畢業設計_基于multisim的高頻電路的建模與計算機仿真分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 314 寧夏大學新華學院本科學位論文5路模型。圖 312 單調諧放大電路交流等效電路圖 313 單調諧放大電路模型（一）圖 314 單調諧放大電路模型（二） 圖中 GP= 為諧振回路空載電導，G L= 。由此可得并聯諧振回路的有載電導等R1R1于：G T=GP+ + ，當 LC 并聯諧振回路調諧在輸入信號頻率上，回路產生諧振時，210nL放大電路電壓最大，故電壓增益也最大，用 Auo 表示，稱為諧振電壓增益。由圖 314 可得： （311）TmiGngUuo21..0. ?? 當輸入信號頻率不等于諧振回路諧振頻率 f0 時，回路失諧，輸出電壓下降，電壓增寧夏大學新華學院本科學位論文6益也下降。由于諧振頻率 f0 附近很窄的頻率范圍內，晶體管的放大特性頻率變化不大，因此，單調諧放大電路的增益頻率特性決定于 LC 并聯諧振特性。因此，可得到放大器的增益頻率特性為： （312 ）20..1?????????fQATuo 式中，Q T 為 LC 并聯諧振回路考慮到負載及晶體管參數影響后的有載品質因數，為回路的絕對失調量。0ff??? 根據公式（312 ）作出單調諧放大電路的增益特性曲線，如圖 315 所示。315 單調諧放大電路的增益特性曲線 計算機仿真 1．測調諧放大電路的動態范圍曲線 Ui～U o（在諧振點）（1）單擊元件工具條上的“Place Basic”按鈕，從彈出的 “Select a Component”對話框的“Family”欄中選取“VARIABLE–CAPACITOR” ，再在“Component”欄中選取“30p”，如圖 316 所示，最好單擊對話框右上角的“OK”按鈕，將可變電容調出。寧夏大學新華學院本科學位論文7圖 316 調出可變電容器（2）雙擊可變電容圖標，將彈出對話框“Value ”選項頁的“Capacitance”欄修改為“” ；將“Increment ”欄修改為“1% ”，如圖 317 所示；然后切換到“Label ”選項頁，將它設置為“C2” ，最后單擊對話框右下角的“OK”按鈕退出。圖 317 修改可變電容器參數（3）單擊元件工具條上的“Place Basic”按鈕，從彈出的 “Select a Component”對話框的“Family”欄中選取“INDUCTOR” ，再在“Component”欄中分別選取“12181。” 、“20181。”和“470181。”電感，如圖 318 所示，將它們調出放置在電子平臺上。寧夏大學新華學院本科學位論文8圖 318 調出三只電感 （4）調出其他對應元件，整理后，在電子平臺上組建仿真電路，如圖 319 所示。 圖 319 仿真電路（一） （5）在發射極電阻上并聯虛擬萬用表，開啟仿真開關，調整電位器，是虛擬萬用表指示 1V 左右，如圖 3110 所示。 圖 3110 仿真電路（二） （6）將虛擬萬用表改接到輸出端，在輸入端接上虛擬函數信號發生器，并將其設置成 、20mVp 的正弦波，如圖 3111 所示。開啟仿真開關，調整可變電容器的百寧夏大學新華學院本科學位論文9分比約為 17%左右，此時 LC 回路處于諧振狀態，虛擬萬用表顯示的交流電壓數據最大為，如圖 3111 所示，將虛擬萬用表的數據填入表 311 中。 圖 3111 仿真電路（三）表 311 調諧放大器輸出電壓測試（一）Ui（mV） 20 30 40 50 80 100 200 500 800R3=1kΩ R3=500Ω （V） R3=2kΩ （7）逐漸加大函數信號發生器信號，如表 311 所示，將每次讀得的虛擬萬用表顯示的交流電壓數據填入表 311 中。 （8）關閉仿真開關，將發射極電阻分別換成 500Ω 和 2kΩ，再開啟仿真開關，重復步驟（6） 、 （7）的內容，并將測量結果填入表 311 中。 （9）根據表 311 中的數據，在同一坐標紙上畫出不同工作點（I cQ≈I EQ）時的Ui～U o動態范圍曲線，并進行比較和分析。 2．測調諧放大器的回路諧振曲線 （1）恢復發射極電阻等于 1kΩ，調出虛擬波特儀和虛擬函數信號發生器（虛擬函數信號發生器可以不做任何設置） ，如圖 3112 所示連好仿真測試電路。寧夏大學新華學院本科學位論文10圖 3112 仿真測試電路 （2）打開仿真開關，雙擊虛擬波特儀圖標，可以從波特儀的放大面板屏幕上觀察到調諧放大器的幅頻特性曲線，如圖 3113 所示，波特儀的放大面板右面各欄參數參照圖設置，拉出屏幕上的讀數指針到曲線所在位置，可以從屏幕下方讀出調諧放大器的諧振頻率約為 左右， 左右。 圖 3113 調諧放大器的幅頻特性曲線 3．測繪調諧放大器的頻率特性曲線（1）恢復圖 3111 仿真電路（三） 。輸入信號取 、80mV，按表 312 中R3=10kΩ 時進行測試，并將結果填入表中。312 調諧放大器輸出電壓測試（二） ｆ(MHz) 5 7 8 9 10 12 13 14 15 17R3=10kΩ ( R3=2kΩ 寧夏大學新華學院本科學位論文11V) R3=470Ω 15 （2）根據表 312 數據在坐標紙上畫出調諧放大器的頻率特性曲線，并計算出它的通頻帶。 （3）將電阻 R3分別改成 2kΩ 和 470Ω，重復上述實驗，并將結果填入表 312 中，比較它們的通頻帶。 結果分析 單調諧放大器負載阻值變大，放大器增益變大、通頻帶寬帶變窄；單調諧放大器負載阻值變小，放大器增益變小、通頻帶寬帶變寬。由于負載電阻影響了單調諧回路的諧振阻抗，直接造成諧振阻抗高諧振峰值也高也即增益高、諧振曲線陡峭也即通頻帶寬帶變窄；反之，諧振阻抗低諧振峰值也低也即增益低、諧振曲線平緩也即通頻帶寬帶變寬。 正弦波振蕩器 正弦波振蕩器的工作原理 從結構上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的帶選頻網絡的正反饋放大器。若用R、C 元件組成選頻網絡，就稱為 RC 振蕩器，一般用來產生 1Hz～1MHz 的低頻信號。 1. RC 移相振蕩器 電路型式如圖 321 所示，選擇 RRi圖 321 RC 移相振蕩器原理圖 振蕩頻率： （321）RCf6210?? 起振條件：放大器 A 的電壓放大倍數｜A｜＞29 電路特點：簡便，但選頻作用差，振幅不穩，頻率調節不便，一般用于頻率固定且穩定性要求不高的場合。 頻率范圍：幾赫～數十千赫。 2. RC 串并聯網絡（文氏橋）振蕩器寧夏大學新華學院本科學位論文12 電路型式如圖 322 所示。 振蕩頻率：起振條件：|A|＞3 電路特點：可方便地連續改變振蕩頻率，便于加負反饋穩幅，容易得到良好的振蕩波形。圖 322 RC 串并聯網絡振蕩器原理圖 3. 雙 T 選頻網絡振蕩器 電路型式如圖 323 所示。圖 323 雙 T 選頻網絡原理圖 振蕩頻率： （322）RCf510? 起振條件： |AF|＞1 （323）239。? 電路特點： 選頻特性好，調頻困難，適于產生單一頻率的振蕩。 計算機仿真 1．各元件選擇 （1）振蕩器電路選擇 LC 振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫茲范圍。振蕩器線路主要根據工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。 在短波范圍：電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。 若要求輸出頻率調節范圍較寬：選擇電感反饋振蕩器；寧夏大學新華學院本科學位論文13 若要求頻率較高：常采用克拉潑、西勒電路。 在中、短波收音機中，為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。 （2）晶體管選擇 從穩頻的角度出發，應選擇 fT 較高的晶體管，這樣晶體管內部相移較小。通常選擇fT (3～10)f1max。同時希望電流放大系數 β 大些，這既容易振蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。 （3）直流饋電線路的選擇 為保證振蕩器起振的振幅條件，起始工作點應設置在線性放大區；從穩頻出發，穩定狀態應在截止區，而不應在飽和區（因為飽和區的輸出阻抗較小） ，否則回路的有載品質因數 QL 將降低。所以，通常應將晶體管的靜態偏置點設置在小電流區，電路應采用自偏壓。 （4）振蕩回路元件選擇 從穩頻出發，振蕩回路中電容 C 應盡可能大，但 C 過大，不利于波段工作；電感 L也應盡可能大，但 L 大后，體積大，分布電容大， L 過小，回路的品質因數過小，因此應合理地選擇回路的 C、L。在短波范圍，C 一般取幾十至幾百皮法，L 一般取 至幾十微亨。 T 選頻網絡正弦波振蕩器如圖 324 所示。圖 324 雙 T 選頻網絡正弦波振蕩器原理圖 在調試電路時應適當調節 RP1(RP1)和 RP2(RP2)，否則振蕩器不起振。仿真結果如圖 325 所示。寧夏大學新華學院本科學位論文14圖 325 雙 T 選頻網絡正弦波振蕩器振蕩波形 結果分析 R22KΩ，輸出不能起振，在能起振的前提下，隨著 R2 的增大，波形嚴重失真，則說明反饋太強。R 較小的時候，頻率較大，根據公式 可知，f 0 與 R 成反RCf6210??比。C 較小的時候，頻率從較大，根據公式 可知，f 0 與 C 成反比。f0 高頻功率放大器 高頻功率放大器的工作原理 高頻功率放大器用于發射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統中發送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。在“低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態。甲類寧夏大學新華學院本科學位論文15放大器電流的流通角為 360176。，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180176。；丙類放大器電流的流通角則小于 180176。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態外，又有使電子器件工作于開關狀態的丁類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達 100％，但它的最高工作頻率受到開關轉換瞬間所產生的器件功耗(集電極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進，使電子器件在通斷轉換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。我們已經知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉換為交流輸出的能量轉換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質的區別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自 20 至 20xx0 Hz，高低頻率之比達 1000 倍。因此它們都是采用無調諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz 一直到幾百、幾千甚至幾萬 MHz），但相對頻帶很窄。例如，調幅廣播電臺（535－1605 kHz 的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對頻寬只相當于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則