1、 高頻電子線路 課 程 設 計 題 目 基極振幅調制器的設計與實現 系 (部) 班 級 姓 名 學 號 指導教師 2013 年 7 月 8 日至 7 月 12 日 共 1 周 高頻電子線路 課程設計任務書一、設計題目、內容及要求 設計題目：基極振幅調制器的設計與實現內容及要求：1原理分析及電路圖設計2用相關仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試(1)基極振幅調制器功放工作狀態的觀察分析；(2)計算基極振幅調制器功放的放大倍數Au；(3)高頻載波頻率15MHz；(4)計算調制系數m。二、設計原始資料 模擬電子線路、高頻電子線路；軟件Multisim 10；計算機一臺 三、要求的設計成果（課程設計

2、說明書、設計實物、圖紙等）設計說明書1份，不少于2000字，應包含基極振幅調制器原理、設計電路、相關軟件Multisim 10介紹、仿真電路、仿真波形分析。四、進程安排7月8號 課設理論講解及仿真軟件介紹、學生練習使用軟件7月9號 電路圖理論設計7月10號 仿真分析7月11號 整理、撰寫說明書7月12號 進行測試或答辯五、主要參考資料1 曾興文、劉乃安、陳健高頻電子線路北京：高等教育出版社，20072 張肅文等高頻電子線路（第四版）北京：高等教育出版社，20043 聶典等Multisim 10計算機仿真北京：電子工業出版社，2010指導教師（簽名）：教研室主任（簽名）：課程設計成績評定表出勤情

3、況出勤天數 缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現（20分）課設答辯（20分）設計成果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評定 指導教師簽名： 年 月 日目錄前言11 基極振幅調制器設計原理21.1 設計原理21.2 基極振幅調制的優缺點22 基極振幅調制器電路設計32.1 電路參數的選擇32.2 電路的連接33 基極振幅調制器電路的仿真43.1 Multisim仿真軟件的介紹43.1.1 Multisim軟件介紹43.1.2 Multisim的基本界面操作53.2 基極調幅電路的仿真83.2.1 基極調幅電路輸入的調制信號波形83.2.2 基極調幅電路輸入的高頻載波信號波形9

4、3.2.3 基極調幅輸出波形104 基極振幅調制器電路實現與分析124.1 基極調幅的特性曲線124.2 基極調幅在臨界、過壓和欠壓三種工作狀態下的分析124.2.1 基極調幅工作在臨界工作狀態下的分析124.2.2 基極調幅工作在欠壓工作狀態下的分析134.2.3 基極調幅工作在過壓工作狀態下的分析145 總結166 參考文獻17高頻電子線路課程設計前言目前，隨著電子信息技術的快速發展，為了將低頻信號有效地輻射出去為了使發射與接收效率碌在發射機與接收機方面部必須采用天線和諧振回路。但語言、音樂圖像信號等的頻率變化范圍如果直接發射音頻信號財發射機將工作于同一頻率范圍。這樣接收機將同時收到許多不

5、同電臺的節目無法加以選擇。克服以上的困難必須利用高頻振蕩將低頻信號“附加”在高頻振蕩人這樣就使天線的輻射效率提高尺寸縮小同時每個電臺都工作于不同的載波顛串接收機可以調諧選擇不同脈電臺這就解除了上述的種種困難。調幅是使高頻載波信號的振幅隨調制信號的瞬時變化而變化。也就是說，通過用調制信號來改變高頻信號的幅度大小，使得調制信號的信息包含于高頻信號之中，通過天線把高頻信號發射出去，然后就把調制信號也傳播出去了。這時候在接收端可以把調制信號解調出來，也就是把高頻信號的幅度解讀出來就可以得到調制信號了調幅波的形成早期VHF 頻段的移動通信電臺大都采用調幅方式，由于信道衰落會使模擬調幅產生附加調幅而造成失

6、真，目前已很少采用。調頻調制在抗干擾和抗衰落性能方面優于調幅調制，對移動信道有較好的適應性。高頻信號的幅度隨著調制信號作相應的變化，這就是調幅波。由于高頻信號的幅度很容易被周圍的環境所影響。所以調幅信號的傳輸并不十分可靠。在傳輸的過程中也很容易被竊聽，不安全。所以現在這種技術已經比較少被采用，但在簡單設備的通信中還有采用。比如收音機中的AM波段就是調幅波，大家可以和FM波段的調頻波相比較，可以看到它的音質和FM波段的調頻波相比會比較差，原因就是它更容易被干擾。所謂基極調幅，就是用調制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實現條幅。其基本原理是，低頻調制信號電壓與直流偏壓相串聯。放大器的有效

7、偏壓等于這兩個電壓之和，它隨著調制信號波形而變化。使三極管工作在欠壓狀態下，集電極電流的基波分量隨著基極電壓成正比變化。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨著調制信號的波形而變化，于是得到調幅波輸出。1 基極振幅調制器設計原理1.1 設計原理基極調幅，就是用調制信號電壓來改變高頻功率放大器的基極偏壓，以實現調幅。晶體管是一種非線性器件，只要讓其工作在非線性（甲乙類，乙類或丙類）狀態下，即可用它構成調幅電路。一般總是把高頻載波信號和調制信號分別加在諧振功率放大器的晶體管的某個電極上，利用晶體管的發射結進行頻率變換，并通過選頻放大，從而達到調幅的目的。它的基本電路如下圖1-1，由圖可知，低頻調制

8、信號電壓Ucost與直流偏壓VBB相串聯。放大器的有效偏壓等于這兩個電壓之和，它隨調制信號波形而變化。由于在欠壓狀態下，集電極電流的基波分量Icm1隨基極電壓成正比。因此，集電極的回路輸出高頻電壓振幅將隨調制信號的波形而變化，于是得到調幅波輸出。調幅過程是非線性變換的過程，將產生多種頻率分量，所以調幅電路應LC帶濾波器，用來濾除不需要的頻率分量。為了獲得有效的調幅，基極調幅電路必須總是工作于欠壓狀態。圖1-1 基極振幅調制器的原理電路1.2 基極振幅調制的優缺點由于基極電路電流小，消耗功率小，故所需調制信號功率很小，調制信號的放大電路比較簡單，這是基極調幅的優點。但因其工作在欠壓狀態，集電極效

9、率低是其一大缺點。一般只用于功率不大，對失真要求較低的發射機中。它的主要優點是所需調制功率串很小，對整機的小型化有利。2 基極振幅調制器電路設計2.1 電路參數的選擇根據圖1-1的原理電路圖，設定輸入高頻載波的幅度為10V，頻率為15MHZ。輸入調制信號的幅度為2V，頻率為600KHZ。因為LC滿足諧振條件，所以可設電容和電感分別為L=11.26nF，C=10nH。經過調試，兩個直流電源分別為=0.1V和=35V。則電路圖如下圖所示： 2.2 電路的連接圖2-1 基極振幅調制器原理電路圖3 基極振幅調制器電路的仿真3.1 Multisim仿真軟件的介紹NI Multisim軟件結合了直觀的捕捉

10、和功能強大的仿真，就能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，您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。借助專業的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數據的實現建模測量。有如下特點：通過直觀的電路圖捕捉環境, 輕松設計電路 ；通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為； 借助高級電路分析, 理解基本設計特征 ；通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試

11、 ；通過改進、整合設計流程, 減少建模錯誤并縮短研發時間。3.1.1 Multisim軟件介紹NI Multisim 10是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。目前NI的EWB的包含有電路仿真設計的模塊Multisim、PCB設計軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設計模塊Commsim 4個相互獨立的部分，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 均有增強專業版（Power Pr

12、ofessional)、專業版（Professional）、個人版（Personal）、教育版（Education）、學生版（Student）和演示版（Demo）等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差異。Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件、儀器和儀表，實現了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。元器件庫提供數千種電路元器件，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，很方便的在工程設計中使用。虛擬測試儀器儀表種類齊全，如萬用表、函數信號發生器、雙蹤示波器、直流電源，波特圖儀、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。Multisim 10具有較為詳細的

13、電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。Multisim 10可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。有豐富的Help功能，不僅包括軟件本身的操作指南，還包含有元器件的功能解說。提供了與國內外流行的PCB設計軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的接口，支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設計。易學易用，適合于電子信息、通信工程、自動化、電氣控制類專業，有利于開展綜合性的設計

14、和實驗，培養綜合分析、開發和創新能力。3.1.2 Multisim的基本界面操作1 啟動軟件雙擊桌面上的Multisim快捷方式或選擇程序菜單中的Multisim選項，即啟動Multisim 10。圖3-1 multisim軟件界面2 軟件選項設置單擊“主菜單欄”中的“option(選項)”,選擇“Global Preferences”，出現下面的對話窗口，如下圖所示：圖3-2 選項設置對話框可選擇合適的元件類型。3 繪制電路元器件庫的操作包括：(1) 取用元件：從元器件庫中取用所需元件；圖3-3 元件選項對話框點擊某元件會彈出上圖所示對話框，可根據要求選擇所需器件，然后按OK(確定)即可。M

15、ultisim10的元件均具有下列元素:Symbol 元件符號（ for Schematic）Model 元件模型（ for Simulation）Footprint 元件外型（ for Layout）Electronic Parameter 電子元件參數User Defined Info. 使用者自定資訊Pin model管腳模型General元件描述在元件上雙擊鼠標左鍵開啟屬性對話框如下圖所示：圖3-4 元件屬性對話框其中，Label：修改元件序號、標識；Display：設置元件標識是否顯示；Value：設定元件參數值；Fault：設定元件故障。(2) 擺放元件：調整元件的位置與方向； 圖

16、3-5 元件設置對話框右擊元件可得到上圖所示對話框，可對元件進行旋轉，設置元件標識等操作。(3)線路連接：連接元件的引腳。連線方式可分為手動連線和自動連線。調整走線既可以拖拽線段也可以拖拽節點。(4)儀表庫操作Multisim中的儀表調用十分簡單，從儀表庫中單擊要調用的儀表，光標附著儀表，移動光標到目標位置，單擊鼠標左鍵放置儀表，完成儀表調用。其中儀表有如下所示數字萬用表（Multimeter)函數信號發生器 (Function Generator)瓦特表 (Wattmeter)示波器 (Oscilloscope)四通道示波(4 channel Oscilloscope)波特圖儀 (Bode

17、Plotter)頻率計數器 (Frequency counter)字符信號發生器 (Word Generator)邏輯分析儀 (Logic Analyzer)邏輯轉換器 (Logic converter)IV曲線分析儀(IV Analyzer)失真度分析儀 (Distortion Analyzer)頻譜分析儀 (Spectrum Analyzer)網絡分析儀 (Network Analyzer)Aglient 函數信號發生器(Aglient Function Generator)Aglient 萬用表 (Aglient Function Generator)Aglient 示波器(Aglien

18、t 100M Oscilloscope)動態測試筆 (Dynamic measurement probe)3.2 基極調幅電路的仿真3.2.1 基極調幅電路輸入的調制信號波形調制信號的振幅峰峰值V，頻率為=600KHZ，所以調制信號為V，得適合的波形如下圖所示： 圖3-6 調制信號的波形3.2.2 基極調幅電路輸入的高頻載波信號波形設置載波信號振幅值為=14.2V，頻率為=15MHZ，所以輸入載波信號為V，則所得波形如下圖所示： 圖3-7 高頻載波信號波形載波信號經過三極管放大后得到的放大輸出信號波形如下圖所示：圖3-8 經三極管放大后的高頻載波信號波形在示波器上讀出放大信號的振幅峰峰值為V，

19、頻率為=15MHZ，所以得信號的放大倍數。3.2.3 基極調幅輸出波形圖3-9 基極振幅調制器輸出信號波形由圖可以看出輸出的已調波信號的頻率與載波信號相近，也可以看出輸出的已調波信號波形的包絡線與輸入的調制信號波形一致。可以讀出輸出的已調波信號的=44.32V,=20.43V,所以得出調制系數：4 基極振幅調制器電路實現與分析4.1 基極調幅的特性曲線極振幅調制器電路由NI Multisim軟件模擬仿真實現，基極振幅調制特性分析如下圖所示：圖4-1 基極調幅特性曲線4.2 基極調幅在臨界、欠壓和過壓三種工作狀態下的分析4.2.1 基極調幅工作在臨界工作狀態下的分析圖4-2 臨界工作狀態特性曲線

20、在Uc介于欠壓和過壓狀態之間的某一值時，動態特性曲線上端正好位于電流下降線上，此狀態稱臨界狀態。圖4-3 臨界工作狀態輸出的已調波信號波形臨界時輸出的已調波信號幅度最大且不失真。4.2.2 基極調幅工作在欠壓工作狀態下的分析在Uc不是很大時，晶體管只在截止和放大區工作，在此區間內Uc增加時，集電極電流幾乎不變，這種工作狀態稱為欠壓工作狀態。基極調幅就是工作在這種狀態。圖4-4 欠壓工作狀態特性曲線基極調幅在欠壓時，輸出已調波信號波形如下圖所示：圖4-5 欠壓工作狀態輸出已調波信號波形在欠壓工作狀態時，輸出的已調波信號是放大且不失真的。4.2.3 基極調幅工作在過壓工作狀態下的分析當Uc加大到接近Ucc時發射結和集電結正向偏置，即工作到飽和狀態這時的狀態稱過壓狀態，此時的集電極電流會產生失真，輸出電壓也會產生失真。圖4-6 過壓工作狀態特性曲線基極調幅在過壓工作狀態時輸出的已調波信號波形圖如下圖所示：圖4-7 過壓工作狀態輸出已調波信號波形過壓工作狀態時輸出的已調波信號波形失真且放大倍數較小。綜上所述，基極調幅電路必須工作在欠壓區，所以要選擇合適的三極管和元器件的參數。5 總結通過本次課程設計使我明白了怎樣使用Multisim軟件仿真