Multisim电路设计与仿真14教学课件第8-Multisim-14在高频电子线路的应用和仿真

第八章

Multisim14.0在高频电子线路的应用与仿真目录010203高频小信号放大器测试和仿真正弦波振荡器测试与仿真振幅调制测试和仿真

8.1高频小信号放大器测试与仿真高频小信号放大器是一种从众多的微弱信号中选出有用信号进行不失真放大，并对无用信号和干扰信号进行抑制的电路。常见的无线电接收机中高频和中频放大器都是高频小信号放大电路。通常高频的范围从几百KHz到几百MHz。8.1.1谐振放大器测试与仿真高频小信号谐振放大器主要目的是对小信号电压进行线性放大，并滤除无用的干扰信号。电路主要由晶体管、场效应管或者集成电路与谐振选频回路组成。单级单调谐放大器电路是由LC谐振回路作为交流负载的放大器。如图8-1所示。该电路为固定偏置的共发射级单级单调谐放大器。图8-1单级单调谐放大器

8.1.1谐振放大器测试与仿真（1）放大特性测试LC并联谐振回路的谐振频率计算公式如下：将L1和C2数据代入式（8.1.1）可计算得谐振频率f0约为6.2MHz，在放大电路输入端接入信号源，设置交流电压输入信号幅值为5mV，频率为6.2MHz。开启仿真开关，打开示波器窗口观察单级单调谐放大器的输入和输出电压波形，如图8-2所示。图8-2单级单调谐放大器输入/输出电压波形8.1.1谐振放大器测试与仿真（2）放大特性测试在图8-2中信号V2上叠加信号源V3和V4，设置V3、V4交流电压输入信号幅值为5mv，二次谐波12.4MHz和三次谐波18.6MHz，电路如图8-3所示。仿真波形，如图8-4所示。

图8-3多输入单级单调谐放大器

图8-4多输入单调谐放大器输入/输出电压波形8.1.1谐振放大器测试与仿真（3）幅频特性与相频特性测试使用波特图示仪可以测量放大器的幅频特性和相频特性，开启仿真开关后打开波特图示仪，单级单调谐放大器的幅频特性如图8-5所示，单级单调谐放大器的相频特性如图8-6所示。

图8-6单级单调谐放大器的相频特性图8-5单级单调谐放大器的幅频特性

8.1.1谐振放大器测试与仿真（3）幅频特性与相频特性测试也可以使用Multisim仿真工具中ACAnalysis来进行测试，首先选择Simulate菜单中Analyses下的ACAnalysis工具，然后设置交流分析的初始频率为100KHz，终止频率为1GHz，其余设置默认，点击Simulate按钮运行。得到单级单调谐放大器的幅频特性和相频特性，如图8-7所示。

图8-7单级单调谐放大器AC分析8.1.1谐振放大器测试与仿真（4）单级双调谐放大器性能测试双调谐回路的谐振放大器具有频带宽、选频性能好的优点，在电路上将图8-1所示单调谐回路改为双调谐回路，如图8-8所示。

图8-8单级双调谐回路放大器8.1.1谐振放大器测试与仿真（4）单级双调谐放大器性能测试使用Multisim仿真工具中ACAnalysis来进行测试，首先选择Simulate菜单中Analyses下的ACAnalysis工具，然后设置交流分析的初始频率为100KHz，终止频率为1GHz，其余设置默认，点击Simulate按钮运行。得到双调谐回路放大器的幅频特性和相频特性，如图8-9所示。

图8-9双调谐回路放大器的AC分析8.1.2高频集成选频放大器测试和仿真高频集成选频放大器主要由宽带集成放大器和选频回路组成，如图8-10所示。图8-10高频集成选频放大器8.1.2高频集成选频放大器测试和仿真（1）放大器选频特性测试开启仿真开关，打开示波器窗口观察集成选频放大器的输入和输出电压波形，如图8-11所示。图8-11高频集成选频放大器输入、输出电压波形8.1.2高频集成选频放大器测试和仿真（2）幅频特性和相频特性测试启动仿真开关，打开波特图示仪可以观察到双调谐回路放大器幅频特性，如图8-12所示，双调谐回路放大器的相频特性，如图8-13所示。

图8-12高频集成选频放大器幅频特性

图8-13高频集成选频放大器相频特性8.1.3集中选频放大器测试和仿真集中选频放大器由宽频带放大器和集中选频滤波器两部分构成，如图8-14所示。宽频带放大器一般选用集成运放电路构成，而集中选频滤波器具有非常理想的矩形幅频特性，而且在与放大器连接时有良好的阻抗匹配。常用的集中选频滤波器有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器，也可以选择电感、电容串并联回路构成的多节LC滤波器。图8-14集中选频放大器构成8.1.3集中选频放大器测试和仿真（1）设计带通滤波器模块电路选择菜单Place下的Newsubcircuit命令，弹出SubcircuitName对话框，如图8-15所示，为子电路模块命名为BPF。单击OK按钮，出现如图8-16所示的子电路模块符号。

图8-14SubcircuitName对话框图8-15滤波器模块子电路符号8.1.3集中选频放大器测试和仿真（1）设计带通滤波器模块电路双击滤波器模块子电路符号，弹出如图8-16所示HierarchicalBlock/Subcircuit对话框，单击Opensubcircuit按钮，弹出子电路编辑窗口，绘制带通滤波器电路如图8-17所示，保存并关闭该窗口，返回到主电路窗口时滤波器模块会自动显示出带I/O口的子电路符号。

图8-16HierarchicalBlock/Subcircuit对话框

图8-17带通滤波器子电路

8.1.3集中选频放大器测试和仿真（1）设计带通滤波器模块电路选中带通滤波器子电路符号，单击鼠标右键，选择Editsymbol/titleblock命令，进入symboledit窗口，调整子电路符号管脚位置如图8-18所示，保存退出，完成滤波器模块设计。

图8-18调整后的子电路符号管脚8.1.3集中选频放大器测试和仿真（2）绘制集中选频放大器仿真电路集中选频放大器由宽频带放大器和集中选频滤波器组成，如图8-19所示。

图8-19集中选频放大器电路8.1.3集中选频放大器测试和仿真（2）绘制集中选频放大器仿真电路集中选频放大器由宽频带放大器和集中选频滤波器组成，如图8-19所示。

图8-19集中选频放大器电路8.1.3集中选频放大器测试和仿真（2）绘制集中选频放大器仿真电路启动仿真开关，打开波特图示仪，观察到幅频特性如图8-20所示，相频特性如图8-21所示。

图8-20集中选频放大器幅频特性图8-21集中选频放大器相频特性8.1.3集中选频放大器测试和仿真（2）绘制集中选频放大器仿真电路开启仿真开关，打开示波器窗口观察集中选频放大器的输入和输出电压波形，如图8-22所示。

图8-22集中选频放大器输入、输出电压波形观察输入/输出波形和示波器参数设置，由上向下依次为A通道信号（有用信号）波形，Y轴刻度为10mV/Div，B通道的信号（叠加了二次谐波与三次谐波干扰信号）波形，Y轴刻度为20mV/Div，C通道的信号（运放放大后的信号）波形，Y轴刻度为100mV/Div，D通道的信号（经过选频滤波器后的信号）波形，由于集中选频滤波器设计的LC带通滤波器中心频率约为6.2MHz，从波形上观察可知，6.2MHz的信号得到放大，而12.4MHz和18.6MHz的谐波干扰信号得到有效抑制。

8.2正弦波振荡器测试和仿真正弦波振荡器是一种利用自身电路，在不需要外部信号激励的情况下，自动将直流电能转换为特定频率和振幅的交流信号装置。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用，诸如无线发射机中的载波信号源等，正弦波振荡器按工作原理可以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，成为振荡器，是目前应用最广的一类振荡器。负阻式振荡器是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路连接，从而产生等幅的振荡。8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(1)电容三点式振荡器测试与仿真电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，该振荡器输出频率稳定、波形较好。仿真电路如图8-23所示。图8-23电容三点式振荡器电路8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(1)电容三点式振荡器测试与仿真电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，该振荡器输出频率稳定、波形较好。仿真电路如图8-23所示。图8-23电容三点式振荡器电路8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(1)电容三点式振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-24所示。图8-24电容三点式振荡器输出信号波形8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(2)改进型电容三点式振荡器测试与仿真克拉泼振荡器是一种改进的电容三点式振荡器，如图8-25所示。图8-25克拉泼振荡器电路8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(2)改进型电容三点式振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-26所示。图8-26克拉泼振荡器输出信号波形8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(3)电感三点式振荡器测试与仿真电感三点式振荡器又称为哈特莱振荡器，如图8-27所示。图8-27电感三点式振荡器电路8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(3)电感三点式振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-28所示。图8-28电感三点式振荡器输出信号波形8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(4)变压器反馈振荡器测试与仿真如图8-29所示为调集型振荡器。该振荡器由三极管、LC谐振回路构成选频放大器，变压器将放大器的输出信号反馈到放大器输入端，获得适量的正反馈来实现自激振荡。图8-29变压器反馈振荡器电路图8.2.1LC正弦波振荡器测试和仿真(4)变压器反馈振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-30所示。图8-30变压器反馈振荡器输出信号波形8.2.2石英晶体振荡器测试和仿真(1)串联型石英晶体振荡器测试与仿真串联型石英晶体振荡器是石英晶体工作在串联谐振状态，作为高选择性的短路元件。如图8-31所示。图8-31串联型石英晶体振荡器电路图8.2.2石英晶体振荡器测试和仿真(1)串联型石英晶体振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-32所示。图8-32串联型石英晶体振荡器输出信号波形8.2.2石英晶体振荡器测试和仿真(2)并联型石英晶体振荡器测试与仿真并联型石英晶体振荡器是利用石英晶体取代电容三点式振荡器中电感元件，由石英晶体和电容C1、C2、C3构成并联谐振回路，整个电路形式为改进型的电容三点式LC振荡器，该电路也称为皮尔斯晶体振荡器。如图8-33所示。图8-32并联型石英晶体振荡器电路8.2.2石英晶体振荡器测试和仿真(2)并联型石英晶体振荡器测试与仿真在信号的输出端连接示波器用于观察振荡输出信号波形，如图8-33所示。图8-33并联型石英晶体振荡器输出信号波形-取自12.08.2.3RC正弦波振荡器测试和仿真(1)RC桥式振荡器测试与仿真RC桥式振荡器采用RC串并联选频回路，RC文氏电桥振荡器是最常见的一种，如图8-34所示。图8-34RC文氏电桥振荡电路8.2.3RC正弦波振荡器测试和仿真(1)RC桥式振荡器测试与仿真启动仿真开关，打开示波器可以看到RC文氏电桥振荡器的信号起振过程，如图8-35所示。图8-35RC文氏电桥振荡器输出信号波形8.2.3RC正弦波振荡器测试和仿真(2)RC移相振荡器测试与仿真RC移相振荡器采用RC超前或滞后移相电路，采用集成运放和RC移相网络构成的RC移相振荡电路如图8-36所示。图8-36RC移相振荡电路8.2.3RC正弦波振荡器测试和仿真(2)RC移相振荡器测试与仿真启动仿真开关，打开示波器可以看到RC移相振荡器的信号起振过程，如图8-37所示。图8-37RC移相振荡器输出信号波形

8.3振幅调制测试和仿真振幅调制简称调幅，是用调制信号控制载波信号的振幅，使其振幅按照调制信号的变化规律变化，同时又保持载波的频率和相位不变。振幅调制可以分为：普通调幅（AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）和单边带调幅（SSB）。8.3.1普通振幅调制测试和仿真(1)集电极调幅电路测试与仿真集电极调幅电路如图8-38所示，负载LC回路谐振在载波频率1MHz左右上。调幅后的波形输出如图8-39所示，其中上面波形为调制信号，下面波形为调制后的普通调幅信号，为方便观察调幅信号波形，设置示波器的扫描时基为500us/Div。可以自行减小扫描时基观察输出波形的每个周期。

图8-64集电极调幅电路

图8-65集电极调幅信号波形8.3.1普通振幅调制测试和仿真(2)基极调幅电路测试与仿真基极调幅电路如图8-40所示，负载LC回路谐振在载波频率1MHz左右上。调幅后的波形输出如图8-41所示，其中上面波形为调制信号，下面波形为调制后的普通调幅信号，为方便观察调幅信号波形，设置示波器的扫描时基为50us/Div。可以自行减小扫描时基观察输出波形的每个周期。

图8-40基极调幅电路图