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        基于multisim的調(diào)幅電路仿真

        2015-12-29 08:59:30曹樹偉鮑曉娟
        關(guān)鍵詞:集電極調(diào)幅示波器

        曹樹偉,鮑曉娟

        (1.赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院;2.赤峰學(xué)院 遠(yuǎn)程教育學(xué)院,內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

        1 引言

        multisim是一款板級的模擬、數(shù)字電路板設(shè)計(jì)軟件.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.在電子信息工程專業(yè)學(xué)科教學(xué)過程中有著廣泛的應(yīng)用.本文針對高頻電子線路中二極管平衡調(diào)幅電路和三極管集電極調(diào)幅電路進(jìn)行仿真.使復(fù)雜抽象的調(diào)幅電路變得更直觀易于理解.同時(shí)在軟件中可以方便的設(shè)置和更改輸入信號的參數(shù),從而得到不同的輸出結(jié)果.便于研究分析電路的工作原理和工作性能.由示波器的輸出波形可以方便的分析出調(diào)幅波的一些相關(guān)參數(shù).

        2 調(diào)幅電路原理

        2.1 調(diào)幅概念

        用待傳輸?shù)牡皖l基帶信號去控制高頻載波信號的振幅變化的調(diào)制方式即為振幅調(diào)制電路.簡稱調(diào)幅電路.調(diào)幅電路又有普通調(diào)幅(AM)、抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB)、單邊帶調(diào)幅(SSB)等.其中普通調(diào)幅波是基本的,其他調(diào)幅信號都可由其演變而來.

        2.2 普通調(diào)幅波的表示式

        設(shè)載波信號為:uc(t)=Ucm(ωct)

        調(diào)制信號為:uΩ(t)=UΩm(ωΩt)

        則普通調(diào)幅信號表示式為:

        其中ka是由調(diào)制電路決定的比例常數(shù).ma=為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度,表示載波振幅受調(diào)制信號控制的程度.

        抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號表達(dá)式為:

        單邊帶調(diào)幅信號表達(dá)式為:

        2.3 調(diào)幅電路

        調(diào)幅電路按輸出功率的高低,可以分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路.低電平調(diào)幅電路是將調(diào)制和功率放大分開,調(diào)制在低電平級實(shí)現(xiàn),然后經(jīng)線性功率放大器放大,達(dá)到要求的功率后再發(fā)射出去.目前這種調(diào)制方式常用的實(shí)現(xiàn)電路有二極管平衡調(diào)幅電路和雙差分對模擬相乘器電路.高電平調(diào)幅是將調(diào)制和功放合在一起.調(diào)制后的信號不需要再放大就可以直接發(fā)送出去.其常用的實(shí)現(xiàn)電路有基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅.

        3 仿真電路及輸出波形

        3.1 二極管平衡調(diào)幅電路

        二極管平衡調(diào)幅電路可以實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅.屬于低電平調(diào)幅電路,其輸出功率和效率不做重點(diǎn)要求,主要要求其有良好的調(diào)制線性度,即要求調(diào)制電路的已調(diào)輸出信號應(yīng)不失真的反應(yīng)輸入低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律.對于雙邊帶和單邊帶調(diào)幅,還要有較強(qiáng)的載波抑制能力.本仿真電路以雙邊帶調(diào)幅為例.

        二極管平衡調(diào)幅仿真電路如圖一,電路主要由四個(gè)二極管 D1、D2、D3、D4構(gòu)成橋式平衡電路.在4、6節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間,5、7節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間本別由變壓器T1、T2加入高頻載波和低頻調(diào)制信號.其中由4節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間加入高頻載波V1,其表示式可以寫成Uc(t)=707cos(2×105πt)mV.6節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間與此高頻載波幅值頻率相同,但相位相反.由5節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間加入低頻調(diào)制信號V2,其表示式可以寫成 UΩ(t)=35.35cos(2×103πt)mV.7節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間與此低頻調(diào)制信號幅值頻率相同,但相位相反.滑動變阻器R1,R2構(gòu)成調(diào)節(jié)電路,分別由鍵盤A鍵和B鍵控制其阻值增加,shift+A和shift+B分別控制其阻值減小.電阻R3、C1、L1構(gòu)成負(fù)載選頻諧振回路.示波器XSC2的A通道接4節(jié)點(diǎn),顯示輸入高頻載波信號波形,B通道接5節(jié)點(diǎn),顯示輸入低頻調(diào)制信號波形,C通道接11節(jié)點(diǎn),顯示輸出已調(diào)信號波形.

        圖1

        在示波器上可得到ABC三通道對應(yīng)波形(如圖2至圖5).每幅波形圖從上而下均有三個(gè)波形,均分別對應(yīng)ABC通道,記為A波形、B波形、C波形.圖二示波器界面中A波形,即輸入高頻正弦波載波信號,其特點(diǎn)是振幅大小不變,為一恒定值.頻率較高,為100KHz.其沿時(shí)間軸坐標(biāo)值展開時(shí),如圖3中A波形所示正弦波.圖2中B波形,即低頻調(diào)制信號,為單頻正弦波.其頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于載波,為1KHz.圖2中C波形為已調(diào)波波形,其特點(diǎn)是頻率和載波相同.此點(diǎn)可由圖3中A、C波形對比而得證.相同時(shí)間坐標(biāo)下,兩標(biāo)尺間A、C波形均為10個(gè)周期波形.但已調(diào)波振幅隨低頻基帶信號UΩ(t)變化而變化.由圖1中B、C波形對比可以得出.其沿時(shí)間軸展開為圖3中C波形.對比圖4中A波形振幅,即載波振幅為±175.6mV,圖2中B波形振幅,即調(diào)制信號振幅為±8.8mV,圖5中C波形振幅,即已調(diào)波最大振幅為±33.8nV,可知調(diào)制電路效率不高.輸出以調(diào)波電平非常低.需要經(jīng)過線性放大才能輸出.

        圖2

        圖3

        圖4

        圖5

        3.2 三極管集電極調(diào)幅電路

        三極管集電極調(diào)幅屬于高電平調(diào)幅電路.主要用于產(chǎn)生普通調(diào)幅波.這種調(diào)制通常在丙類諧振功率放大器中進(jìn)行,它可以直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求的已調(diào)波.三極管集電極調(diào)幅電路如圖六,由NPN型晶體三極管構(gòu)成功率放大電路.集電極由R1、C1、L1構(gòu)成諧振回路做負(fù)載.在晶體管基極回路加入高頻載波信號:Uc(t)=1.06cos(2×106πt)V和反相偏置0.1V直流電源.在集電極回路加入低頻調(diào)制信號:UΩ(t)=4cos(2×103πt)V和12V的直流電壓源.示波器A通道接電路中的3節(jié)點(diǎn),顯示輸入高頻載波信號波形.示波器B通道接電路中的1節(jié)點(diǎn),顯示低頻調(diào)制信號波形.示波器C通道接電路中的2節(jié)點(diǎn),顯示已調(diào)波信號波形.

        圖6

        圖7

        圖8

        仿真結(jié)果如圖7、圖8所示,在圖7、圖8示波器波形顯示界面中,每個(gè)界面從上到下的三個(gè)波形分別對應(yīng)ABC三個(gè)通道,記為A波形,B波形,C波形.由圖7中C波形所示,已調(diào)波為普通調(diào)幅波.其已調(diào)波波形包絡(luò)變化與B波形的調(diào)制信號變化完全對應(yīng).由圖8中C波形和A波形對比可知,已調(diào)波頻率與高頻載波頻率相同,相位相反.因?yàn)榻涣魍?,中本電路為共射電路,所以AC波形互為反相.由圖8中標(biāo)尺所標(biāo)AC波形,高頻載波振幅約為1V,已調(diào)波信號振幅約為12V.圖7中B波形所示,低頻載波振幅約為4V.對比圖5和圖8中C圖波形,可知二極管平衡調(diào)幅電路已調(diào)波輸出振幅電壓為nV數(shù)量級,而三極管集電極調(diào)幅電路已調(diào)波輸出振幅為V數(shù)量級.所以前者是低電平調(diào)幅,而后者是高電平調(diào)幅.

        4 總結(jié)

        4.1 關(guān)于multisim軟件

        通過上述仿真過程及仿真結(jié)果,我們可以看出,multisim是一款功能非常強(qiáng)大的軟件.通過它可以方便的實(shí)現(xiàn)電路構(gòu)建及仿真.同時(shí)本軟件元器件庫中提供了大量的虛擬元器件以及虛擬儀器,如虛擬電阻、電容、電感、二極管、三極管等虛擬元件以及虛擬萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、頻率計(jì)等虛擬儀器.為電子學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)非常方便的實(shí)驗(yàn)平臺.可以自己設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

        4.2 關(guān)于調(diào)幅電路

        調(diào)幅電路是廣播發(fā)射中非常重要的電路之一,也是高頻電子課程中的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容,以往的學(xué)習(xí)中理論知識理解起來比較抽象,難于入門理解.本文通過構(gòu)建調(diào)幅電路并進(jìn)行仿真,在示波器輸出相應(yīng)波形,通過對比分析輸入的低頻調(diào)制信號,高頻載波以及輸出已調(diào)波的波形振幅,頻率等參數(shù),將調(diào)幅原理,調(diào)幅電路,輸入輸出信號有機(jī)的結(jié)合在一起.大大的增加了學(xué)習(xí)的興趣和效率.為電子信息專業(yè)內(nèi)容學(xué)習(xí)方法提供一個(gè)參考途徑.

        〔1〕胡宴如,耿蘇燕.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社,2010.

        〔2〕張新喜,許軍,王新忠,等.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        〔3〕張肅文.高頻電子線路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,1979.

        〔4〕郭鎖利,劉延飛,李琪,等.基于M ultisim的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與綜合應(yīng)用(第2版)[M].北京:人民郵電出版社,2012.

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