通信电子线路64786

PAGE1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原理（改变Ubm。观察ic的波形）创建电路仿真分析（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TOC\o"1-3"\h\u20589一．multisim8．0仿真软件的简介 58353二．Multisim8．0用于单调谐回路放大器的仿真分析 66102．1单调谐回路放大器电路的原理 793352.2基于Multisim8软件的单调谐回路放大器电路的建立： 11278672.2.1单调谐回路放大器电路的直流工作点的分析 11147742.2.2单调谐回路放大器电路的交流分析 1228862.2.3单调谐回路放大器电路的通频带和选择性的测量 12121922．2.4单调谐回路放大器电路的瞬态特性分析 13294742.3双调谐放大基本电路的基本介绍 1425568三.高频谐振功率放大器 15145993.1高频谐振功率放大器电路的分类： 16306823.2甲类功率放大器 1790143.3丙类功率放大器 18167873.3.1基本关系式 18157083.3.2负载特性 20237633.4.1．输出功率 21162953.4.2．效率 2298423.4.3基极偏置电路 2229203.4.4去耦滤波网 23314713.5高频谐振功率放大器的调整 23209453.5.1变压器的安装 2368403.5.2谐振状态的调整方法 23239513.5.3寄生振荡及其消除方法 23四.27093心得体会 25课设内容一．multisim8．0仿真软件的简介Multisim8．0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16000多个组件，确保了仿真结果的真实性和实用性；multisim8．0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。multisim8．0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。multisim8．0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multisim8．0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．Multisim8．0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MultiSim8．0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2．1单调谐回路放大器电路的原理图1-1单调谐回路谐振放大器原理图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）放大器输出电压VO（或功率PO）与输入电压Vi（或功率Pi）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用Av(或Ap)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=2Δf0.7表示。2Δf0.7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QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。并且，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。2Δf0.1、2Δf0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。（2）抑制比表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。用An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0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NfNf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.2.2.1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Analyses／DCOperatingPointAnalysis，将所需测量的静态工作点从Variablesincircuit(Allvariables)添加到Selectedvariablesfor(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ACAnalyses命令，设置Startfrequency为8MHz，stopfrequency为15MHz，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10．5776MHz(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2△f0表示(最大增益下降到0．7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0．707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2△f0=1.5299MHz。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。2．2.4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Simulate／Run或者按快捷运行按钮，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1O．57MHz、电压峰峰值为60mV。输出电压经测量峰峰值为2．097V。故调谐放大器的增益为：Vo/Vi=2.097/0.06≈34.9db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CCD3.1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θ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θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ＝180o，效率最高也只能达到50％，而丙类功放的θ＜90%，效率η可达到80％。T1：2N5551；T2：8050；C10、C11、C20、C21：0.01μF；L10、L20：68μH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。①Vc1m＝Ic1mR0(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。②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。③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=Icmα0（θ）(3-3-5)Icm=Ic1m/α1（θ）cosθ=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）的振幅；VBB——基极直流偏压。VBB＝-Ic0RE(3-3-6)④放大器的效率η为η=Po/PD(3-3-7)图3.3.2变压器耦合电路⑤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2～10。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器的＋VCC，VBB，Vbm确定后，如果电流导通角θ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η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Re＜R0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Re＞R0时，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=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。η=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＝-Ic0RE。取RE=10Ω，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=0.01μF。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π型LC低通滤波器如图3.3.1所示，L10、L20可按经验取50～100μH，C10、C11、C20、C21可取0.01μF。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。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Cb'c的影响，两者并不同时出现。因此在实际应用中，一般以VL最