唐山学院高频基极振幅调制器的设计及实现

1、-. z. - - .可修编 .唐 山 学 院 高频电子线路 课 程 设 计 题 目 基极振幅调制器的设计与实现 系 (部) 信息工程系班 级 10电信 姓 名 学 号 指导教师 *银蒲、申2013 年 1 月 7 日至 1 月 11 -. z.-. z. 高频电子线路 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求 设计题目：基极振幅调制器的设计与实现内容及要求：1原理分析及电路图设计2用相关仿真软件画出电路并对电路进展分析与测试(1)基极振幅调制器功放工作状态的观察分析；(2)基极振幅调制器功放的放大倍数：Au=15；(3)高频载波频率15MHz；(4)调制系数m为0.8。二、设计原始资料模拟电子

2、线路、高频电子线路；软件Multisim 10；计算机一台 三、要求的设计成果课程设计说明书、设计实物、图纸等设计说明书1份，不少于2000字，应包含基极振幅调制器原理、设计电路、相关软件Multisim 10介绍、仿真电路、仿真波形分析。四、进程安排7月9号 课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件7月10号 电路图理论设计7月11号 仿真分析7月12号 整理、撰写说明书7月13号 进展测试或辩论五、主要参考资料1 曾兴文、*乃安、陈健高频电子线路：高等教育，20072 *肃文等高频电子线路第四版：高等教育，20043 聂典等Multisim 10计算机仿真：电子工业，2010指导教师签

3、名：教研室主任签名：-. z.课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现20分课设辩论20分设计成果60分总成绩100分提问辩论问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日-. z. - -目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc156208685前言 PAGEREF _Toc156208685 h 1HYPERLINK l _Toc1562086861基极振幅调制器的设计原理 PAGEREF _Toc156208686 h 2HYPERLINK l _Toc1562086871.1基极调幅定义 PAGEREF _Toc156208

4、687 h 2HYPERLINK l _Toc1562086881.2基极振幅调制器原理分析 PAGEREF _Toc156208688 h 2HYPERLINK l _Toc156208689基极振幅调制器原理电路 PAGEREF _Toc156208689 h 2HYPERLINK l _Toc156208690基极调幅电路的特点 PAGEREF _Toc156208690 h 3HYPERLINK l _Toc156208691基极调幅电路的特性 PAGEREF _Toc156208691 h 3HYPERLINK l _Toc1562086922基极振幅调制器电路设计 PAGEREF

5、_Toc156208692 h 5HYPERLINK l _Toc1562086932.1总体设计方案、框图及分析 PAGEREF _Toc156208693 h 5HYPERLINK l _Toc1562086942.2基极调幅电路 PAGEREF _Toc156208694 h 5HYPERLINK l _Toc1562086953基极振幅调制器电路的仿真 PAGEREF _Toc156208695 h 7HYPERLINK l _Toc1562086963.1软件MultiSim简介 PAGEREF _Toc156208696 h 7HYPERLINK l _Toc1562086973.

6、2电路的仿真 PAGEREF _Toc156208697 h 8HYPERLINK l _Toc156208698基极调幅振荡电路仿真电路 PAGEREF _Toc156208698 h 8HYPERLINK l _Toc156208699仿真电路波形分析 PAGEREF _Toc156208699 h 9HYPERLINK l _Toc1562087004参数计算与分析 PAGEREF _Toc156208700 h 12HYPERLINK l _Toc156208702总结 PAGEREF _Toc156208702 h 13HYPERLINK l _Toc156208703参考文献 PA

7、GEREF _Toc156208703 h 14前言目前，随着电子信息技术的快速开展，为了将低频信号有效地辐射出去为了使发射与接收效率提高，在发射机与接收机方面部必须采用天线和谐振回路。但语言、音乐图像信号等的频率变化*围如果直接发射音频信号则发射机将工作于同一频率*围。这样接收机将同时收到许多不同电台的节目，从而无法加以选择。为了克制以上的困难必须利用高频振荡将低频信号附加在高频振荡上，这样就使天线的辐射效率提高尺寸缩小，同时每个电台都工作于不同的载波频率，接收机就可以调谐选择不同脉电台了。这样就解除了上述的种种困难。传输信息是人类生活的重要内容之一。利用无线电技术进展信息传输在这些手段中占

8、有极重要的地位。无线电通信、播送、电视、导航、雷达、遥控遥测等，都是利用无线电技术传输各种不同信息的方式。在以上这些信息传递的过程中，都要用到调制。所谓将信号附加在高频振荡上就是利用信号来控制高频振荡的*个参数，使这个参数随信号而变化，即调制。调制的方式可分为连续波调制与脉冲波调制两大类。连续波调制是用信号来控制载波的振荡频率或相位，因而可分为调幅AM)调频(FM)和调相(PM)三种方法。调幅即振幅调制，就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按照调制信号的规律变化，严格的来讲，是使得高频振荡的振幅与调制信号呈线性的关系，其他参数频率和相位不变。调制信号是由原始消息变成的低频或视频信号，这些信号可

9、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已调波，它具有调制信号的特征。从频谱关系看，调幅就是把调制信号的频谱搬移到高频载波附近。AM信号的产生可以用高电平调制和低电平调制两种方式。目前，AM信号大多都用于无线电播送，因此多采用高电平调制方式。高电平调幅将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可以直接发送出去。这个过程通常是在丙类放大器中进展的。根据调制信号控制的电极不同，高电平调幅可分为：集电极调幅和基极调幅。所谓集电极调幅就是用调制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。所谓基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极

10、偏压，以实现调幅。其根本原理是，低频调制信号电压与直流偏压相串联。放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随着调制信号波形而变化。使三极管工作在欠压状态下，集电极电流的基波分量随着基极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随着调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。因为基极调幅所需调制功率很小，对整机的小型化有利。因此，基极调幅电路在现实中的应用是非常重要的。1基极振幅调制器的设计原理1.1基极调幅定义基极调幅用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。1.2基极振幅调制器原理分析低频调制信号与相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号

11、波形而变化。 丙类功放工作在欠压状态时，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化。因此集电极输出的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。基极振幅调制器原理电路图图1-1基极振幅调制器原理电路基极调幅的根本原理电路如图1-1所示,低频调制信号与直流偏压 QUOTE 。串联，因此,放大器的有效偏压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。为高频载波电压，为调制信号电压,作为等效基极偏置电压。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三局部组成。对于丙类高频功率放大器，当集电极直流电压，鼓励高频信号电压和集电极有效回路不变，只改变基极偏压时，集电极电流脉冲在过压区可

12、以认为是不变的。但在欠压区集电极电流脉冲幅度将随基极偏压成正比变化。因此基极调幅必须工作在欠压区，集电极回路输出高频电压，振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。同时为了兼顾效率和功率应使放大管工作在丙类，且最正确半导通角为70度左右。晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。假设设，；为基极有效电源电压；集电极输出电压为：；显然，为了实现不失真的调制，电路应工作在欠压状态。需要说明的是：高电平调幅电路可以产生且只能产生普通调幅波。基极调幅电路的特点1LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。2电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；

13、基极负偏压或零偏压；3必须工作在欠压状态下；4载波和边频的功率都由直流电源提供；5调制过程中效率是变化的；6基极电路电流小，消耗功率小，故所需调制信号功率很小；7功放和调制同时进展。基极调幅电路的特性基极调幅分为欠压、临界、过压三种状态，随着从负值向正值增大的过程中三极管的工作状态从欠压经临界到过压，具体如图1-2所示：图1-2 谐振功率放大器波形图工作在丙类的基极调幅特性曲线如图1-3所示图1-3 基极调幅的静态调制特性放大器工作在丙类状态；集电极电流为周期性的余弦脉冲。利用选频回路的选频作用，输出信号电压将仍与输入信号电压成正比。从图中可以看出为了使受的控制明显，放大器应工作在欠压状态。2

14、基极振幅调制器电路设计2.1总体设计方案、框图及分析根据要求，该电路首先参加高频输入信号和低频调制信号，在这里直接用信号源提供，中间是放大电路，根据要求采用三极管放大器，让三极管工作在丙类状态，以使电路的效率提高。最后是输出电路，根据要求采用单调谐回路做为负载，同样使电路的效率高。电路由输入信号、三极管放大器、单调谐负载回路组成。总体设计方案框图如图2-1：载波信号载波信号三极管单调谐回路调制信号图2-1总体设计方案框图图2-1总体设计方案框图2.2基极调幅电路基极调幅电路设计电路 图2-2基极调幅电路设计电路图2-2基极调幅电路设计电路根本原理是利用丙类功率放大器在电源电压输入信号振幅，谐振

15、电阻不变的条件下，在次压区改变，其输出电流随变化这一特点来实现调幅的。图中为高频旁路电容。调幅过程是非线性变换的过程，将产生多种频率分量，所以调幅电路应用LC带通滤波器，用来滤除不需要的频率分量；采用平衡推挽电路可以抵消一局部不需要的频率成分。 任何一种非线性器件都可以用来产生调幅波。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*个电极上，利用晶体管的发射结进展频率变换，并通过选频放大，从而到达调幅的目的。 LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。电路工作在丙类工

16、作状态以保证电路效率较高，基极负偏压或零偏压。3基极振幅调制器电路的仿真3.1软件MultiSim简介Multisim本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为根底的仿真工具，被美国NI公司收购后，更名为NI Multisim ，而V10.0是其即NI，National Instruments最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块msim 4个局部，能完成从电路的

17、仿真设计到电路幅员生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及msim 4个局部相互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及msim 4个局部有增强专业版Power Professional、专业版Professional、个人版Personal、教育版Education、学生版Student和演示版Demo等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。 NI Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了软件即元器件、软件即仪器。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能

18、测试的虚拟仿真软件。其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩大已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。而且，它的的虚拟测试仪器仪表种类非常齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、 时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电

19、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。 NI Multisim 10主要功能是可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进展仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。 而且NI Multisim 10具有有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能讲解，Help

20、中这种元器件功能讲解有利于使用EWB进展CAI教学。另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进展编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。 利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进展，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进展测试和分析；可直接

21、打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验本钱低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。NI Multisim 10软件进展设计仿真分析的根本步骤为：设计创立仿真电路原理图电路图选项的设置使用仿真仪器设定仿真分析方法启动Multisim10仿真。NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。3.2电路的仿真基极调幅振荡电路仿真电路仿真电路图图3-1基极调幅电路仿真电路图3-1基极调幅电

22、路仿真电路仿真电路波形分析输入高频载波信号波形图3-2输入高频载波信号波形图3-2输入高频载波信号波形输入高频载波信号的幅度约为4伏左右，频率为15MHZ输入低频调制信号波形图图3-3输入低频调制信号波形输入的低频调制信号的幅度为1V，频率为200KHZ基极调幅电路输出信号波形图3-4输出信号波形图3-4输出信号波形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*个电极上，利用晶体管的发射结进展频率变换，并通过选频放大，从而到达调幅的目的。一般基

23、极调幅电路工作在欠压状态，图3-4输出信号波形为电路工作在欠压状态。下面给出电路工作在临界状态和过压状态的输出信号波形。临界状态电路输出波形图3-5临界状态输出波形图3-5临界状态输出波形临界状态时，,为尖顶余弦脉冲，此时输出的波形调幅深度最大。过压状态电路输出波形图3-6过压状态输出波形图3-6过压状态输出波形过压状态时电路出现了失真，此时，为2V左右。注意：失真原因可以分为：1.波谷变平-由于过调或鼓励过小,管子截止。2.波腹变平-电路工作在过压状态,基流脉冲缺乏,集电极脉冲缺乏。4参数计算与分析计算基极调幅振荡电路的放大倍数下列图4-1为没有加调制信号之前，输入载波信号波形和输出信号波形

24、图4-1未加调制信号之前输入与输出波形图4-1未加调制信号之前输入与输出波形由图4-1可知计算基极调幅振荡电路的淘气幅度m下列图4-2为基极调幅振荡电路输出的已调波形 图4-2基极调幅振荡电路输出的已调波形图4-2基极调幅振荡电路输出的已调波形总结这是在大学的第一次课程设计，当我刚开场看到题目时，真是不知所措啊！在网上查了一下基极调幅电路设计的有关内容，但确实东西很少啊！然后就到图书馆去找相关资料，但是只找到了少数的资料，而且把那些资料研究了之后，发现有很多不是我所能理解的知识，于是我有些灰心了，最后只能回归到课本上了，我又仔细研究了一下课本，发现用书上的一些知识也许可以，这使我又看到了希望。我主要以课本为资料做了这个设计，所以电路设计过于简单，没有什么复杂的元器件，并不象其它的教材那样用到了很复杂的元器件或是用到了复杂的芯片。在电路的设计和创新上自己做的还很不够,所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也是以后需要改良的地方。此次课程设计的仿真电路我也没有参加馈电局部