【精品】9Multisim在高频电路中的应用课件PPT课件 62页

'第一页，共62页。 9.1三端(sānduān)式振荡器在电子线路中，需要在没有激励信号的情况下自行产生周期性振荡信号的电子线路，即振荡器。鉴于正弦波信号是应用最广泛的信号，本节利用(lìyòng)Multisim的仿真仪器——示波器来观测三端式正弦波振荡器的输出波形。三端式振荡器除了三极管外，还要有三个电抗器件，它们共同构成决定振荡器频率的并联振荡电路，同时也构成正反馈所需的反馈网络。从振荡器振荡原理可知，振荡器的平衡条件是KF=1，是一个复数形式，相位条件需满足射同它异的原则。下面就通过图9-1所示电路观察三端式振荡器的振荡过程。第二页，共62页。 图9-1三端(sānduān)式振荡器电路原理图第三页，共62页。 (1)在Multisim仿真电路(diànlù)窗口创建图9-1所示电路(diànlù)。该电路(diànlù)是一个基极调谐的电容三端式振荡器，即考必兹电路(diànlù)。交流等效满足相位条件。LC回路构成选频网络。振荡中心频率为第四页，共62页。 (2)运行(yùnxíng)仿真开关，双击示波器图标，可以得到仿真结果，如图9-2所示。图9-2三端(sānduān)式振荡器输出波形第五页，共62页。 9.2乘法器AM调幅(diàofú)调幅是调制的一种方式，它是用调制信号(例如(lìrú)声音、图像)去控制载波的振幅，使振幅随着调制信号瞬时值而线性地变化，而载波的频率和初相位则保持不变。若载波电压为Uc(t)UcmωUΩ(t)=UΩmω第六页，共62页。 在Multisim仿真电路窗口创建如图9-3所示电路，其中，V1为载波信号，V2为调制信号。载波信号参数设置为：电压幅值为1V，频率为20kHz。调制信号参数设置为：电压幅值为1V，频率为1000Hz。电压源VCC为2V，调幅(diàofú)指数取0.5。第七页，共62页。 图9-3第八页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，可以(kěyǐ)得到仿真输出调幅波形，如图9-4所示。图9-4调幅电路(diànlù)输出波形第九页，共62页。 由图9-4的输出波形可以(kěyǐ)看出，高频载波信号的振幅随着调制信号的规律变化。(3)若将图9-3中电压源VCC改为1V，调幅指数变为1，则电路输出曲线恰好为调幅曲线，仿真结果如图9-5所示。第十页，共62页。 图9-5调幅电路恰好调幅时的输出(shūchū)波形第十一页，共62页。 (4)利用频谱分析仪可以观察调幅电路的频谱分布。方法是：分别将图9-3所示电路中的输入V1和乘法器输出连接到频谱分析仪的IN端和OUT端，双击频谱分析仪图标，合理设置面板参数，得到如图9-6所示仿真结果。由频谱分析仪面板右下方可以看到，图9-6中指针当前所处频率为20kHz，中心频率幅度(fúdù)为2V，20kHz载波分量幅值最大。移动指针，可以观察到在21kHz和19kHz有两个上下边频分量，幅度(fúdù)为MαUC/2=0.5V，所以说载波分量不携带消息。频率的搬移是线性搬移。第十二页，共62页。 图9-6调幅(diàofú)电路输出频谱第十三页，共62页。 9.3二极管平衡(pínghéng)调幅振幅调制是调制的一种方式，也是频谱的线性搬移电路。实现频谱的线性搬移的电路形式很多。9.2节我们利用了乘法器电路实现了AM调制，本节将采用另一种非线性电路——二极管平衡调制电路来实现AM调制。在该电路中，两个性能(xìngnéng)完全一样的二极管与变压器组成平衡电路，可以减少一些不必要的频率分量。仿真过程如下：(1)在Multisim仿真电路窗口创建电路，如图9-7所示。其中，V1是高频载波信号，V2是低频恢复载波信号。V1参数设置为幅值4.5V，频率为16kHz；V2参数设置幅值为0.3V，频率500Hz。输出端有RC滤波电路。第十四页，共62页。 图9-7平衡调制原理(yuánlǐ)电路第十五页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，可以(kěyǐ)得到仿真输出调幅波波形，如图9-8所示。观察图9-8所示波形，可知该波形是双平衡电路实现的AM调制波形。第十六页，共62页。 图9-8输出调幅(diàofú)波波形第十七页，共62页。 (3)利用频谱分析仪观察已调波频谱，得到仿真结果，如图9-9所示。观察该频谱可以看出(kànchū)，在16kHz频率点，载波分量幅值最大，为1.662V；在15.5kHz和16.5kHz有两个上下边频分量。在图9-7所示电路中，如果将两个输入信号的位置进行变换，则得到DSB调制。第十八页，共62页。 图9-9平衡调制(tiáozhì)AM调制(tiáozhì)输出频谱图第十九页，共62页。 9.4DSB信号的乘法器调制(tiáozhì)与解调从高频已调信号中恢复出调制(tiáozhì)信号的过程称为解调，也称检波。解调是调制(tiáozhì)的逆过程。DSB信号是抑制了载波的双边带信号，发送时，不发送载波信号，对于DSB信号，其包络的变化反映了调制(tiáozhì)信号绝对值的变化情况，当调制(tiáozhì)信号过零点时，有相位的突变。DSB的解调就是从它的幅度变化上提取调制(tiáozhì)信号的过程。本节将利用Multisim的仿真仪器——示波器来观测DSB调幅波的调制(tiáozhì)与解调波波形、频谱情况，步骤如下：第二十页，共62页。 (1)在Multisim仿真电路窗口创建如图9-10所示电路。该电路中，A1是非线性乘法器电路；V1是幅度为1V、频率为10kHz的高频载波(zàibō)；V2是幅度为1V、频率为1000Hz的调制信号，V1和V2经A1相乘，输出双边带信号，该信号再经乘法器A2进行解调；V3是恢复载波(zàibō)信号。信号源V1、V2、V3分别加至非线性电路A1和A2的输入端。第二十一页，共62页。 图9-10DSB乘法器调制(tiáozhì)解调原理第二十二页，共62页。 (2)运行(yùnxíng)仿真开关，双击示波器图标，可以得到仿真输出调幅波波形，如图9-11所示。图9-11DSB乘法器调制与解调(jiědiào)波形第二十三页，共62页。 (3)利用频谱分析仪可以观察双边带信号的频谱分布情况。将频谱分析仪接入电路，合理设置面板参数，得仿真结果如图9-12所示。由图9-12可以看到，中间(zhōngjiān)10kHz的高频载波分量被抑制，其幅值仅为4.677nV，近乎为0；频率为9kHz和11kHz的两个边频分量幅值最大。第二十四页，共62页。 图9-12DSB信号(xìnhào)的频谱图第二十五页，共62页。 9.5高频(ɡāopín)功率放大器在高频电路中，为了(wèile)使含有有用信息的高频信号有足够的能量发射出去，必须要对信号进行功率放大。本节将利用Multisim的仿真仪器——示波器来观测高频功率放大器(简称高频功放)对输入信号的选频放大作用。在输入为大信号的高频电路中，三极管工作在非线性状态。为了(wèile)提高高频功率放大器的工作效率，通常选用C类工作状态，即集电极电流导通角要小于90°。第二十六页，共62页。 高频功放电路仿真过程(guòchéng)如下：(1)在Multisim仿真电路窗口创建图9-13所示电路。该电路中V1是基极偏置，使功率管工作在C类状态；V2是集电极馈电，提供能量；V3是输入正弦波信号。根据高频功放原理，功率管集电极电流是含有丰富频率成分的脉冲波形，经选频电路以后，负载上得到的电压是单一频率的信号。第二十七页，共62页。 图9-13高频(ɡāopín)功率放大器原理图第二十八页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，可以得到仿真输出调幅波波形，如图9-14所示。由图9-14可以看出，输出信号是单一频率的信号。(3)根据功放原理，当电路工作在临界状态时，输出功率最大。下面我们通过改变(gǎibiàn)电路外参数来改变(gǎibiàn)电路的工作状态。在图9-13所示电路中，增加输入信号，增加基极偏压，增加负载值或减小EC，都可使电路从临界状态进入到过压状态，使集电极电流顶部出现凹陷。仿真结果如图9-15所示。第二十九页，共62页。 图9-14高频(ɡāopín)功率放大器输出波形第三十页，共62页。 图9-15高频(ɡāopín)功率放大器过压状态集电极电流波形第三十一页，共62页。 9.6振幅鉴频器调频波的载波频率随调制信号而变，但由于它是一个等幅波，如果仅用幅度检波器是无法将它的调制信号分离出来的，故通过两步完成鉴频：①用频-幅变换器将调频波转变成调幅波，使其幅度的变化正比于调频波频率的变化，至于它的载波则仍然是调频波，因此实际上是一个调幅的调频波要对调频波进行检波，即鉴频，以获得原来调制的音频信号；②用一般的幅度检波器(如包络检波器)检出波形的幅度变化部分，即其包络，这就是我们需要(xūyào)的并与原来调频波频率变化成正比的音频信号。仿真过程如下：第三十二页，共62页。 (1)在Multisim仿真电路窗口创建(chuàngjiàn)图9-16所示电路。该电路中，V1是输入调频波，其参数设置为：幅值为10V，中心频率为1.1kHz，调制信号频率为100Hz；L1、C1是频-幅变换电路；D1、R4、R3、C2组成包络检波电路。第三十三页，共62页。 图9-16振幅(zhènfú)鉴频器原理图第三十四页，共62页。 图9-17振幅(zhènfú)鉴频器输出波形图(2)运行仿真(fǎnɡzhēn)开关，双击示波器图标，可以得到解调波波形，如图9-17所示。第三十五页，共62页。 9.7双调谐(tiáoxié)放大器在高频电子电路中，也需要对高频小信号进行放大。本节将利用Multisim的仿真仪器(yíqì)——示波器来观测双调谐放大器的选频放大作用。放大的核心元件仍然为三极管。但是在高频情况下，必须考虑到极间的电容效应，所以放大时不仅要有直流偏置，还应有调谐电路。调谐电路是主要由电感、电容等电抗元件组成的并联谐振回路，实施选频放大。仿真过程如下：第三十六页，共62页。 (1)在Multisim仿真电路窗口创建图9-18所示电路。该电路中，输入正弦小信号由函数发生器XFG1产生，参数设置为：幅值为10mV，频率为60kHz，直流偏置电源(diànyuán)电压为12V。第三十七页，共62页。 图9-18双调谐(tiáoxié)放大器原理图第三十八页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，可以得到调谐放大(fàngdà)波形，如图9-19所示。图9-19双调谐放大器输出(shūchū)波形第三十九页，共62页。 9.8混频电路在超外差式接收机中，经常需要对信号进行混频，这也是一种频率的线性搬移。本节将利用Multisim的仿真(fǎnɡzhēn)仪器——示波器以及频谱分析仪来观测混频器的工作过程和频谱搬移。非线性电路都可以完成混频，本例采用二极管双平衡电路来完成。(1)在Multisim仿真(fǎnɡzhēn)电路窗口创建图9-20所示电路。该电路中，V1是已调AM波，载波频率为200kHz，调制信号频率为10kHz；V2是本振信号，频率是260kHz。在向下的混频中，输出中心频率应为200kHz。第四十页，共62页。 图9-20二极管混频(hùnpín)电路第四十一页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，得到混频前后(qiánhòu)波形，如图9-21所示。图9-21混频(hùnpín)输出波形第四十二页，共62页。 (3)利用频谱分析仪可以观察混频(hùnpín)输出端频谱。连接频谱分析仪，合理设置面板参数，即可得仿真输出波形，如图9-22所示。原已调波(AM波)的中心频率是200kHz，本振信号频率是260kHz。从频谱分析仪可以看到，混频(hùnpín)输出将原已调波的中心频率搬至60kHz，但频谱的结构没有发生变化。第四十三页，共62页。 图9-22混频(hùnpín)后频谱第四十四页，共62页。 9.9二极管包络检波电路(diànlù)在高频电子电路中，包络检波器是一种很常用的电路。本节将利用Multisim的仿真仪器——示波器来观测包络检波器的检波作用和失真情况。二极管包络检波器主要由二极管和RC低通滤波电路组成。二极管导通时，输入信号向C充电，充电时常数为RdC，充电快；二极管截止时，C向R放电，放电快。在输入信号作用下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电达到平衡(pínghéng)后，输出信号跟踪了输入信号的包络。如果参数选择不当，二极管包络检波器会产生惰性失真和负峰切割失真。惰性失真是由于RC过大而造成的，负峰切割失真主要是由于交直流等效电阻不同造成的。第四十五页，共62页。 下面利用Multisim观察包络检波器的检波和失真。(1)在Multisim仿真电路窗口创建图9-23所示电路。该电路中，V1是幅度为1V、频率为20kHz的高频载波(zàibō)信号；V2是幅度为1V、频率为1kHz的低频调制信号。经乘法器A1后，得到AM调制信号，该调制信号再经过包络检波器检波输出。第四十六页，共62页。 图9-23包络检波器电路(diànlù)第四十七页，共62页。 (2)运行仿真开关，双击示波器图标，可获得AM波形以及解调波形，如图9-24所示。由图9-24可以看出，输出(shūchū)信号跟踪了输入信号包络的变化情况。第四十八页，共62页。 图9-24包络检波器输出(shūchū)波形第四十九页，共62页。 (3)适当改变电阻R1的大小和输入信号调幅度，从示波器可观察到惰性失真输出(shūchū)波形，如图9-25所示。图9-25包络检波器惰性失真(shīzhēn)波形第五十页，共62页。 9.10高频电路综合设计(shèjì)——高频宽带功率放大器宽带放大器与窄带放大器没有本质区别，晶体管的工作状态以及集电极电路、偏置电路是完全一致的，只是输入、输出电路和级间的匹配电路不同。1．任务要求(yāoqiú)设计一个高频宽带功率放大器，输出功率50W。第五十一页，共62页。 2．高频宽带功率放大器的基本(jīběn)工作原理1)馈电电路对于集电极电源电路，考虑到对信噪比的要求，供电电路中要分开直流回路与基波回路，晶体管要采用并联馈电法，如图9-26所示，其中L和C分别用来抑制射频和去耦合，使集电极电源的直流分量只通过晶体管。第五十二页，共62页。 图9-26馈电(kuìdiàn)电路第五十三页，共62页。 2)偏置电路(diànlù)功率放大器的偏置电路(diànlù)一般不用独立的偏置电路(diànlù)，而是采用自偏压。最常用的方法是：利用集电极电流的直流分量在偏置电阻R1上产生偏压，而改变R1的值可改变导通角θ的大小。偏置电路(diànlù)如图9-27所示。第五十四页，共62页。 图9-27偏置(piānzhì)电路第五十五页，共62页。 3)输出滤波(lǜbō)电路在窄带放大器中，输出电路常采用谐振电路，而在宽带放大器中，滤除谐波要由谐波滤波(lǜbō)器来实现。现在一般采用低通滤波(lǜbō)器，它是宽带的。第五十六页，共62页。 4)输入(shūrù)、输出回路和极间匹配电路输入(shūrù)、输出回路和极间匹配电路都是阻抗变换及匹配电路。为了增加带宽，经常采用多级L型匹配网络，使每一级的变化缓慢来换取带宽特性。图9-28所示电路即是一个三级变换，其变换阻值为50ohm→19ohm→7.5ohm→3ohm。第五十七页，共62页。 图9-28匹配(pǐpèi)电路第五十八页，共62页。 5)画出原理(yuánlǐ)总图原理(yuánlǐ)总图如图9-29所示。图9-29原理(yuánlǐ)总图第五十九页，共62页。 3．元器件3DA825C(10W)功率管一个；BLW78(50W)功率管一个；扼流圈，电阻(diànzǔ)，电容若干。第六十页，共62页。 习题1.用非线性器件——乘法器组成AM调制电路(diànlù)。适当改变参数，观察恰调幅和过调幅波形；观察频谱分布情况。2.用二极管电路(diànlù)组成振幅调制电路(diànlù)，观察输出波形及频谱。交换调制信号和载波信号位置，再观察结果变化情况，说明原因。3.用二极管电路(diànlù)实现混频，分别在示波器和频谱分析仪上观察输出波形和频谱分布情况。要求输入AM已调波，采用向上的混频。4.在包络检波器电路(diànlù)中更改电路(diànlù)元件参数，观察惰性失真和负峰切割失真。第六十一页，共62页。 结束语谢谢(xièxie)大家聆听！！！62第六十二页，共62页。'