波直接加到放大器的基极。调制信号加到集电极电路且与直流电源相串联。CU0cUC1、C2 是高频旁路电容。集电极谐振回路 LC 调谐在载频上。C由于与相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源将随变化，0CUCECCU0CU从而导致被调放大器工作状态发生变化，在过压状态下，集电极电流的基波分量振幅CI随成正比变化，从而实现调幅。1CI0CU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。2.输出波形特点分析调幅波的振幅变化规律与调制信号波形一致，调幅度m反映了

12、调幅的强弱程度。可以看出：一般m值越大调幅越深：时，未调幅0m 时，最大调幅(百分之百)1m 时，过调幅，包络失真，实际电路中必须避免1m 高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计8 3 集电极电路分析3.1 调幅波的分析3.1.1 调幅波的数学表示式推导根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅与调制信号线性变化。U设调制信号为单频余弦信号：，载波信号：cosuUtcoscccuUt 则已调信号振幅 ( )cos(1cos)mCCCUUtUk UtUktU (1cos)CUmt CCCUUmkUU01m 式中, 称为调制灵敏度，m称为调幅度（调制度）k 已调波：( )( )cos(1cos)co

13、sAMmcCcutUttUmtt3.1.2 调幅波参数计算1.调幅度的计算图 3-1 集电极调幅调制信号与输出信号波形高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计9图中参数为： max30UVmin8UV24CUV则调幅度：maxmin()2CUUmU(308)14.67242.放大倍数的计算 图 3-2 集电极调幅输入信号与输出信号波形图中参数为： 22ouV1.5iuV则放大倍数： 2214.671.5ouiuAu3.2 集电极调幅电路的工作状态分析 3.2.1 集电极调制特性集电极调制特性是指仅改变，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在CE、不变，动特性曲线将随的变化左右平移，当由大到

14、小变化时，功LRbmUBBUCECE放的工作状态由欠压工作状态到临界，再进入到过压状态，集电极电流从一完整的余CI弦脉冲变化到凹顶脉冲。因此，高频功放的集电极调制特性可用图 3-1 所示曲线表示高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计10图 3-3 集电极调幅的静态调制特性要实现振幅调制，就必须选择输出高频信号振幅与直流偏置电压呈线性关系。CE只有工作在过压区才能有效地实现对及的调制作用，故集电极调幅电路应工作CE1CIOP在过压区。3.2.2 集电极调幅功放三种工作状态对比图 3-4 集电极调幅过压状态输出波形高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计11图 3-5 集电极调幅欠压工作状态输出

15、波形由图 3-3 知在欠压区工作时，输出电流的振幅基本上不随变化而变化。输出波形CE的包络不在显示调制信号，因此不可以进行振幅调制。图 3-6 集电极调幅临界工作状态输出波形 动态特性曲线与临界饱和线以及对应的静态特性曲线，三线相交于一点maxbeu为尖顶余弦脉冲。此时输出波形幅度最大。ci高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计124 软件 Multisim 10 介绍4.1 仿真软件概述Multisim10 是美国 NI 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。有

16、了 Multisim 软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。4.2 界面概述1.启动 Multisim 10 双击桌面上的 Multisim 快捷方式或选择程序菜单中的 Multisim 选项，即可进入图 4-1 软件启功界面高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计132. Multisim 界面图 4-2 界面介绍4.3 元器件库的操作图 4-3 元器件库的操作菜单工具栏菜单工具栏设计工具盒设计工具盒标准标准工具栏工具栏数据表格视图数据表格视图元件元件工具栏工具栏激活电路标激活电路标签签电路窗口电路窗口仪表工仪表工具栏具栏高频电子线路课程设计高

17、频电子线路课程设计14图 4-4 元器件库的操作4.4 注意事项1.不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机；2.删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行；3.注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号；4.LED 数码管的极性；5.分模块调试，最后综合调试。高频电子线路课程设计高频电子线路课程设计155 设计总结5.1 集电极振幅调制电路的优缺点1.电路的优点所用的元器件较少并能实现预定的效果，连线较少实验电路较为简单。2.电路的缺点要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有直流馈电电路，为晶体管各级提供合适的偏置，而我们的电路没有直流馈电电路除了流入晶体管内阻0CI

18、还流入电路其他的部分导致外电路消耗电源功率增大，使损耗增大。在实际应用中，由于基极馈电电路中采用单独电源不方便，因此电路不具有实BBU用性。在电路的输入，输出回路没有采用一定的耦合回路，使输出功率能不能有效地传输到负载。5.2 心得体会一周的课设时间过去了，从最开始的毫无头绪，无从下手，到最后设计出电路及仿真的正常运行，虽然其中可能有不完美，我还是体会到了成功的喜悦。通过这次课设的锻炼使我受益匪浅。这次课设中使我懂得了有些问题是可以自己慢慢看书摸索，在反复的尝试过程中解决，我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作中。此次课程设计制作让我了解有关电路的原理和设计理念：在最后的仿真结果却不一定与理想的完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约，所以，在设计时应考虑两者之间的差距，从而找出最合适的方法，通过调试来发现自己的错误，并分析排出故障。我深深感受到了所学知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。另外用 Multisim 仿真的过程中，我熟悉了这一仿真软件的用法，掌握了更多的知识。一周的实习就是将从课本上的知识应用于实践中，高频课设就是很好的实践。在集电极调幅电路设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。这次课程设计让