高頻電子線路課程設計--集電極調幅電路

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一．背景介紹1</b></p><p><b>　　二．選題概述2</b></p><p>　　1集電極振幅調幅器的工作原理2</p><p>　　2 集電極電路脈沖的變化情況2</

2、p><p>　　3 集電極調幅波形圖3</p><p>　　4集電極調幅的靜態(tài)調制特性4</p><p>　　三．設計要求與任務5</p><p><b>　　四．設計思路5</b></p><p>　　1調幅波的數(shù)學表示式推導5</p><p>　　2集電極調幅電路

3、的工作狀態(tài)分析5</p><p>　　五．設計采用硬件及軟件環(huán)境概述6</p><p>　　1仿真軟件MULTISIM 14概述6</p><p>　　1.1仿真軟件概述6</p><p><b>　　1.2界面預覽6</b></p><p>　　1.3元器件庫的說明7</p&g

4、t;<p>　　1.4注意事項及可能遇到的問題7</p><p><b>　　2元器件說明7</b></p><p>　　六．設計過程及設計電路8</p><p>　　1集電極振幅調制設計電路8</p><p>　　2集電極振幅調制仿真電路9</p><p>　　3調制信號

5、波形和集電極調幅輸出波形的比較和分析9</p><p><b>　　4電路的改進10</b></p><p>　　4.1此電路的優(yōu)缺點10</p><p>　　4.2改進方案10</p><p><b>　　七．結果12</b></p><p><b>　

6、　八．設計心得12</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　一．背 景 介 紹</b></p><p>　　調制器與解調器是通信設備中的重要部件。所謂的調制，就是用調制信號去控制載波某個參數(shù)的過程。調制信號是由原始消息（如聲音、數(shù)據、圖像等）轉變成的低頻或視頻信

7、號，這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的，通常用uΩ或f(t)表示。未受調制的高頻振蕩信號稱為載波，可以是正弦波，也可以是非正弦波；但必須是周期性信號，用符號uc和ic表示。受調制后的振蕩波稱為已調波，它具有調制信號的特征。</p><p>　　振幅調制是由調制信號去控制載波的振幅，使之按信號的變化規(guī)律，嚴格的講是使高頻振蕩的振幅與調制信號呈線性關系，其他參數(shù)（頻率和相位）不變。</p><p

8、>　　使受調波的幅度隨調制信號而變化的電路稱為調幅器。調幅器輸出信號幅度與調制信號瞬時值的關系曲線叫做調幅特性。理想的調幅特性應是直線，否則便會產生失真。調幅器主要由非線性器件和選擇性電路構成。非線性器件實現(xiàn)頻率變換，產生邊帶和諧波分量；選擇性電路用來選出所需的頻率分量并濾掉其他成分，如高次諧波等。常用的非線性器件有晶體二極管、場效應晶體管等。選擇性電路大多用諧振回路或帶通濾波器。按照電平的高低，調幅器可分為高電平調幅和低電平調幅

9、。大功率廣播或通信發(fā)射機多采用高電平調幅器。這種調幅器輸出功率大，效率高。載波電話機和各種電子儀器多采用低電平調幅器。它們對輸出功率和效率要求不高，可以選用調幅特性較好的電路。</p><p>　　所謂的集電極調幅，就是用調制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現(xiàn)調幅.集電極調幅的特點：</p><p>　　(1)因處于過壓狀態(tài)，效率η高</p><p&g

10、t;　　(2) m較大時，調幅波非線性失真</p><p>　　(3)要求提供較大的驅動功率</p><p>　　(4)用于大功率調幅發(fā)射機</p><p><b>　　二．選 題 概 述</b></p><p>　　1集電極振幅調幅器的工作原理</p><p>　　集電極調幅是利用低頻調制信號去

11、控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調制電壓的規(guī)律變化，從而實現(xiàn)調幅。實際上，它是一個集電極電源受調制信號控制的諧振功率放大器，屬于高電平調幅。晶體管處于丙類工作狀態(tài)。要完成無線電通信，首先必須產生高頻率的載波電流，然后設法將低頻信號“掛”到高頻載波上去。本次設計要求采用調幅方式，即改變載波信號到振幅。它的基本原理是，將要傳送的調制信號從低頻率搬移到高頻，實現(xiàn)頻譜搬移。即載波的頻率和相角不變，載波的

12、振幅按照信號的變化規(guī)律而變化，高頻振幅變化所形成的包絡信號就是原信號的波形。通過載波傳輸聲音信號，主要是為了達到發(fā)射電磁波的要求。</p><p>　　2-1集電極調幅工作原理圖</p><p>　　2 集電極電路脈沖的變化情況</p><p>　　線性調幅時，由集電極有效電源所提供的集電極電流的直流分量和集電極電流的基波分量與成正比。</p><

13、;p>　　調制信號電壓加在集電極電路中，與集電極直流電壓VCC串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為= VCC+uΩ。式中, VCC為集電極固定直流電源電壓。</p><p>　　集電極電壓相對應的集電極電流脈沖的變化情形如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2同集電極電壓相對應的集電極電流脈沖的變化情形</p><p>　　由圖可見，集電極的有效電源電壓隨調

14、制信號變化而變化。由于與不變，故為常數(shù)，又不變，因此動態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動態(tài)線隨值的不同，沿VCC平行移動。</p><p>　　由圖可以看出，在欠壓區(qū)內，當由變至（臨界）時，集電極電流脈沖的振幅與通角變化很小，因此分解出的的變化也很小，因而回路上的輸出電壓uAM的變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內不能產生有效的調幅作用。</p><p>　　3 集電極調幅波形圖<

15、;/p><p>　　在這種情況下，分解出的隨集電極電壓的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電壓也隨而變化。輸出高頻電壓的振幅為×，不變，隨而變化，而是受uΩ控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨uΩ變化，因而實現(xiàn)了集電極調幅。</p><p>　?。ˋ）調制信號波形 （B）載波信號波形</p><p><b>　?。–）已調

16、信號波形</b></p><p>　　圖2-3集電極調幅波形圖</p><p>　　4集電極調幅的靜態(tài)調制特性</p><p>　　當沒有加入低頻調制電壓（即）時，逐步改變集電極直流電壓的大小，同樣可使電流脈沖發(fā)生變化，分解出的或也會發(fā)生變化。我們稱集電極高頻電流（或）隨變化的關系為集電極調制特性。根據分析結果可作出靜態(tài)調制特性曲線如圖2-4所示。<

17、;/p><p>　　圖2-4 集電極調幅的靜態(tài)調制特性</p><p>　　靜態(tài)調制特性曲線不能完全反映實際的調制過程，因為沒有加入調制信號，輸出電壓中沒有邊頻存在，只有載波頻率，不是調幅波。通常調制信號角頻率要比載波角頻率低得多，因此對載波來說，調制信號的變化是很緩慢的，可以認為在載波電壓交變的一周內，調制信號電壓基本上不變。這樣，靜態(tài)調制特性曲線仍然能正確反映調制過程。我們可以利用它來確定

18、已調波包絡的非線性失真的大小。</p><p>　　由圖1-4可知，為了減小非線性失真，當加上調制信號電壓時，保證整個調制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點Q應選在調制特性曲線直線段的中央，即處， 為臨界工作狀態(tài)時的集電極直流電壓。否則，工作點Q偏高或偏低，都會使已調波的包絡產生失真。</p><p><b>　　三．設計要求與任務</b></p><

19、;p>　　完成集電極調幅電路的設計</p><p>　　要求：直流電源24V,載波中心頻率4MHz,調制信號頻率1kHz,振幅調制度0.6；當調制信號為零時,載波電壓12Vp-p. </p><p><b>　　四．設計思路</b></p><p>　　1調幅波的數(shù)學表示式推導</p><p>　　根據振幅調制信號

20、的定義，已調信號的振幅隨調制信號uΩ線性變化。</p><p>　　設調制信號為單頻余弦信號：，載波信號：</p><p><b>　　則已調信號振幅 </b></p><p>　　式中, 稱為調制靈敏度，m稱為調幅度</p><p>　　已調波： </p><p&g

21、t;　　2集電極調幅電路的工作狀態(tài)分析</p><p><b>　　集電極調制特性</b></p><p>　　集電極調制特性是指僅改變，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。在、Ub、不變，動特性曲線將隨的變化左右平移，當由大到小變化時，功放的工作狀態(tài)由欠壓工作狀態(tài)到臨界，再進入到過壓狀態(tài)，集電極電流從一完整的余弦脈沖變化到凹頂脈沖。因此，高頻功放的集電極調制特性

22、可用圖3-1所示曲線表示</p><p>　　圖4-1 集電極調幅的靜態(tài)調制特性</p><p>　　要實現(xiàn)振幅調制，就必須選擇輸出高頻信號振幅UO與直流偏置電壓呈線性關系。只有工作在過壓區(qū)才能有效地實現(xiàn)對及UO的調制作用，故集電極調幅電路應工作在過壓區(qū)。</p><p>　　五．設計采用硬件及軟件環(huán)境概述</p><p>　　1仿真軟件Mu

23、ltisim14概述</p><p><b>　　1.1仿真軟件概述</b></p><p>　　Multisim14是美國NI公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬、數(shù)字電路板的設計工作。它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。有了Multisim 軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的

24、從事電路設計、仿真、分析工作。</p><p><b>　　1.2界面預覽</b></p><p>　　啟動Multisim 14</p><p>　　雙擊桌面上的Multisim快捷方式或選擇程序菜單中的Multisim選項，即可進入</p><p>　　圖5-1 軟件啟動界面</p><p>

25、　　1.3元器件庫的說明</p><p>　　圖 5-2 元器件庫的說明</p><p>　　1.4注意事項及可能遇到的問題</p><p>　　1.刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關的情況下進行；</p><p><b>　　2.電路必須接地；</b></p><p>　　3.分模塊調

26、試（提高調試速度），最后綜合調試；</p><p>　　4.要改變示波器背景色，點擊示波器界面的反向按鈕</p><p><b>　　2元器件說明</b></p><p><b>　　表1</b></p><p>　　六．設計過程及設計電路</p><p>　　1集電極振幅調

27、制設計電路</p><p>　　圖6-1集電極振幅調制設計電路</p><p>　　2集電極振幅調制仿真電路</p><p>　　圖6-2集電極振幅調制仿真電路</p><p>　　3調制信號波形和集電極調幅輸出波形的比較和分析</p><p>　　圖6-3調制信號波形和輸出波形</p><p>

28、;　　1.輸出波形原理分析</p><p>　　載波uc直接加到放大器的基極。調制信號uΩ加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。集電極諧振回路LC調諧在載頻上。</p><p>　　由于uΩ與VCC相串聯(lián)，因此，丙類被調放大器集電極等效電源將隨uΩ變化，從而導致被調放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，在過壓狀態(tài)下，集電極電流的基波分量振幅隨uΩ成正比變化，從而實現(xiàn)調幅。</p><p&

29、gt;　　集電極調幅電路調制線性好，集電極效率高，廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機中，但所需調制信號功率大。</p><p>　　2.輸出波形特點分析</p><p>　　調幅波的振幅變化規(guī)律與調制信號波形一致，調幅度m反映了調幅的強弱程度。</p><p>　　可以看出：一般m值越大調幅越深：</p><p><b>　　時，未調幅&

30、lt;/b></p><p>　　時，最大調幅(百分之百)</p><p>　　時，過調幅，包絡失真，實際電路中必須避免</p><p><b>　　4電路的改進</b></p><p>　　4.1此電路的優(yōu)缺點</p><p><b>　　1.電路的優(yōu)點</b><

31、;/p><p>　　所用的元器件較少并能實現(xiàn)預定的效果，連線較少實驗電路較為簡單。</p><p><b>　　2.電路的缺點</b></p><p>　　要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有直流饋電電路，為晶體管各級提供合適的偏置，而我們的電路沒有直流饋電電路除了流入晶體管內阻還流入電路其他的部分導致外電路消耗電源功率增大，使

32、損耗增大。</p><p>　　在實際應用中，由于基極饋電電路中采用單獨電源不方便，因此電路不具有實用性。在電路的輸入，輸出回路沒有采用一定的耦合回路，使輸出功率能不能有效地傳輸?shù)截撦d。</p><p><b>　　4.2改進方案</b></p><p>　　改進后的電路如圖所示：</p><p>　　圖 6-4 改進電

33、路圖</p><p>　　載波信號經變壓器T1輸入，調制信號經變壓器T2輸入，調幅信號經變壓器T3輸出。C3為隔直流電容，濾除載波信號可能帶有的直流或低頻信號。C1、R1和T3構成選頻網絡，調節(jié)R1可使電路處于過壓狀態(tài)。C2為旁路電容，用以避免高頻信號電流通過直流電源而產生極間反饋，造成工作不穩(wěn)定。</p><p><b>　　波形如圖所示：</b></p>

34、;<p>　　圖 6-5 改進后的波形圖</p><p><b>　　七．結果</b></p><p>　　從輸出波形可以看出，完成了集電極調幅電路的設計。</p><p>　　直流電源電壓為24V，載波中心頻率4MHz，載波電壓峰值為6V（即峰峰值為12V），調制信號頻率1kHz。</p><p><

35、;b>　　從圖中可讀出</b></p><p>　　調幅信號的最大值約為：</p><p><b>　　Umax=47V</b></p><p>　　調幅信號的最小值約為：</p><p><b>　　Umin=12V</b></p><p><b&g

36、t;　　調幅度：</b></p><p><b>　　滿足設計所需要求。</b></p><p><b>　　八．設計心得 </b></p><p>　　從最開始的毫無頭緒，無從下手，到最后設計出電路及仿真的正常運行，雖然其中可能有不完美，我還是體會到了成功的喜悅。通過這次課設的鍛煉使我受益匪淺。</p&

37、gt;<p>　　在設計的過程中遇到的問題，可以說是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。不過在所遇的問題處理過程中有成功也有失敗，但這卻實加強了自己的動手能力，最終我還是體會到了成功的喜悅。</p><p>　　此次課程設計制作讓我了解有關電路的原理和設計理念：在最后的仿真結果不一定與理想的完

38、全一樣，是因為在仿真時存在各種理想化的限制條件，所以，在設計時應考慮兩者之間的差距，從而找出最合適的方法，通過調試來發(fā)現(xiàn)自己的錯誤，并分析排出故障。用Multisim仿真的過程中，我熟悉了這一仿真軟件的用法，掌握了更多的知識。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 曾興文，劉乃安，陳健.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，20