毕业设计_基于multisim的高频电路的建模与计算机仿真分析(编辑修改稿)

毕业设计_基于multisim的高频电路的建模与计算机仿真分析(编辑修改稿)内容摘要：

314 宁夏大学新华学院本科学位论文5路模型。 图 312 单调谐放大电路交流等效电路图 313 单调谐放大电路模型（一）图 314 单调谐放大电路模型（二） 图中 GP= 为谐振回路空载电导，G L=。 由此可得并联谐振回路的有载电导等R1R1于：G T=GP+ + ，当 LC 并联谐振回路调谐在输入信号频率上，回路产生谐振时，210nL放大电路电压最大，故电压增益也最大，用 Auo 表示，称为谐振电压增益。 由图 314 可得： （311）TmiGngUuo21..0.  当输入信号频率不等于谐振回路谐振频率 f0 时，回路失谐，输出电压下降，电压增宁夏大学新华学院本科学位论文6益也下降。 由于谐振频率 f0 附近很窄的频率范围内，晶体管的放大特性频率变化不大，因此，单调谐放大电路的增益频率特性决定于 LC 并联谐振特性。 因此，可得到放大器的增益频率特性为： （312 ）20..1fQATuo 式中，Q T 为 LC 并联谐振回路考虑到负载及晶体管参数影响后的有载品质因数，为回路的绝对失调量。 0ff 根据公式（312 ）作出单调谐放大电路的增益特性曲线，如图 315 所示。 315 单调谐放大电路的增益特性曲线 计算机仿真 1．测调谐放大电路的动态范围曲线 Ui～U o（在谐振点）（1）单击元件工具条上的“Place Basic”按钮，从弹出的 “Select a Component”对话框的“Family”栏中选取“VARIABLE–CAPACITOR” ，再在“Component”栏中选取“30p”，如图 316 所示，最好单击对话框右上角的“OK”按钮，将可变电容调出。 宁夏大学新华学院本科学位论文7图 316 调出可变电容器（2）双击可变电容图标，将弹出对话框“Value ”选项页的“Capacitance”栏修改为“” ；将“Increment ”栏修改为“1% ”，如图 317 所示；然后切换到“Label ”选项页，将它设置为“C2” ，最后单击对话框右下角的“OK”按钮退出。 图 317 修改可变电容器参数（3）单击元件工具条上的“Place Basic”按钮，从弹出的 “Select a Component”对话框的“Family”栏中选取“INDUCTOR” ，再在“Component”栏中分别选取“12181。 ” 、“20181。 ”和“470181。 ”电感，如图 318 所示，将它们调出放置在电子平台上。 宁夏大学新华学院本科学位论文8图 318 调出三只电感 （4）调出其他对应元件，整理后，在电子平台上组建仿真电路，如图 319 所示。 图 319 仿真电路（一） （5）在发射极电阻上并联虚拟万用表，开启仿真开关，调整电位器，是虚拟万用表指示 1V 左右，如图 3110 所示。 图 3110 仿真电路（二） （6）将虚拟万用表改接到输出端，在输入端接上虚拟函数信号发生器，并将其设置成 、20mVp 的正弦波，如图 3111 所示。 开启仿真开关，调整可变电容器的百宁夏大学新华学院本科学位论文9分比约为 17%左右，此时 LC 回路处于谐振状态，虚拟万用表显示的交流电压数据最大为，如图 3111 所示，将虚拟万用表的数据填入表 311 中。 图 3111 仿真电路（三）表 311 调谐放大器输出电压测试（一）Ui（mV） 20 30 40 50 80 100 200 500 800R3=1kΩ R3=500Ω （V） R3=2kΩ （7）逐渐加大函数信号发生器信号，如表 311 所示，将每次读得的虚拟万用表显示的交流电压数据填入表 311 中。 （8）关闭仿真开关，将发射极电阻分别换成 500Ω 和 2kΩ，再开启仿真开关，重复步骤（6） 、 （7）的内容，并将测量结果填入表 311 中。 （9）根据表 311 中的数据，在同一坐标纸上画出不同工作点（I cQ≈I EQ）时的Ui～U o动态范围曲线，并进行比较和分析。 2．测调谐放大器的回路谐振曲线 （1）恢复发射极电阻等于 1kΩ，调出虚拟波特仪和虚拟函数信号发生器（虚拟函数信号发生器可以不做任何设置） ，如图 3112 所示连好仿真测试电路。 宁夏大学新华学院本科学位论文10图 3112 仿真测试电路 （2）打开仿真开关，双击虚拟波特仪图标，可以从波特仪的放大面板屏幕上观察到调谐放大器的幅频特性曲线，如图 3113 所示，波特仪的放大面板右面各栏参数参照图设置，拉出屏幕上的读数指针到曲线所在位置，可以从屏幕下方读出调谐放大器的谐振频率约为 左右， 左右。 图 3113 调谐放大器的幅频特性曲线 3．测绘调谐放大器的频率特性曲线（1）恢复图 3111 仿真电路（三）。 输入信号取 、80mV，按表 312 中R3=10kΩ 时进行测试，并将结果填入表中。 312 调谐放大器输出电压测试（二） ｆ(MHz) 5 7 8 9 10 12 13 14 15 17R3=10kΩ ( R3=2kΩ 宁夏大学新华学院本科学位论文11V) R3=470Ω 15 （2）根据表 312 数据在坐标纸上画出调谐放大器的频率特性曲线，并计算出它的通频带。 （3）将电阻 R3分别改成 2kΩ 和 470Ω，重复上述实验，并将结果填入表 312 中，比较它们的通频带。 结果分析 单调谐放大器负载阻值变大，放大器增益变大、通频带宽带变窄；单调谐放大器负载阻值变小，放大器增益变小、通频带宽带变宽。 由于负载电阻影响了单调谐回路的谐振阻抗，直接造成谐振阻抗高谐振峰值也高也即增益高、谐振曲线陡峭也即通频带宽带变窄；反之，谐振阻抗低谐振峰值也低也即增益低、谐振曲线平缓也即通频带宽带变宽。 正弦波振荡器 正弦波振荡器的工作原理 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。 若用R、C 元件组成选频网络，就称为 RC 振荡器，一般用来产生 1Hz～1MHz 的低频信号。 1. RC 移相振荡器 电路型式如图 321 所示，选择 RRi图 321 RC 移相振荡器原理图 振荡频率： （321）RCf6210 起振条件：放大器 A 的电压放大倍数｜A｜＞29 电路特点：简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。 频率范围：几赫～数十千赫。 2. RC 串并联网络（文氏桥）振荡器宁夏大学新华学院本科学位论文12 电路型式如图 322 所示。 振荡频率：起振条件：|A|＞3 电路特点：可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。 图 322 RC 串并联网络振荡器原理图 3. 双 T 选频网络振荡器 电路型式如图 323 所示。 图 323 双 T 选频网络原理图 振荡频率： （322）RCf510 起振条件： |AF|＞1 （323）239。  电路特点： 选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。 计算机仿真 1．各元件选择 （1）振荡器电路选择 LC 振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。 振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。 在短波范围：电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。 若要求输出频率调节范围较宽：选择电感反馈振荡器；宁夏大学新华学院本科学位论文13 若要求频率较高：常采用克拉泼、西勒电路。 在中、短波收音机中，为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。 （2）晶体管选择 从稳频的角度出发，应选择 fT 较高的晶体管，这样晶体管内部相移较小。 通常选择fT (3～10)f1max。 同时希望电流放大系数 β 大些，这既容易振荡，也便于减小晶体管和回路之间的耦合。 （3）直流馈电线路的选择 为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区；从稳频出发，稳定状态应在截止区，而不应在饱和区（因为饱和区的输出阻抗较小） ，否则回路的有载品质因数 QL 将降低。 所以，通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏压。 （4）振荡回路元件选择 从稳频出发，振荡回路中电容 C 应尽可能大，但 C 过大，不利于波段工作；电感 L也应尽可能大，但 L 大后，体积大，分布电容大， L 过小，回路的品质因数过小，因此应合理地选择回路的 C、L。 在短波范围，C 一般取几十至几百皮法，L 一般取 至几十微亨。 T 选频网络正弦波振荡器如图 324 所示。 图 324 双 T 选频网络正弦波振荡器原理图 在调试电路时应适当调节 RP1(RP1)和 RP2(RP2)，否则振荡器不起振。 仿真结果如图 325 所示。 宁夏大学新华学院本科学位论文14图 325 双 T 选频网络正弦波振荡器振荡波形 结果分析 R22KΩ，输出不能起振，在能起振的前提下，随着 R2 的增大，波形严重失真，则说明反馈太强。 R 较小的时候，频率较大，根据公式 可知，f 0 与 R 成反RCf6210比。 C 较小的时候，频率从较大，根据公式 可知，f 0 与 C 成反比。 f0 高频功率放大器 高频功率放大器的工作原理 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。 按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。 高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。 在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。 甲类宁夏大学新华学院本科学位论文15放大器电流的流通角为 360176。 ，适用于小信号低功率放大。 乙类放大器电流的流通角约等于 180176。 ；丙类放大器电流的流通角则小于 180176。 乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。 高频功率放大器大多工作于丙类。 但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。 由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。 丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达 100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。 如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。 这就是戊类放大器。 我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。 高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。 低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。 例如，自 20 至 20200 Hz，高低频率之比达 1000 倍。 因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。 高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz 一直到几百、几千甚至几万 MHz），但相对频带很窄。 例如，调幅广播电台（535－1605 kHz 的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。 中心频率越高，则。