集電極調幅設計

1、目目 錄錄前 言 .11 集電極振幅調制器的工作原理及分析 .21.1 集電極振幅調幅器的工作原理.21.2 集電極電路脈沖的變化情況 .21.3 集電極調幅波形圖 .31.4 集電極調幅的靜態(tài)調制特性.42 集電極調幅設計與仿真 .52.1 集電極振幅調制設計電路.52.2 集電極振幅調制仿真電路.52.3 集電極調幅輸入載波信號波形.62.4 集電極調幅輸入調制信號波形.62.5 集電極調幅輸出波形及分析.73 集電極電路分析 .83.1 調幅波的分析.83.1.1 調幅波的數學表示式推導 .83.1.2 調幅波參數計算 .83.2 集電極調幅電路的工作狀態(tài)分析.93.2.1 集電極調制特

2、性 .93.2.2 集電極調幅功放三種工作狀態(tài)對比 .104 軟件 MULTISIM 10 介紹.124.1 仿真軟件概述.124.2 界面概述.124.3 元器件庫的操作.134.4 注意事項.145 設計總結 .155.1 集電極振幅調制電路的優(yōu)缺點.155.2 心得體會.15參考文獻 .16附錄 .17高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計1前 言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的過程。調制信號是由原始消息轉變成的低頻或視頻信號，這些信號可以是模擬的，也可以是數字的。未受調制的高頻振蕩信號稱為載波。受調制后的振蕩波稱為以調波，它具有調制

3、信號的特征。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。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。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

4、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。所謂的集電極調幅，就是用調幅信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現調幅.集電極調幅的特點：(1)因過壓工作， 高(與 m 無關)(2)用于大功率調幅發(fā)射機(3)要求提供較大的驅動功率U(4)m 較大時，調幅波非線性失真高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計21 集電極振幅調制器的工作原理及分析1.1 集電極振幅調幅器的工作原理集電極調幅是利用低頻調制電壓去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

5、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，屬高電平調幅。調幅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，然后設法將電報、電話等信號“加到”載波上去。將聲音電流加在高頻電流上，這個過程稱為調制。一個載波電流有三個參數可以改變，即振幅、頻率和相位。本次設計要求采用調幅方式。它的基本原理是，將要傳送的調制信號（這里我們以話音信號為例）從低頻率搬移到高頻，使它能通過電離層反射進行傳輸，在遠距離接收端我們用適當的解調裝置再把原信號不失真的恢復出來，就達到了傳輸話音低頻信號的目的。即載波的頻率和相角不變，載波的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

6、包絡信號就是原信號的波形。通過載波傳輸聲音信號，一是高頻產生電磁波的要求，二則增添了許多頻率段可供人們選擇使用，便于濾波。1-1 集電極調幅工作原理圖1.2 集電極電路脈沖的變化情況線性調幅時，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CCU0CI電流的基波分量與成正比。1CICCU 調制信號電壓加在集電極電路中，與集電極直流電壓串聯(lián)，因此，集電極有效CE電源電壓為式中, 為集電極固定電源電壓；m為調幅指數。CCUCE集電極電壓相對應的集電極電流脈沖的變化情形如圖 1-2 所示：CCU高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計3圖 1-2 同集電極電壓相對應的集電極電流脈沖的變化情形C

7、CU由圖可見，集電極的有效電源電壓隨調制信號壓變化而變化。由于與不CCUBBUbU變，故為常數，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PR態(tài)線隨值的不同，沿平行移動。CCUCE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CCU1CCU2CCU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的1cmICE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。1.3 集電極調幅波形圖在這種情況下，分解出的隨集電極電壓的變化而變化，集電極回路兩端的1cmICCU高頻電壓也隨而變化。輸出高頻電壓的振幅，不變，隨而CCU1CCcmPUIRPR1cm

8、ICCU變化，而是受控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨變化，因而實現了集電CCUOUOU極調幅。t t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )vt t0 00 0( (t t) )vt t0 0( (t t) )v（A）調制信號波形 （B）載波信號波形高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計4 t t0 0( (t t) )v（C）已調信號波形圖 1-3 集電極調幅波形圖1.4 集電極調幅的靜態(tài)調制特性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U0UCCU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ci0cI1cmI頻電流（或）隨變

9、化的關系線為靜態(tài)調制特性曲線。根據分析結果可作出靜1cmI0cICCU態(tài)調制特性曲線如圖 1-4 所示。圖 1-4 集電極調幅的靜態(tài)調制特性靜態(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0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已調波包絡的非線性失真的大小。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

10、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012CCQCCUU0CCU偏低，都會使已調波的包絡產生失真。高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計52 集電極調幅設計與仿真2.1 集電極振幅調制設計電路圖 2-1 集電極振幅調制設計電路2.2 集電極振幅調制仿真電路圖 2-2 集電極振幅調制仿真電路高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計62.3 集電極調幅輸入載波信號波形圖 2-3 集電極調幅輸入載波波形2.4 集電極調幅輸入調制信號波形圖 2-4 集電極調幅輸入調制信號波形高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計72.5 集電極調幅

11、輸出波形及分析圖 2-5 集電極調幅輸出波形1.輸出波形原理分析載波直接加到放大器的基極。調制信號加到集電極電路且與直流電源相串聯(lián)。CU0cUC1、C2 是高頻旁路電容。集電極諧振回路 LC 調諧在載頻上。C由于與相串聯(lián)，因此，丙類被調放大器集電極等效電源將隨變化，0CUCECCU0CU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CI隨成正比變化，從而實現調幅。1CI0CU集電極調幅電路具有調制線性好，集電極效率高的優(yōu)點。廣泛用于輸出功率較大的發(fā)射機中。所需調制信號功率大是該調制電路的缺點。2.輸出波形特點分析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

12、調幅的強弱程度?？梢钥闯觯阂话鉳值越大調幅越深：時，未調幅0m 時，最大調幅(百分之百)1m 時，過調幅，包絡失真，實際電路中必須避免1m 高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計8 3 集電極電路分析3.1 調幅波的分析3.1.1 調幅波的數學表示式推導根據振幅調制信號的定義，已調信號的振幅與調制信號線性變化。U設調制信號為單頻余弦信號：，載波信號：cosuUtcoscccuUt 則已調信號振幅 ( )cos(1cos)mCCCUUtUk UtUktU (1cos)CUmt CCCUUmkUU01m 式中, 稱為調制靈敏度，m稱為調幅度（調制度）k 已調波：( )( )cos(1cos)co

13、sAMmcCcutUttUmtt3.1.2 調幅波參數計算1.調幅度的計算圖 3-1 集電極調幅調制信號與輸出信號波形高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計9圖中參數為： max30UVmin8UV24CUV則調幅度：maxmin()2CUUmU(308)14.67242.放大倍數的計算 圖 3-2 集電極調幅輸入信號與輸出信號波形圖中參數為： 22ouV1.5iuV則放大倍數： 2214.671.5ouiuAu3.2 集電極調幅電路的工作狀態(tài)分析 3.2.1 集電極調制特性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CE、不變，動特性曲線將隨的變化左右平移，當由大到

14、小變化時，功LRbmUBBUCECE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CI弦脈沖變化到凹頂脈沖。因此，高頻功放的集電極調制特性可用圖 3-1 所示曲線表示高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計10圖 3-3 集電極調幅的靜態(tài)調制特性要實現振幅調制，就必須選擇輸出高頻信號振幅與直流偏置電壓呈線性關系。CE只有工作在過壓區(qū)才能有效地實現對及的調制作用，故集電極調幅電路應工作CE1CIOP在過壓區(qū)。3.2.2 集電極調幅功放三種工作狀態(tài)對比圖 3-4 集電極調幅過壓狀態(tài)輸出波形高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計11圖 3-5 集電極調幅欠壓工作狀態(tài)輸出

15、波形由圖 3-3 知在欠壓區(qū)工作時，輸出電流的振幅基本上不隨變化而變化。輸出波形CE的包絡不在顯示調制信號，因此不可以進行振幅調制。圖 3-6 集電極調幅臨界工作狀態(tài)輸出波形 動態(tài)特性曲線與臨界飽和線以及對應的靜態(tài)特性曲線，三線相交于一點maxbeu為尖頂余弦脈沖。此時輸出波形幅度最大。ci高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計124 軟件 Multisim 10 介紹4.1 仿真軟件概述Multisim10 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

16、了 Multisim 軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的從事電路設計、仿真、分析工作。4.2 界面概述1.啟動 Multisim 10 雙擊桌面上的 Multisim 快捷方式或選擇程序菜單中的 Multisim 選項，即可進入圖 4-1 軟件啟功界面高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計132. Multisim 界面圖 4-2 界面介紹4.3 元器件庫的操作圖 4-3 元器件庫的操作菜單工具欄菜單工具欄設計工具盒設計工具盒標準標準工具欄工具欄數據表格視圖數據表格視圖元件元件工具欄工具欄激活電路標激活電路標簽簽電路窗口電路窗口儀表工儀表工具欄具欄高頻電子線路課程設計高

17、頻電子線路課程設計14圖 4-4 元器件庫的操作4.4 注意事項1.不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機；2.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；3.注意數字地與模擬地的差別，使用標準符號；4.LED 數碼管的極性；5.分模塊調試，最后綜合調試。高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計155 設計總結5.1 集電極振幅調制電路的優(yōu)缺點1.電路的優(yōu)點所用的元器件較少并能實現預定的效果，連線較少實驗電路較為簡單。2.電路的缺點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0CI

18、還流入電路其他的部分導致外電路消耗電源功率增大，使損耗增大。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BBU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到負載。5.2 心得體會一周的課設時間過去了，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。這次課設中使我懂得了有些問題是可以自己慢慢看書摸索，在反復的嘗試過程中解決，我相信這種方法還可以運用到以后的實際工作中。此次課程設計制作讓我了解有關電路的原理和設計理念：在最后的仿真結果卻不一定與理想的完全一樣，因為在實際接線中有著各種各樣的條件制約，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)現自己的錯誤，并分析排出故障。我深深感受到了所學知識的有限，明白了只學好課本上的知識是不夠的，要通過圖書館和互聯(lián)網等各種渠道來擴充自己的知識。另外用 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。一周的實習就是將從課本上的知識應用于實踐中，高頻課設就是很好的實踐。在集電極調幅電路設計中，充分的體現了動手能力和對課本知識的掌握程度。這次課程設計讓