電子電路仿真教程演示

（優(yōu)選）電子電路仿真教程當(dāng)前第1頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn) 8.1單調(diào)諧和雙調(diào)諧回路仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)測(cè)量LC并聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性。

(2)研究電路諧振頻率與電路頻率特性及Q值的關(guān)系。

(3)研究雙調(diào)諧回路的頻率特性，改變耦合系數(shù)，觀察頻率特性的變化。當(dāng)前第2頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)原理

(1)在高頻電子線路中，小信號(hào)放大器和功率放大器均以并聯(lián)諧振電路作為晶體管的負(fù)載，放大后的輸出電壓從回路兩端取出。因此研究并聯(lián)回路的頻率特性具有重要的實(shí)際意義。

(2)并聯(lián)諧振電路具有選頻作用。

(3)諧振電路的諧振頻率。

(4)電路的品質(zhì)因數(shù)，Q反映了LC回路的選擇性：Q值越大，幅頻特性曲線越尖銳，通頻帶越窄，選擇性越好。

當(dāng)前第3頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)電路

圖8-1所示電路為單調(diào)諧LC諧振電路，圖8-2所示電路為通過電容耦合的雙調(diào)諧LC諧振電路。

當(dāng)前第4頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-1單調(diào)諧LC諧振電路

當(dāng)前第5頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-2雙調(diào)諧LC諧振電路

當(dāng)前第6頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)4．實(shí)驗(yàn)步驟

1)單調(diào)諧LC諧振電路分析

(1)按圖8-1所示連接電路并設(shè)置各元件參數(shù)。

(2)測(cè)試頻率特性。啟動(dòng)分析菜單中的ACAnalysis...命令，在彈出的交流分析對(duì)話框中按圖8-3所示進(jìn)行設(shè)置。選擇節(jié)點(diǎn)1為分析節(jié)點(diǎn)，運(yùn)行仿真，得到圖8-4所示的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。

當(dāng)前第7頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-3交流分析對(duì)話框設(shè)置

當(dāng)前第8頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-4單調(diào)諧回路的頻率特性

當(dāng)前第9頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(3)觀察電感和電容取值變化對(duì)頻率特性的影響。

采用參數(shù)掃描方法同時(shí)觀察電感L1分別為0.5mH、1?mH、1.5mH時(shí)的頻率特性。

采用參數(shù)掃描方法同時(shí)觀察電容C1分別為150pF、250pF、350pF時(shí)的頻率特性。

啟動(dòng)分析菜單中的ParameterSweep…命令，在彈出的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。進(jìn)行仿真后得到如圖8-5所示的L取不同值時(shí)的頻率特性曲線和如圖8-6所示的C取不同值時(shí)的頻率特性曲線。

當(dāng)前第10頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-5單調(diào)諧回路L取不同值的頻率特性曲線

當(dāng)前第11頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-6單調(diào)諧回路C取不同值的頻率特性曲線

當(dāng)前第12頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(4)觀察負(fù)載電阻變化對(duì)頻率特性的影響。

電阻值分別取0.5kHz、1kHz、1.5kHz，進(jìn)行參數(shù)掃描分析，得到如圖8-7所示的頻率特性曲線。

圖8-7負(fù)載取不同值時(shí)的頻率特性曲線當(dāng)前第13頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)由圖8-7所示曲線可知，負(fù)載的改變會(huì)使頻率曲線發(fā)生改變：當(dāng)阻值增大時(shí)，諧振電壓增大，曲線變得尖銳，通頻帶變窄，但回路諧振頻率不變。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2)雙調(diào)諧LC諧振電路分析

(1)按圖8-2所示連接雙調(diào)諧電路，電路采用電容耦合，耦合系數(shù)K=C3/C，其中C=C1+C3=C2+C3。用交流分析法對(duì)節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行分析，得到電路的頻率特性曲線如圖8-8所示。

當(dāng)前第15頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-8雙調(diào)諧回路的頻率特性曲線

當(dāng)前第16頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(2)觀察耦合電容取值變化對(duì)頻率特性的影響。

采用參數(shù)掃描方法同時(shí)觀察耦合電容C3分別為150pF、250pF、350pF時(shí)的頻率特性。

啟動(dòng)分析菜單中的ParameterSweep...命令，在彈出的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。進(jìn)行仿真后得到如圖8-9所示的C3取不同值時(shí)的頻率特性曲線。

當(dāng)前第17頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-9不同耦合電容時(shí)的頻率特性曲線

當(dāng)前第18頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)分析圖8-9可以知道：當(dāng)耦合電容比較小時(shí)，即電路處于弱耦合狀態(tài)時(shí)，輸出電壓幅值較小，曲線形狀較窄且呈現(xiàn)單峰；當(dāng)耦合電容太大時(shí)，即電路處于強(qiáng)耦合狀態(tài)時(shí)，輸出電壓幅值較大，曲線形狀較寬且呈現(xiàn)雙蜂，但曲線頂部出現(xiàn)凹陷，所選頻段幅度不均；只有當(dāng)耦合電容處于臨界耦合狀態(tài)時(shí)，輸出電壓幅度達(dá)最大，曲線形狀較寬且呈現(xiàn)單峰。圖中C3=15pF時(shí)，電路處于臨界耦合狀態(tài)。通常耦合電容的取值略超過臨界耦合狀態(tài)，即使得曲線頂部出現(xiàn)凹陷不深的雙蜂，這樣可以得到較寬的頻帶，并且頻帶內(nèi)較平坦。圖8-10所示為C3=20pF時(shí)電路的頻率特性曲線。和圖8-4所示單調(diào)諧頻率特性曲線相比較，雙調(diào)諧回路的通頻帶更寬，更接近于理想矩形的幅頻特性。

當(dāng)前第19頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-10C3=20pF時(shí)的頻率特性曲線

當(dāng)前第20頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．思考題

(1)由仿真結(jié)果(見圖8-5)可以看到，LC回路的通頻帶基本不受電感影響，為什么？

(2)雙調(diào)諧LC諧振電路與單調(diào)諧LC諧振電路相比有何優(yōu)點(diǎn)?

當(dāng)前第21頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn) 8.2單調(diào)諧放大電路仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)構(gòu)建單調(diào)諧放大電路，掌握選頻放大電路的結(jié)構(gòu)。

(2)研究單調(diào)諧放大電路的特性，掌握單調(diào)諧放大電路的工作原理。

當(dāng)前第22頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)原理

單調(diào)諧放大電路通常用來放大高頻小信號(hào)，如超外差式接收機(jī)的高放和中放電路，因此對(duì)其功能的基本要求是必須兼有放大和選頻雙重作用，這分別由放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)兩部分實(shí)現(xiàn)。調(diào)諧放大器的基本組成如圖8-11所示。

當(dāng)前第23頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-11調(diào)諧放大器的基本組成

當(dāng)前第24頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)電路

單調(diào)諧放大電路如圖8-12所示。

圖8-12單調(diào)諧放大電路

當(dāng)前第25頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)4．實(shí)驗(yàn)步驟

1)研究電路的放大特性

設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為1MHz，雙擊示波器圖標(biāo)，打開仿真開關(guān)，可以觀察到電路的輸入、輸出信號(hào)波形，如圖8-13所示。觀察圖8-13可以看到，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)基本上是反相的，同時(shí)電路的放大倍數(shù)約為50，這說明電路工作在諧振放大狀態(tài)。

當(dāng)前第26頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-13頻率為1MHz時(shí)輸入、輸出信號(hào)波形

當(dāng)前第27頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為1kHz，再觀察輸入、輸出信號(hào)波形，可以看到此時(shí)的輸出信號(hào)很小，電路工作于失諧狀態(tài)。

設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為10MHz，再次觀察輸入、輸出信號(hào)波形，可以看到此時(shí)的輸出信號(hào)也很小，電路同樣工作于失諧狀態(tài)。

由此可見，只有當(dāng)電路工作于諧振狀態(tài)時(shí)，電路對(duì)信號(hào)才有放大作用，即電路具有選頻放大的能力。

當(dāng)前第28頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2)研究電路的頻率特性

采用交流分析的方法得到電路的頻率特性曲線。啟動(dòng)分析菜單中的的ACAnalysis...命令，在彈出的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中按圖8-14所示進(jìn)行設(shè)置，選擇節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行分析，點(diǎn)擊Simulate按鈕，得到如圖8-15所示的頻率曲線。

當(dāng)前第29頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-14交流分析對(duì)話框設(shè)置

當(dāng)前第30頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-15單調(diào)諧電路的頻率特性曲線

當(dāng)前第31頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)觀察圖8-15所示曲線，上面的曲線是電路的幅頻曲線，下面的曲線是電路的相頻曲線。從幅頻曲線可以看到，在頻率為1MHz時(shí)，電路的輸出是最大的，輸出約為輸入的50倍；同時(shí)從相頻曲線可以看到，此時(shí)輸出與輸入的相位差基本上為180°，即輸出與輸入反相。

當(dāng)前第32頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)5．結(jié)論

理論計(jì)算電路的諧振頻率為

即電路的仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果吻合。

當(dāng)前第33頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

8.3相乘器調(diào)幅電路仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的(1)用相乘器實(shí)現(xiàn)正常調(diào)幅波電路，觀察輸出波形，研究其頻譜分布。

(2)用相乘器實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅電路，觀察輸出波形，研究其頻譜分布。

當(dāng)前第34頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

調(diào)制就是將所傳遞的信號(hào)“附加”到高頻載波上。根據(jù)調(diào)制時(shí)被控制的高頻參數(shù)的不同，可以分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相電路。調(diào)幅就是控制高頻載波信號(hào)的振幅隨著低頻調(diào)制信號(hào)的變化而變化；調(diào)頻或調(diào)相就是控制高頻載波信號(hào)的頻率或相位隨著低頻調(diào)制信號(hào)的變化而變化。

正常調(diào)幅波的表達(dá)式為

為簡(jiǎn)單起見，設(shè)初相為0°。

當(dāng)前第35頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)利用三角函數(shù)變換，可得到：

其中，為調(diào)制指數(shù)。

平衡調(diào)幅波為抑制了載波頻率成分的調(diào)幅波，它的表達(dá)式為

利用三角函數(shù)變換，可得到：

利用相乘器可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制。

當(dāng)前第36頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)電路

圖8-16所示電路是用相乘器實(shí)現(xiàn)正常調(diào)幅的實(shí)驗(yàn)電路，電路輸出：

其中，V1是一個(gè)頻率為20kHz，幅度為1V，初相為0°的高頻載波信號(hào)；V2是一個(gè)頻率為1kHz，幅度為1V，初相為0°的低頻調(diào)制信號(hào)；V3為2V的直流電源。改變V3的大小，可以改變調(diào)制指數(shù)。

當(dāng)前第37頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-16相乘器正常調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路

當(dāng)前第38頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)4．實(shí)驗(yàn)步驟

1)用相乘器實(shí)現(xiàn)正常調(diào)幅實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-16所示連接電路，設(shè)置各信號(hào)參數(shù)。電路的調(diào)幅指數(shù)等于V2的振幅與V3的比值，此時(shí)設(shè)置的調(diào)幅指數(shù)ma

=1/2=0.5。

(2)打開示波器及仿真開關(guān)，觀察輸出波形，如圖8-17所示。由圖8-17可以看出，高頻載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，高頻載波信號(hào)振幅的包絡(luò)變化與低頻調(diào)制信號(hào)是一致的。當(dāng)前第39頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)將V2設(shè)置為1V，此時(shí)的調(diào)幅指數(shù)ma=1/1=1，觀察到的輸出波形如圖8-18所示。這時(shí)電路處于臨界調(diào)制狀態(tài)。

將V2設(shè)置為0.5V，此時(shí)的調(diào)幅指數(shù)ma=1/0.5=2，觀察到的輸出波形如圖8-19所示。觀察圖8-19所示波形，這時(shí)的輸出信號(hào)振幅包絡(luò)的變化已不能反映調(diào)制信號(hào)的變化，這種狀態(tài)稱為過調(diào)制。在實(shí)際調(diào)制電路中，過調(diào)制是不允許的。當(dāng)前第40頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-17ma=0.5時(shí)的正常調(diào)幅輸出信號(hào)

當(dāng)前第41頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-18ma=1時(shí)的正常調(diào)幅輸出信號(hào)

當(dāng)前第42頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-19ma

=2時(shí)的正常調(diào)幅輸出信號(hào)

當(dāng)前第43頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

(3)分析圖8-17所示輸出調(diào)制信號(hào)的頻譜。啟動(dòng)分析菜單中的FourierAnalysis...命令，在彈出的對(duì)話框中按圖8-20所示進(jìn)行設(shè)置。點(diǎn)擊Simulate按鈕，得到如圖8-21所示的頻譜圖，圖中的表格是頻譜圖列表表示方式。

當(dāng)前第44頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-20FourierAnalysis對(duì)話框設(shè)置

當(dāng)前第45頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-21調(diào)幅電路輸出信號(hào)頻譜

當(dāng)前第46頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2)用相乘器實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將正常調(diào)幅電路中的直流電源設(shè)置為0，實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅。圖8-22所示電路是用相乘器實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路。電路輸出為

其中，V1是一個(gè)頻率為20kHz，幅度為1?V，初相為0°的高頻載波信號(hào)；V2是一個(gè)頻率為1?kHz，幅度為1?V，初相為0°的低頻調(diào)制信號(hào)。當(dāng)前第47頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-22相乘器平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路

當(dāng)前第48頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

(2)打開示波器，打開仿真開關(guān)，觀察輸出信號(hào)波形。觀察到的平衡調(diào)幅信號(hào)如圖8-23所示。

圖8-23平衡調(diào)幅輸出信號(hào)波形

當(dāng)前第49頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

(3)分析平衡調(diào)幅波的頻譜。啟動(dòng)分析菜單中的FourierAnalysis...命令，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置后仿真得到如圖8-24所示的頻譜圖。

當(dāng)前第50頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-24平衡調(diào)幅信號(hào)頻譜

當(dāng)前第51頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．結(jié)論

從頻譜角度上看，相乘器是一個(gè)線性頻率變換器件，可以實(shí)現(xiàn)線性的頻譜變換。

當(dāng)前第52頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

8.4二極管雙平衡調(diào)幅電路仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)構(gòu)建二極管雙平衡相乘器電路，掌握電路的結(jié)構(gòu)。

(2)分析仿真電路的波形，掌握電路的工作原理。

當(dāng)前第53頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

在上一節(jié)中，我們調(diào)用了軟件提供的相乘器實(shí)現(xiàn)了幅度調(diào)制。在高頻電路中，相乘器是實(shí)現(xiàn)頻率變換的基本組件。在通信系統(tǒng)及高頻電子技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的相乘器有：二極管雙平衡相乘器及由雙極型或MOS型器件構(gòu)成的模擬乘法器。模擬乘法器的典型產(chǎn)品有集成BG314、MC1595L、BB4214等產(chǎn)品。本實(shí)驗(yàn)研究二極管雙平衡相乘器的工作原理。電路中的二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，且大多采用平衡對(duì)稱的電路形式，這樣可以大大減小不必要的頻率分量。

當(dāng)前第54頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

3．實(shí)驗(yàn)電路

二極管雙平衡相乘器電路如圖8-25所示。電路中要求各二極管的特性完全一致，電路完全對(duì)稱。本仿真實(shí)驗(yàn)調(diào)用了四只虛擬二極管。V1是低頻調(diào)制信號(hào)，V2是高頻載波信號(hào)。V1的參數(shù)設(shè)置為幅值0.3V，頻率500Hz；V2的參數(shù)設(shè)置為幅值4.5V，頻率15.9kHz。輸出端接有由L1、C1組成的諧振電路，諧振電路的參數(shù)設(shè)置值使諧振頻率等于載波的頻率。

當(dāng)前第55頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-25二極管雙平衡相乘器

當(dāng)前第56頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-25所示設(shè)置電路中各元件參數(shù)并連接電路。

(2)打開仿真開關(guān)，得到如圖8-26所示的輸出波形。觀察波形，可以看出電路輸出信號(hào)波形是平衡調(diào)幅波。

當(dāng)前第57頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-26電路輸出信號(hào)波形

當(dāng)前第58頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(3)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析，觀察它的頻譜結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)分析菜單中的FourierAnalysis...命令，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置后仿真得到如圖8-27所示的頻譜圖。將圖表結(jié)合起來看，可知輸出信號(hào)含有兩個(gè)頻率成分，即上邊頻(6000+100=6100Hz)和下邊頻(6000-100=5900Hz)。

從頻譜結(jié)構(gòu)分析可知，輸出信號(hào)是抑制了載波的平衡調(diào)幅信號(hào)。頻域分析的結(jié)果和時(shí)域示波器的觀察結(jié)果是吻合的。

當(dāng)前第59頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-27輸出信號(hào)頻譜圖

當(dāng)前第60頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．結(jié)論

二極管雙平衡相乘器與選頻電路的連接可以實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅。

當(dāng)前第61頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

8.5同步檢波器仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)用乘法器構(gòu)建同步檢波器。

(2)仿真分析同步檢波器的輸入、輸出信號(hào)波形。

(3)分析輸入、輸出信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，掌握電路的工作原理。

當(dāng)前第62頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

設(shè)輸入平衡調(diào)幅波為

而載波信號(hào)為

由于平衡調(diào)幅波中無(wú)載波分量，因此該載波信號(hào)必須由本機(jī)振蕩產(chǎn)生，而φ表示它與原載波信號(hào)之間的相位差，這兩信號(hào)相乘的輸出為當(dāng)前第63頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)若濾除高頻分量，可得低頻分量為

當(dāng)φ?=?0時(shí)，低頻輸出信號(hào)的幅值最大，隨著相移的加大，輸出信號(hào)減弱，因此理想情況下要求本機(jī)振蕩信號(hào)必須與原載波信號(hào)同頻同相，因此稱為同步檢波。

當(dāng)前第64頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)電路

圖8-28所示電路為平衡調(diào)幅波同步檢波器。圖中R1和C1構(gòu)成低通濾波器，C2是輸出耦合電容，用來隔離直流輸出信號(hào)。

當(dāng)前第65頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-28同步檢波器

當(dāng)前第66頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-28所示連接電路。

(2)打開仿真開關(guān)，用示波器觀察波形，觀察到的波形如圖8-29所示。由圖可以看出，同步檢波器的輸入波形是平衡調(diào)幅波，經(jīng)檢波后，輸出的是低頻調(diào)制信號(hào)。

當(dāng)前第67頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-29同步檢波器輸入、輸出信號(hào)

當(dāng)前第68頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

(3)對(duì)電路中的節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)8和節(jié)點(diǎn)12的信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析，觀察信號(hào)頻域的變化。啟動(dòng)分析菜單中的FourierAnalysis...命令，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置后進(jìn)行仿真，可得到其頻譜圖。圖8-30是節(jié)點(diǎn)7的傅里葉分析結(jié)果，圖8-31是節(jié)點(diǎn)8的傅里葉分析結(jié)果，圖8-32是節(jié)點(diǎn)12的傅里葉分析結(jié)果。

當(dāng)前第69頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-30節(jié)點(diǎn)7信號(hào)頻譜圖

當(dāng)前第70頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-31節(jié)點(diǎn)8信號(hào)頻譜圖

當(dāng)前第71頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-32節(jié)點(diǎn)12信號(hào)頻譜圖

當(dāng)前第72頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)觀察圖8-30所示頻譜可知，節(jié)點(diǎn)7的信號(hào)頻譜抑制了載波的上、下邊頻，信號(hào)是平衡調(diào)幅波，這與用示波器在時(shí)域觀察到的波形是一致的。

觀察圖8-31所示頻譜可知，節(jié)點(diǎn)8的信號(hào)頻譜將上、下邊頻信號(hào)搬遷到了2倍載波頻率附近，同時(shí)還有一個(gè)頻率為1kHz的低頻信號(hào)，這與理論分析結(jié)果是一致的。

觀察圖8-32所示頻譜可知，節(jié)點(diǎn)12的信號(hào)頻譜只有一個(gè)頻率為1kHz的低頻信號(hào)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)8的信號(hào)經(jīng)過R1、C1組成的低通濾波電路時(shí)，高頻分量基本被濾除了，在輸出端得到的是低頻調(diào)制信號(hào)。這與用示波器在時(shí)域觀察到的波形是一致。

當(dāng)前第73頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn) 8.6二極管包絡(luò)檢波仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)構(gòu)建二極管包絡(luò)檢波電路。

(2)觀察檢波輸出波形，理解二極管檢波的原理。

(3)分別改變載波頻率、調(diào)制信號(hào)頻率和電容的大小，觀察參數(shù)對(duì)輸出波形的影響。

(4)學(xué)會(huì)正確地選擇電路的元件參數(shù)。

當(dāng)前第74頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)電路

實(shí)驗(yàn)電路如圖8-33所示。輸入的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制度設(shè)置為0.5，載波的頻率設(shè)置為10kHz，調(diào)制信號(hào)的頻率設(shè)置為800Hz。

當(dāng)前第75頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-33二極管包絡(luò)檢波電路

當(dāng)前第76頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

3．實(shí)驗(yàn)原理

設(shè)檢波電路輸入的高頻調(diào)幅波為，由于電容C的高頻阻抗很小，因此電壓大部分加在二極管D1上。當(dāng)vi為正時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，立即對(duì)電容C1充電。由于二極管的正向電阻很小，因此C1很快被充電到接近輸入信號(hào)的峰值。電容上的電壓建立起來以后，對(duì)二極管來說就形成了反向偏壓，這時(shí)二極管導(dǎo)通與否將由電容端的電壓(即輸出電壓)與輸入信號(hào)電壓共同決定，只有在高頻信號(hào)的峰值附近的一部分時(shí)間才能

導(dǎo)通。

當(dāng)前第77頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-33所示連接實(shí)驗(yàn)電路。

(2)打開仿真開關(guān)，用示波器觀察電路的輸入、輸出波形。觀察到的波形如圖8-34所示。圖中a波形是輸入的調(diào)幅信號(hào)，b波形是包絡(luò)檢波后的輸出波形。

當(dāng)前第78頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-34檢波電路輸入、輸出波形

當(dāng)前第79頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)研究圖8-34所示波形可知：在二極管導(dǎo)通期間，電容C1被充電，其電位基本上隨著輸入信號(hào)的增加而增加；在二極管截止期間，電容C1對(duì)電阻R1放電，由于放電時(shí)間常數(shù)較大，電容上的電位逐漸下降，直到下一次正的輸入信號(hào)峰值到來前瞬間，二極管再次導(dǎo)通，電容C1再次充電。如此周而復(fù)始，就在R1上形成了如圖8-34中曲線b所示的波形。

電容C1上的鋸齒電壓波形和高頻調(diào)幅波的包絡(luò)線相似，而調(diào)幅波的包絡(luò)線反映的是調(diào)制信號(hào)的變化，利用它可將低頻調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來。

當(dāng)前第80頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(3)改變電容C1的大小，觀察電路輸出波形。

當(dāng)電容C1=0.01mF時(shí)，電路的輸入、輸出波形如圖8-35所示。觀察電路輸出波形b可以看到，由于電容C1減小，放電加快，因此在二極管截止期間，電容C1上的電壓幾乎全部放完，每次都是從0開始充電，很顯然，電容C1上的電位不能跟隨調(diào)制信號(hào)峰值包絡(luò)的變化而變化。

當(dāng)前第81頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-35C1=0.01mF時(shí)輸入、輸出波形

當(dāng)前第82頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)當(dāng)電容C1=1mF時(shí)，電路的輸入、輸出波形如圖8-36所示。觀察電路的輸出波形b，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)對(duì)角切削失真，即在輸入信號(hào)包絡(luò)下降的區(qū)段，輸出信號(hào)的變化跟不上包絡(luò)的變化。這時(shí)由于C1增加，放電太慢，因此在輸入信號(hào)下降的某一區(qū)段時(shí)間內(nèi)，二極管始終截止，這段波形的變化隨放電波形變化，而與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)輸入信號(hào)振幅重新超過輸出電壓時(shí)，電路才能恢復(fù)正常。

當(dāng)前第83頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-36C1=1mF時(shí)輸入、輸出波形

當(dāng)前第84頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過二極管可以實(shí)現(xiàn)峰值包絡(luò)檢波，從而將調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來。為了使電路的輸出信號(hào)能跟隨包絡(luò)的變化，電容C的選擇要合理。

通常，檢波電路中的R、C要滿足以下條件：

當(dāng)前第85頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

8.7二極管環(huán)形混頻器仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)建立二極管環(huán)形混頻器，掌握電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

(2)分析混頻器的輸入、輸出波形，掌握混頻器的工作原理。

(3)分析混頻器輸出信號(hào)頻譜，理解混頻器頻譜搬遷。

當(dāng)前第86頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

混頻是一種線性頻譜變換(搬遷)的過程?；祛l后，原信號(hào)的各分量一齊搬遷到新的頻域，各分量的頻率間隔和相對(duì)幅度仍保持不變，在進(jìn)行這種變換時(shí)，新頻率為原頻率與某一參考頻率(通常稱為本振信號(hào)頻率)之差或和。能完成此頻譜變換的電路稱為混頻器。大多數(shù)超外差方式接收機(jī)可將高頻的調(diào)幅波通過混頻變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l調(diào)幅波。

當(dāng)器件的伏安特性是非線性時(shí)，能實(shí)現(xiàn)混頻。當(dāng)忽略三次方以上的各項(xiàng)時(shí)，非線性器件的輸出電流與輸入電壓之間的關(guān)系可以表示為

當(dāng)前第87頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)式中，b0、b1、b2分別為各項(xiàng)的系數(shù)。若，代入上式并利用三角公式進(jìn)行變換，則得到：

可見，當(dāng)兩個(gè)不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時(shí)，將產(chǎn)生直流、二次諧波、和頻與差頻等。其中b2VsVLcos(w

L-w

S)就是所需的頻率分量，即中頻。只要在輸出端接上諧振頻率為中頻的諧振回路，就能濾除不需要的頻率分量，選出中頻電壓。

當(dāng)前第88頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

3．實(shí)驗(yàn)電路

相乘器、晶體三極管、晶體二極管等非線性器件均可實(shí)現(xiàn)混頻。二極管構(gòu)成的環(huán)形混頻器電路如圖8-37所示。

當(dāng)前第89頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-37二極管環(huán)形混頻器

當(dāng)前第90頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-37所示連接電路。圖中Vs是調(diào)幅波信號(hào)，其載波頻率為20kHz，調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz；VL是本振信號(hào)，頻率為26kHz。

(2)打開仿真開關(guān)，用示波器觀察輸入、輸出信號(hào)波形。雙擊示波器圖標(biāo)，得到混頻器的輸入、輸出波形，如圖8-38所示。

由圖8-38所示波形可以看到：輸入、輸出信號(hào)的峰值包絡(luò)相同，只是輸出信號(hào)的頻率比輸入信號(hào)的頻率低。

當(dāng)前第91頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-38混頻器輸入、輸出波形

當(dāng)前第92頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)(3)分析輸出信號(hào)的頻譜。啟動(dòng)分析菜單中的FourierAnalysis...命令，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，點(diǎn)擊Simulate按鈕，得到輸出信號(hào)的頻譜，如圖8-39所示。

原調(diào)幅波的中心頻率是20kHz，本振信號(hào)頻率是26kHz?；祛l后從傅里葉分析結(jié)果可以看到：混頻后的輸出波形將原調(diào)幅波的中心頻率搬遷到6kHz，但頻譜的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。所以混頻后仍然是調(diào)幅波，只是將載波的頻率由原來的20kHz(wL)變?yōu)?kHz(w

L-ws)的差頻頻率。

當(dāng)前第93頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-39混頻后頻譜圖

當(dāng)前第94頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．結(jié)論

混頻器可利用非線性器件產(chǎn)生新的頻率成分，實(shí)現(xiàn)頻譜的線性搬遷。

6．思考題

當(dāng)輸入信號(hào)的頻率變化時(shí)，如何使混頻后的中頻信號(hào)是一個(gè)固定的頻率？

當(dāng)前第95頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn) 8.8相乘倍頻器仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)構(gòu)建倍頻器電路。

(2)仿真分析倍頻器的工作原理。

當(dāng)前第96頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

如果將輸入高頻信號(hào) 同時(shí)加到相乘器的兩個(gè)輸入端，就很容易得到一個(gè)二倍頻器，因?yàn)樵谙喑似鞯妮敵龆擞校?/p>

式中KM為相乘器的相乘增益。

上式說明，相乘器的輸出信號(hào)中包含直流分量和二倍頻分量。通過簡(jiǎn)單的RC組成的高通濾波器就可以獲得二倍頻輸出電壓。當(dāng)前第97頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

3．實(shí)驗(yàn)電路

相乘器構(gòu)成的倍頻器如圖8-40所示，圖中的輸入信號(hào)是頻率為1MHz的正弦信號(hào)，它可以通過石英晶體振蕩電路獲得。將此信號(hào)同時(shí)送到相乘器的兩輸入端，輸出端接C1、R1構(gòu)成高通濾波電路。

當(dāng)前第98頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-40相乘器構(gòu)成的倍頻器

當(dāng)前第99頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-40連接電路。

(2)打開仿真開關(guān)，用示波器觀察輸入、輸出信號(hào)波形，觀察到的信號(hào)波形如圖8-41所示。

從圖8-41所示的波形圖可以看到，輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的兩倍，實(shí)現(xiàn)了倍頻變換。

當(dāng)前第100頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．結(jié)論

利用乘法器可以產(chǎn)生倍頻信號(hào)。

圖8-41示波器觀察到的輸入、輸出波形當(dāng)前第101頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn) 8.9單失諧回路斜率鑒頻器仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)構(gòu)建單失諧回路斜率鑒頻器。

(2)仿真分析電路各關(guān)鍵點(diǎn)波形，理解電路的工作過程。

(3)掌握電路的工作原理。

當(dāng)前第102頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

2．實(shí)驗(yàn)原理

鑒頻器是頻率調(diào)制的逆過程，其作用就是從調(diào)頻波中解調(diào)出調(diào)制信號(hào)。鑒頻器種類很多，有比例鑒頻器、相位鑒頻器、斜率鑒頻器等。

調(diào)頻波的載波頻率隨調(diào)制信號(hào)變化而變化，但由于它是一個(gè)等幅波，僅用幅度檢波器是無(wú)法將它的調(diào)制信號(hào)分離出來的。通常通過兩步完成鑒頻，先經(jīng)過頻-幅變換器將調(diào)頻波變換成調(diào)頻-調(diào)幅波，使其幅度的變化正比于調(diào)頻波頻率的變化；然后用一般的幅度檢波器(如二極管包絡(luò)檢波電路)解調(diào)出幅度的變化信號(hào)從而得到低頻調(diào)制信號(hào)。

當(dāng)前第103頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-42鑒頻器方框圖

當(dāng)前第104頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

3．實(shí)驗(yàn)電路

單失諧回路斜率鑒頻器實(shí)驗(yàn)電路如圖8-43所示。電路中，V1是輸入調(diào)頻波，其參數(shù)設(shè)置為：幅值為5V，中心頻率為1.1kHz，調(diào)制信號(hào)頻率為100Hz。調(diào)頻-調(diào)幅變換電路是L1和C1組成的諧振回路，它的諧振頻率為1.59kHz，高于信號(hào)的中心頻率，稱為“單失諧回路”。

當(dāng)前第105頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-43單失諧回路斜率鑒頻器

當(dāng)前第106頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

4．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖8-43所示連接電路，設(shè)置各信號(hào)參數(shù)。

(2)打開仿真開關(guān)，用示波器觀察各信號(hào)波形。

XSC2觀察到的波形如圖8-44所示，上面的波形是A通道輸入信號(hào)，下面的波形是B通道輸入信號(hào)。A通道輸入的是調(diào)頻信號(hào)，B通道信號(hào)是經(jīng)過調(diào)頻-調(diào)幅變換得到的調(diào)頻-調(diào)幅波。XSC1觀察到的波形如圖8-45所示，可以看到經(jīng)過調(diào)頻-調(diào)幅變換后的信號(hào)經(jīng)過二極管包絡(luò)檢波電路得到的低頻調(diào)制信號(hào)。

當(dāng)前第107頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

5．結(jié)論

由圖8-44和圖8-45的波形可知：輸出低頻調(diào)制信號(hào)反映了調(diào)頻波頻率的變化情況，起到了鑒頻的作用。

當(dāng)前第108頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-44XSC2觀察到的波形

當(dāng)前第109頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-45XSC1觀察到的波形

當(dāng)前第110頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

8.10AFC鎖相環(huán)電路仿真實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)要求與目的

(1)掌握AFC基本電路的原理以及波形特點(diǎn)。

(2)掌握平衡式AFC電路的鎖相過程。

2．實(shí)驗(yàn)原理

在電子線路中，鎖相環(huán)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，例如使用同步信號(hào)直接觸發(fā)振蕩器以求同步，這種同步的方法抗干擾性能差，已經(jīng)較少采用，比較多的是采用鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)電路組成原理方框圖如圖8-46所示。

當(dāng)前第111頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)圖8-46鎖相環(huán)原理方框圖

當(dāng)前第112頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)若輸入信號(hào)vi(t)和輸出信號(hào)vo(t)的頻率不一致時(shí)，則其間必有相位差別。鑒相器將此相位差別變換為電壓vd(t)，稱為誤差電壓。該電壓經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量后，控制壓控振蕩器改變其振蕩頻率，使其趨向于輸入信號(hào)頻率。

當(dāng)前第113頁(yè)\共有123頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)電路

圖8-47所示電路是電視機(jī)中行掃描AFC鎖相環(huán)電路，電路說明如