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1、 Prepared on 24 November 2020唐山学院高频基极振幅调制器的设计与实现唐 山 学 院 高频电子线路 课 程 设 计 题 目 基极振幅调制器的设计与实现 系 (部) 信息工程系 班 级 10电信 姓 名 学 号 指导教师 张银蒲、申 2013 年 1 月 7 日至 1 月 11 日 共 1 周 高频电子线路 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求 设计题目：基极振幅调制器的设计与实现内容及要求：1原理分析及电路图设计2用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试(1)基极振幅调制器功放工作状态的观察分析；(2)基极振幅调制器功放的放大倍数：Au=15；(3)高频载波频率
2、15MHz；(4)调制系数m为。二、设计原始资料 模拟电子线路、高频电子线路；软件Multisim 10；计算机一台 三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）设计说明书1份，不少于2000字，应包含基极振幅调制器原理、设计电路、相关软件Multisim 10介绍、仿真电路、仿真波形分析。四、进程安排7月9号 课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件7月10号 电路图理论设计7月11号 仿真分析7月12号 整理、撰写说明书7月13号 进行测试或答辩五、主要参考资料1 曾兴文、刘乃安、陈健高频电子线路北京：高等教育出版社，20072 张肃文等高频电子线路（第四版）北京：高等教育出
3、版社，20043 聂典等Multisim 10计算机仿真北京：电子工业出版社，2010指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日目录前言目前，随着电子信息技术的快速发展，为了将低频信号有效地辐射出去为了使发射与接收效率提高，在发射机与接收机方面部必须采用天线和谐振回路。但语言、音乐图像信号等的频率变化范围如果直接发射音频信号则发射机将工作于同一频率范围。这样接收机将同时收到许多不同电台的节目，从而无法加以选
4、择。为了克服以上的困难必须利用高频振荡将低频信号附加在高频振荡上，这样就使天线的辐射效率提高尺寸缩小，同时每个电台都工作于不同的载波频率，接收机就可以调谐选择不同脉电台了。这样就解除了上述的种种困难。传输信息是人类生活的重要内容之一。利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。无线电通信、广播、电视、导航、雷达、遥控遥测等，都是利用无线电技术传输各种不同信息的方式。在以上这些信息传递的过程中，都要用到调制。所谓将信号“附加”在高频振荡上就是利用信号来控制高频振荡的某个参数，使这个参数随信号而变化，即调制。调制的方式可分为连续波调制与脉冲波调制两大类。连续波调制是用信号来控制载波的振
5、荡频率或相位，因而可分为调幅（AM)调频(FM)和调相(PM)三种方法。调幅即振幅调制，就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按照调制信号的规律变化，严格的来讲，是使得高频振荡的振幅与调制信号呈线性的关系，其他参数（频率和相位）不变。调制信号是由原始消息变成的低频或视频信号，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的高频振荡信号称为载波。受调制后的振荡波称为已调波，它具有调制信号的特征。从频谱关系看，调幅就是把调制信号的频谱搬移到高频载波附近。AM信号的产生可以用高电平调制和低电平调制两种方式。目前，AM信号大多都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。高电平调幅将功放和调制合二为一，调
6、制后的信号不需再放大就可以直接发送出去。这个过程通常是在丙类放大器中进行的。根据调制信号控制的电极不同，高电平调幅可分为：集电极调幅和基极调幅。所谓集电极调幅就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。所谓基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。其基本原理是，低频调制信号电压与直流偏压相串联。放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随着调制信号波形而变化。使三极管工作在欠压状态下，集电极电流的基波分量随着基极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随着调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。因为基极调幅所需调制功率很小，对整机
7、的小型化有利。因此，基极调幅电路在现实中的应用是非常重要的。1基极振幅调制器的设计原理基极调幅定义基极调幅用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。基极振幅调制器原理分析低频调制信号与相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。 丙类功放工作在欠压状态时，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化。因此集电极输出的高频电压振幅将随调制信号的波形而变化,于是得到调幅波输出。1.2.1基极振幅调制器原理电路图1-1基极振幅调制器原理电路基极调幅的基本原理电路如图1-1所示,低频调制信号与直流偏压。串联，因此,放大器的有效偏压等于上述两个电压之和
8、，它随调制信号波形而变化。为高频载波电压，为调制信号电压,作为等效基极偏置电压。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。对于丙类高频功率放大器，当集电极直流电压，激励高频信号电压和集电极有效回路不变，只改变基极偏压时，集电极电流脉冲在过压区可以认为是不变的。但在欠压区集电极电流脉冲幅度将随基极偏压成正比变化。因此基极调幅必须工作在欠压区，集电极回路输出高频电压，振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。同时为了兼顾效率和功率应使放大管工作在丙类，且最佳半导通角为70度左右。晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。若设，；为基极有效
9、电源电压；集电极输出电压为：；显然，为了实现不失真的调制，电路应工作在欠压状态。需要说明的是：高电平调幅电路可以产生且只能产生普通调幅波。1.2.2基极调幅电路的特点（1）LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。（2）电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；基极负偏压（或零偏压）；（3）必须工作在欠压状态下；（4）载波和边频的功率都由直流电源提供；（5）调制过程中效率是变化的；（6）基极电路电流小，消耗功率小，故所需调制信号功率很小；（7）功放和调制同时进行。1.2.3基极调幅电路的特性基极调幅分为欠压、临界、过压三种状态，随着从负值向正值增大的过程中三极管的工作状态从欠
10、压经临界到过压，具体如图1-2所示：图1-2 谐振功率放大器波形图工作在丙类的基极调幅特性曲线如图1-3所示图1-3 基极调幅的静态调制特性放大器工作在丙类状态；集电极电流为周期性的余弦脉冲。利用选频回路的选频作用，输出信号电压将仍与输入信号电压成正比。从图中可以看出为了使受的控制明显，放大器应工作在欠压状态。2基极振幅调制器电路设计总体设计方案、框图及分析根据要求，该电路首先加入高频输入信号和低频调制信号，在这里直接用信号源提供，中间是放大电路，根据要求采用三极管放大器，让三极管工作在丙类状态，以使电路的效率提高。最后是输出电路，根据要求采用单调谐回路做为负载，同样使电路的效率高。电路由输入
11、信号、三极管放大器、单调谐负载回路组成。总体设计方案框图如图2-1：载波信号三极管单调谐回路调制信号图2-1总体设计方案框图基极调幅电路基极调幅电路设计电路 图2-2基极调幅电路设计电路基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压输入信号振幅，谐振电阻不变的条件下，在次压区改变，其输出电流随变化这一特点来实现调幅的。图中为高频旁路电容。调幅过程是非线性变换的过程，将产生多种频率分量，所以调幅电路应用LC带通滤波器，用来滤除不需要的频率分量；采用平衡推挽电路可以抵消一部分不需要的频率成分。 任何一种非线性器件都可以用来产生调幅波。晶体管是一种非线性器件，只要让其工作在非线性（甲乙类，乙类或丙类）状态下
12、，即可用它构成调幅电路。一般总是把高频载波信号和调制信号分别加在谐振功率放大器的晶体管的某个电极上，利用晶体管的发射结进行频率变换，并通过选频放大，从而达到调幅的目的。 LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高，基极负偏压（或零偏压）。3基极振幅调制器电路的仿真软件MultiSim简介Multisim本是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，被美国NI公司收购后，更名为NI Multisim ，而是其（即NI，National Ins
13、truments）最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Educ
14、ation）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。 NI Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。而且，它的的虚拟测试仪器仪表种类非常齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还
15、有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、 时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、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。 NI Multisim 10主要功能是可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下
16、的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。 而且NI Multisim 10具有有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计
17、。 利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。NI Multisim 10软件进行设计仿真分析的基本步骤为：设计创建仿真电路原理图电路图选项的设置使用仿真仪器设定仿真分析方法
18、启动Multisim10仿真。NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。电路的仿真3.2.1基极调幅振荡电路仿真电路仿真电路图图3-1基极调幅电路仿真电路3.2.2仿真电路波形分析输入高频载波信号波形图3-2输入高频载波信号波形 输入高频载波信号的幅度约为4伏左右，频率为15MHZ 输入低频调制信号波形图3-3输入低频调制信号波形 输入的低频调制信号的幅度为1V，频率为200KHZ基极调幅电路输出信号波形图3-4输出信号波形任何一种非线性器件都可以用来产生调幅彼。晶体管是一
19、种非线性器件，只要让其工作在非线性（甲乙类，乙类或丙类）状态下，即可用它构成调幅电路。一般总是把高频载波信号和调制信号分别加在谐振功率放大器的晶体管的某个电极上，利用晶体管的发射结进行频率变换，并通过选频放大，从而达到调幅的目的。一般基极调幅电路工作在欠压状态，图3-4输出信号波形为电路工作在欠压状态。下面给出电路工作在临界状态和过压状态的输出信号波形。 临界状态电路输出波形图3-5临界状态输出波形 临界状态时，,为尖顶余弦脉冲，此时输出的波形调幅深度最大。过压状态电路输出波形图3-6过压状态输出波形过压状态时电路出现了失真，此时，为2V左右。注意：失真原因可以分为：1.波谷变平-由于过调或激
20、励过小,管子截止。2.波腹变平-电路工作在过压状态,基流脉冲不足,集电极脉冲不足。4参数计算与分析计算基极调幅振荡电路的放大倍数下图4-1为没有加调制信号之前，输入载波信号波形和输出信号波形图4-1未加调制信号之前输入与输出波形由图4-1可知 计算基极调幅振荡电路的调皮幅度m下图4-2为基极调幅振荡电路输出的已调波形 图4-2基极调幅振荡电路输出的已调波形总结这是在大学的第一次课程设计，当我刚开始看到题目时，真是不知所措啊！在网上查了一下基极调幅电路设计的有关内容，但确实东西很少啊！然后就到图书馆去找相关资料，但是只找到了少数的资料，而且把那些资料研究了之后，发现有很多不是我所能理解的知识，于
21、是我有些灰心了，最后只能回归到课本上了，我又仔细研究了一下课本，发现用书上的一些知识也许可以，这使我又看到了希望。我主要以课本为资料做了这个设计，所以电路设计过于简单，没有什么复杂的元器件，并不象其它的教材那样用到了很复杂的元器件或是用到了复杂的芯片。在电路的设计和创新上自己做的还很不够,所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也是以后需要改进的地方。此次课程设计的仿真电路我也没有加入馈电部分，电路仿真过于简单。通过此次课程设计，加强了我们动手，思考和解决问题的能力。在这次课程设计中遇到了各种各样的问题，经常遇到这样那样的情况，比如说，输出的波形失真，三极管放大倍数太小，电路各个参数不知
22、道如何选择等等。同时在这次课程设计中，我们也发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，因此在这上面耗费了很多时间。对于以后的学习我一定要认真对待，不能再像这次一样了。我体会到了学习和实践的不同，学习只需要理解，而实践则需要将理解升华，将知识系统的应用。此次课程设计主是运用本学期所学到的高频电子线路知识来设计一个符合要求的基极振幅调制器。要求我们运用所学知识将几种单元电路组合起来，并且能够根据给定性能指标求解电路中的参数，最后在实践方面还要求我们要有动手能力，绘制出仿真电路并调试。开始时对基极振幅调制电路的各个组成部分的原理（调制原理，高频谐振功率放大原理，以及功率放
23、大器工作状态等）掌握的不是很好，后来通过复习课本和查阅资料我设计出了电路图。经过这一周的努力，在老师和同学的帮助下，我完成了设计任务。在设计过程中，我学到了很多新东西。我一直坚信，只要我努力去做，就能一定能做好。这次课设最终顺利完成了，在此次课设中遇到了很多专业的知识问题，最后在老师的指导和同学的合作下，终于迎刃而解。同时，我们也学到了老师身上的很多实用的知识，在此我表示衷心的感谢！同时，对给过我帮助的同学和各位指导老师再次表示感谢！参考文献1曾兴文、刘乃安、陈健.高频电子线路.北京：高等教育出版社，20072张肃文等.高频电子线路（第四版）.北京：高等教育出版社，20043聂典等.Multisim 10计算机仿真.北京：电子工业出版社，20104张肃文.高频电子线路（第五版）.北京：高等教育出版社出版，20095杨霓清.高频电子线路实验及综合设计（第一版）.北京：机械工业出版社，20096张肃义.高频电子线路（第二版）.北京：高等教育出版社，19887李新平.实用电子仿真技术.北京：机械工业出版社，2003
