1、課 程 設 計 任 務 書題 目 高頻電子線路課程設計 學院(部) 信息工程學院 專 業 通信工程 班 級 通信二班 學生姓名 學 號 2011.11.28 至 2011.12.9 共 2 周指導教師(簽字) 系 主 任(簽字) 前言課程設計是電子技術課程的實踐性教學環節，是對學生學習電子技術的綜合性訓練，該訓練通過學生獨立進行某一課題的設計、安裝和調試來完成。通過動腦、動手解決若干個實際問題，鞏固和運用在高頻電子線路課程中所學的理論知識和實驗技能，基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高設計能力和實驗技能，為以后從事電子電路設計、研制電子產品打下基礎。本文設計了包括選頻網絡的設計、三點式振蕩

2、器的基礎設計以及AM高低電平、DBS、SSB調制解調在內的振幅調制與解調電路的設計。選頻網絡應用非常廣泛，可以用作放大器的負載，具有阻抗變換、頻率選擇和濾波的功能；三點式振蕩器用于產生穩定的高頻振蕩波，在通信領域應用廣泛；振幅調制解調都屬于頻譜的線性搬移電路，是通信系統及其它電子線路的重要部件。在設計過程中查閱了大量相關資料，對所要設計的內容進行了初步系統的了解，并與同學進行了充分的討論與交流，最終通過獨立思考，完成了對題目的設計。實驗過程及報告的完成中存在的不足，希望老師給予糾正。應用的主要軟件為Multisim11等。 目錄摘要.4一 設計目的及任務要求：.41.1設計目的.41.2任務要

3、求.41.3軟件簡介.4二選頻網絡設計：.52.1理論基礎.52.1電路圖及仿真結果分析.6三三點式振蕩器設計：.10 3.1理論基礎.123.2電路圖及仿真結果 . 143.3結果分析.18四：AM調制與解調：. 194.1理論基礎194.2電路圖及仿真結果214.3結果分析254.4AM高電平解調電路理論基礎.264.5AM高電平解調電路電路圖及仿真結果.29五：DSB調制與解調：.275.1理論基礎.275.2電路圖及仿真結果.28七：心得體會：.33高頻電子線路課程設計摘要本次課程設計主要任務是完成選頻網絡的設計、三點式振蕩器的設計這兩個基礎設計以及調幅解調電路的綜合設計。其中采用LC

4、并聯諧振回路實現諧振頻率為1MHz；對三點式振蕩器的構造原則和主要類型進行簡明扼要地介紹，采用改進型電容三點式振蕩電路完成一定振蕩頻率的振蕩器的設計；充分了解了調幅解調的原理并進行詳細說明，在此基礎上設計幅度調制和解調電路。一設計目的及任務要求：1.1 設計目的：培養較為扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；加深對電路器件的選型及電路形式的選擇的了解；提高高頻電子電路的基本設計能力及基本調試能力；強化使用實驗儀器進行電路的調試檢測能力。1.2 設計內容及任務要求：內容：1.基礎設計：(1) 設計一個選頻網絡(諧振頻率 ,通頻帶 )； (2) 設計一個三點式振蕩器（ ）。 2. 綜合設計：調

5、幅解調電路的設計(1) 選擇合適的調制信號和載波的振幅，頻率。(2) 分別利用高電平調制電路、低電平調制電路實現AM調幅；設計包絡檢波器進行AM調幅的解調，并驗證兩種失真的條件。(3) 利用低電平調制電路分別實現DSB、SSB調制；利用同步檢波方法進行解調。要求：1.明確系統的設計任務要求，合理選擇設計方案及參數計算；2.利用Multisim2001進行仿真設計；3.畫出相關的電路圖、波形圖、頻率特性圖。1.3 軟件簡介：本次設計將主要使用Multisim11軟件進行仿真。Multisim11包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，具有強大的仿真能力，能夠

6、快速、高效地對電路進行設計和驗證。憑借Multisim，可以立即創建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業標準SPICE模擬器模仿電路行為。1、 基礎設計：選頻網絡設計:1.選頻網絡理論基礎：在無線通信過程中，通信信道數多，所占頻段范圍較寬, 工作頻率也較高。同一通信頻段內，存在著許多被傳送的無線電信號及噪聲，而接收機則只選擇出所需要的信號進行放大。因此，接收機中的放大器除了要有足夠的增益外, 還應具有選擇不同頻率的信號的能力，于是便產生了各種各樣的選頻放大器，但無論是哪一種類型的電路，它們主要由兩部分組成: 一部分是其核心器件放大器件。另一部分是用作選擇信號的線性選頻網絡。 A）LC并聯諧振選頻

7、網絡：1. LC并聯諧振選頻網絡的構成：LC并聯諧振電路如圖(a)所示。其中LC并聯諧振電路的損耗用電阻R來代表,主要是電感的電阻損耗。下面分析它的諧振頻率 ：當頻率低時容抗大，感抗小，并聯電路的特性由電感支路決定；當頻率高時容抗小，感抗大，并聯電路的特性由電容支路決定。所以無論頻率低還是高，LC并聯電路均呈現低阻抗，其端電壓較低，只有處于低頻和高頻之間的某一個頻率，LC并聯電路呈現高的阻抗，其端電壓會較高。 圖(a) 并聯諧振電路圖2諧振頻率： 3諧振阻抗對于諧振頻率，LC并聯電路的阻抗為：阻抗頻率特性及相頻特性圖： 圖9.2.5 并聯諧振電路及其諧振曲線諧振時LC并聯電路的阻抗呈純阻性。

8、B）LC串聯諧振選頻網絡： 圖（b） 串聯諧振選頻網絡 圖（c）串聯諧振電路的阻抗頻率特性曲線 無論頻率低還是高，LC串聯電路均呈現高阻抗，LC串聯電路兩端的電壓較高，只有處于低頻和高頻之間的某一個頻率，LC串聯電路會呈現較低的阻抗，其兩端的電壓會較低， 諧振時的阻抗最小：諧振的角頻率為0：串聯諧振電路的品質因數： 2.選頻網絡設計： （1）設計要求： 設計一個選頻網絡(諧振頻率 1MHz ,通頻帶39.5KHz)；（2）設計方案：高頻振蕩回路時高頻電路中應用最為廣泛的無源網絡，也是構成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件，在電路中完成阻抗變換、信號選擇與 濾波，相頻轉換和移相等功能，并

9、可直接作為負載使用。從電路的角度看，它總是有電感L和電容C以串聯和并聯的形式過程回路。 采用并聯諧振回路：有電感與電容簡單并聯而成，當頻率不是非常高時，并聯諧振回路的應用最廣。所以本實驗采用并聯諧振回路設計諧振頻率為1MHz的選頻回路，具體設計如下： 電路圖如圖1.2所示 ： 圖1.2 并聯諧振回路（1）下圖為此時的波形圖：可以看出輸出波形和輸入電流源的波形一致，由于P=1/2,輸出波形的電壓伏值為輸入電壓的1/2。輸出的波形頻譜圖如下：可以在大概1M赫茲，達到峰值，然后在兩側很快衰減為零，具有選頻特性，且選頻性良好。 諧振頻率：,設定為1M； 兩個電容串聯，電容C1=C1=2nF,則C= 1

10、nF，由已知參數得：電感L=1/(w2*C) 25.33uH ;將R折合到回路兩端，則電阻為4 ，由公式：，可以算出Q=4*1000/(2*3.14*25.33)=25.13（2）當增大R=1M時，Q值將增大1千倍，同時我們也可以看到輸出波形的幅值衰減了5千倍左右，可見諧振時的Q值的增大是以減小它的增益為代價的，圖如下（3）當改變電流源的頻率為f=100KHz時，從下圖可以看出它的幅值有了較大的衰減：b.回路的頻率響應：用multisim11仿真如下所示：結果分析：從實驗結果圖可看出，選頻網絡能選出諧振頻率，對其它頻率具有幅值上衰減的作用，當負載電阻變大時，選頻性變好，但是增益變小。三點式振蕩

11、器設計: 設計要求：設計一個三點式振蕩器（ ）。A)理論基礎：（一） 反饋型振蕩器的基本工作原理：1自激振蕩的建立振蕩器在電源開關閉合的瞬間，振蕩管的各極電流從零跳變到某一數值，這種電流的跳變在集電極LC振蕩電路中激起振蕩，由于選頻網絡是由Q值很高的LC并聯諧振回路組成的，帶寬極窄，因而在回路兩端產生正弦波電Uo，該電壓通過互感耦合變壓器同相正反饋到晶體管的基極回路，這就是最初的激勵信號。這種起始振蕩信號開始十分微弱，經不斷地對它進行放大選頻反饋再放大等多次循環，一個與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。2反饋型自激振蕩器的組成包含兩個（或兩個以上）儲能元件的振蕩回路。在這兩個

12、元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。釋放與接收能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數值。可以補充由振蕩回路電阻產生損耗的能量來源。在晶體管振蕩器中，這種能源就是直流電源VCC。使能量在正確的時間內補充到電路中的控制設備。這是由有源器件（晶體管、集成塊等）和正反饋電路完成的。3振蕩器的起振條件反饋型正弦波振蕩器的起振條件是振幅起振條件 相位起振條件 其中，A為振蕩電路工作點處的電壓放大倍數，F為振蕩電路的反饋系數。4反饋型振蕩器的平衡條件所謂平衡條件是指振蕩已經建立，為了維持自激振蕩必須滿足的幅度與相位關系。振蕩器的平衡條件為振幅平衡條件 相位平衡條件式中，A表示平均電壓放大倍數。5.振

13、蕩器平衡狀態的穩定條件所謂平衡狀態的穩定條件即指在外因作用下，平衡條件被破壞后，振蕩器能自動恢復原來平衡狀態的能力。振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態平衡，但還不能說明這一平衡狀態是否穩定。平衡狀態只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態是否穩定。穩定條件也分為振幅穩定與相位穩定兩種。（1）振幅平衡的穩定條件形成穩定平衡點的根本原因是在平衡點附近，放大倍數隨振幅的變化特性具有負的斜率，工作于非線性狀態的有源器件（晶體管、電子管等）正好具有這一性能，因而它們具有穩定振幅的功能。（2）相位平衡的穩定條件所謂相位平衡的穩定條件，是指相位平衡條件遭到破壞時，線

14、路本身能重新建立起相位平衡點的條件；若能建立，則仍能保持其穩定的振蕩。B)振蕩器：振蕩器是一種能自動地將直流電源能量轉換為一定波形的交變振蕩信號能量的轉換電路，本次課程設計主要研究的是LC三點式振蕩器，所用的最基本原理如下：三點式振蕩器:：三點式振蕩器是指LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。根據具體元件選擇與接法的不同又可以分為電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）與電感三點式（哈特萊振蕩器）兩種，其主要特點如下：（1）電容三點式：反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形好，接近正弦波。反饋系數因與回路電容有關，如果用該變回路的方法來調整振蕩頻率，必將改變反饋系數，從而影

15、響起振。線路特點：圖31 電容三端振蕩電路圖32（a）和（b）分別為電容反饋三端振蕩器的典型電路和交流等效電路。由圖32（b）可見，它的反饋電壓Uf是從電容C2上獲得的，晶體管的三個電極分別與回路電容的三個端點相連接。電路中集電極和基極均采取并聯饋電方式。Cb、Cc均為隔直電容。（2）電感三點式：便于用改變電容的方法來調整振蕩頻率，而不會影響反饋系數，但是反饋電壓中高次諧波分量比較多，輸出波形差。線路特點： 圖32 電感反饋三端振蕩電路圖3-1（a）及（b）分別為共發電感反饋三端振蕩器電路和交流等效電路。它的反饋電壓Uf是從電感L2上獲得，晶體管的三個電極分別與回路電感的三個端點相連接。振蕩頻

16、率：電路的振蕩頻率為 （3）串聯型改進電容反饋互瑞振蕩器（克拉潑（Clapp）振蕩器）：線路特點：圖33 克拉潑振蕩電路圖33（a）是克拉潑電路的實用電路，圖33（b）是其高頻等效電路。克拉潑振蕩電路的特點是在回路中增加了一個與L串聯的電容C3。各電容取值必須滿足C3C1,C3C2。這樣可使電路的振蕩頻率近似只與C3、L有關。（4）并聯型改進電容反饋三端振蕩器（西勒（Seiler）振蕩器）：線路特點：圖34 西勒振蕩電路圖34（a）是西勒電路的實用電路，圖34（b）是其高頻等效電路（未考慮負載電阻），由圖可知該電路為共基電路。西勒電路是在克拉潑電路基礎上，在電感L兩端并聯了一個小電容C4，且滿

17、足C1、C2遠大于C3.三點式LC振蕩器，特別是電容反饋式三點振蕩器，由于反饋主要是通過電容，可以削弱高次諧波的反饋，是振蕩產生的波形得到改善，且頻率穩定度高，又適于較高波段工作。C).三點式振蕩器的設計：電路的設計依據及原理圖 :A)、三點式振蕩器構成原則:（射同余異）與發射極相連的電抗元件必須是是同性質的（即同是電容或電感），不與射極相連的另一個電抗與它們的性質相反（即若同性抗為電容，則異性抗為電感；或同性抗為電感，異性抗為電容），簡稱為“射同余異”。B)、電路分析：在實驗中為了減小晶體管極間的影響可采用改進型電容三點式振蕩電路，即在振蕩回路電感支路中增加一個電容C3，其值比較小，要求C3

18、C1;C31時圖形過調制時的頻譜圖如下： 4.6 AM低電平過調制時頻譜圖形高電平調制設計：(1)普通調幅信號為 : 載波信號為: 輸出信號頻率大概在1KHz左右，所以加一選頻網絡，中心頻率為1KHz，通頻帶為200，L1=C1時算出值為L1=C1=158，通頻帶為，Q值為Q=5,同時，可算出需要并聯一個5 的電阻(2).調幅電路如下圖所示： 圖4.7 AM高電平調制電路圖 調幅波形如下： 圖4.8 AM高電平調制載波波形圖 圖4.9 AM高電平調制輸出波形圖 圖4.10 AM高電平調制輸出波形頻譜圖 圖4.11 AM高電平調制m為1時輸出波形圖實驗結果分析：從實驗結果可以看出低電平和高電平調

19、制都可以實現AM波調幅，AM已調波形隨著調制信號的波形變化，且當調制度大時，圖形受調制電壓影響大，當處于過調制時，輸出圖形失真。對于本實驗，采用的低電平調制，它的輸入電壓要小于26mv，它的輸出電壓也比較小。對于高電平調制，本實驗中采用集電極調制方法，它的輸入電壓Ucc也不能太大，否則將不再工作在過壓狀態。 2.檢波電路設計：從調幅波中取出調制信號的過程,稱為幅度檢波,常用的檢波電路有三種:小信號平方律檢波,大信號包絡全波和乘積檢波,對檢波器的要求有以下三點:(1)檢波效率(電壓傳輸系數)若檢波器輸入等幅高頻電壓峰值為Uc,檢波后的輸出電壓為Uo,則檢波效率K定義為:K=Uo/Uc。若檢波器輸

20、入為包絡調幅波,則檢波效率寂靜義為輸出低頻電壓幅度U與輸入高頻電壓包絡幅度 mUc之比: K=U/mUc。式中:m是調幅系數。K越大說明同樣的輸入情況下可以得到較大的低頻輸出信號,即檢波效率高。(2)檢波失真它反映輸出低頻電壓波形和輸入已調波包括形狀的符合程度。(3)輸入電阻Ri由檢波器輸入端看進去的等效電阻稱為輸入電阻Rio,通常檢波器接于中頻放大器的輸出端,Ri看作是它的負載。因此,Ri越大對中頻放大器的影響就會越小,大信號峰值包絡檢波：其特點是:(1)輸入電壓幅度一般500毫伏以上;(2)沒有偏置電壓E,由于輸出電壓的反作用,實際上工作點處于u0的區段。因此,大信號檢波二極管,在載波一周

21、期內,只有一段時間尋通,而另一段時間截止。大信號峰值二極管檢波器的主要參數計算如下:K=cos，式中:為半導通角,它取決于rd/R值,兩者關系為rd/R=(tg-)/ (2)輸入阻抗Ri：Ri/R=(tg-)/(-sincos)，很小時，。(3)檢波失真：常有兩類失真:一類惰性失真,二是底邊切割失真。對于惰性失真情況,產生該失真的原因是濾波時間常數RC選得過大,以致濾波電容的放電速率跟不上包絡變化速率所造成的,要防止對角切割失真現象,時間常數RC應滿足下式關系: 另一種切割失真是由于檢波器的低頻交流負載與直流負載電阻不同而引起的,通常檢波被輸出的低頻電壓經耦合電路再送至低頻放大器中去由于C數值

22、很大,它的兩端降有直流電壓為載波幅度的平均值Uco若R時,該電壓大部分落在R兩端上,以致在音頻包絡負半波時,輸入電壓可能低于R兩端的直流電壓,于是二極管截止,輸出信號不再隨輸入信號包絡的下降而改變,產生底邊切割失真,要避免此失真,應滿足下式：，式中:R為直流電阻,交流電阻。參數計算：設定電容為1uF。1.為避免惰性失真，由上面分析可算出R 8.5K 2. .為避免惰性失真，由上面分析可算出3.調制解調電路如下圖所示： 圖4.12 AM高電平解調制電路圖 輸出波形為： 圖4.13 AM高電平解調輸出波形圖可看出解調信號波形基本正確，沒有出現惰性失真和底部切割失真。當增大R2時（此實驗中取了20

23、），出現惰性失真，波形如下：圖4.14 AM高電平解調惰性失真輸出波形圖當調節R3和R4，使時，出現底部切削失真，波形如下：圖4.15 AM高電平解調底部切削失真輸出波形圖下圖為底部切削更加嚴重時的波形，此為并聯電阻更小時的情況（R3,R4都取了500 ）：圖4.16 AM高電平解調底部切削失真輸出波形圖結果分析：對于AM波，可以用包絡檢波的方法進行解調，因為AM波的包絡和調制信號和波形一致，但是在設計檢波電路的時候要注意兩種失真，要選好參數。雙邊帶調制：設載波為uC(t)=Ucosct，單頻調制信號為u(t)=Ucost (c)，則雙邊帶調幅信號為:uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kU

24、costcosct =cos (c+)t+cos (c-)t， 其中k為比例系數。可見雙邊帶調幅信號中僅包含兩個邊頻, 無載頻分量, 其頻帶寬度仍為調制信帶寬的兩倍。圖4.3顯示了單頻調制雙邊帶調幅信號的有關波形與頻譜圖。 需要注意的是, 雙邊帶調幅信號不僅其包絡已不再反映調制信號波形的變化, 而且在調制信號波形過零點處的高頻相位有180的突變。可以看出, 在調制信號正半周, cost為正值, 雙邊帶調幅信號uDSB(t)與載波信號uc(t)同相；在調制信號負半周, cost為負值, uDSB(t)與uc(t)反相。 所以, 在正負半周交界處, uDSB(t)有180相位突變。另外，雙邊帶調幅

25、波和普通調幅波所占有的頻譜寬度是相同的，為2Fmax。圖5.1 DSB調幅波形與頻譜 因為雙邊帶信號不包含載波，所以發送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高。電路設計：載波頻率=1MHz ，載波幅值50mV調制頻率=10kHz ，調制幅值 10mV 圖5.1 DSB調制電路圖（5）電路經頻譜分析儀和示波器的仿真如下： 圖5.2 載波信號圖 圖5.3 調制信號圖 圖5.4 已調信號輸出圖分析：由仿真圖可看出，形成調幅波以后，它的載波頻率維持不變，與未調之前一樣，其包絡波形與調制信號大體相同。 圖 5.5 已調電路信號頻譜圖2、解調電路的設計：()解調原理 信號不同于調制信號，不能讓那個應包絡檢

26、波，必須用同步檢波。同步檢波的恢復 載波應與調制器的載波電壓完全同步。同步檢波又分為乘積型和疊加型。本設計采用同步檢波方式，。雙邊帶調幅波中不含載波分量，用相乘器進行檢波時，需要在接收端產生一個載波。其原理如圖4.7所示，低通濾波器XusurUo圖4.7 同步檢波器原理圖設輸入為單頻調制的雙邊帶信號uDSB(t)= Uscostcosct (c)并假設載波信號與原載波信號同頻不同相，即有相差，則ur(t)= Urcos(ct+)，相乘器的輸出信號uo(t)=KmUsUrcostcosctcos(ct+) =0.5KmUsU costcos+ cos(2ct+)，有用分量為 u1(t)=0.5K

27、mUsULcoscost，無用分量為 u1(t)=0.5KmUsUcost cos(2ct+)=0.5KmUsUcos（2c）t+ 0.5KmUsUcos（2c+）t+，由上式可知，相乘器輸出的無用分量的頻率為2c，故濾波器對有用頻率分量的傳輸系數應盡可能大，對無用頻率分量2c的傳輸系數應盡可能小。設濾波器對有用品頻率分量的傳輸系數為Kf,則整個檢波器輸出的有用信號為 uo(t) =KFu1(t)=0.5KfKmUsUcoscost，uo(t)與us(t)的幅度之比，即為檢波器傳輸系數Kd，且由以上公式可得Kd0.5KfKmUcos 電路設計:電路圖如下圖：圖5.6 同步檢波器（解調）電路圖圖

28、5.7解調輸出圖圖5.8解調輸出圖頻譜結果分析：DDSB的輸出信號沒在了載波信號，所以它的頻譜利用率高，但是DSB的解調只能用同步檢波法，因為它的包絡發生了變化。設計體會: 這次的設計是通過自己在圖書館和網上查閱資料所完成的，課程設計的任務需要綜合運用“高頻電子線路”課程的知識，通過調查研究、查閱資料、方案論證與選定；設計選取電路和元器件；組裝和調試電路，測試指標及分析討論，完成設計任務。在這次課程設計中，學會了怎樣去根據課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。從中發現自己并不能很好的熟練去使用所學到的數電知識。在以后學習中要加強對使用電路的設計和選用能力。把過去熟悉的定型分析、定量計算逐步和工程