高频电子线路课程设计报告

高频电子线路课程设计总结报告课题名称：AM波的调制与解调使用仪器及编号：Multisim13仿真软件项目完成人：指导教师：学院：信息科学技术专业：电子信息工程A班2015年01月1目录1．摘要…………………………………………………………………22．课程设计的目的……………………………………………………33．课程设计的元件清单………………………………………………34．课程设计的编写方案………………………………………………35．各单元及总电路的设计、计算与调试……………………………46．课程设计的结果、出现的问题以及解决方法……………………177．课程设计的问题与回答……………………………………………188．课程设计的总结、改进意见与展望………………………………199．心得体会……………………………………………………………1910．参考文献…………………………………………………………202摘要本次课程设计的主要目的是为了锻炼学生独立思考、合作解决问题以及动手操作能力；也旨在对本门课程的巩固与提高。这次设计的任务是能掌握电子电路设计的基本方法以及能正确的使用仿真软件对电子电路进行调试。其主要思路是设计一个发射机和接收机：利用振荡器产生高频正弦波载波信号，然后用一个1KHZ的正弦波代替调制信号对其进行AM调制，再进行包络检波，检出调制（原始）信号。设计过程中主要是进行方案的确定，然后查阅资料对相似的电路进行比较，确定电路，各单元电路参数的确定与计算，最后进行仿真、调试，得出结果。总结本次课程设计也是必不可少的。3一．课程设计的目的通过课程设计，实现学生为主体、教师为主导的实验教学理念，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。本次设计还是对本门课程的巩固与提高，其具体要求如下：1、掌握调幅收发机的基本工作原理。2、掌握调幅接收机的调试过程及故障排除。3、培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。4、培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。二．课程设计的元件清单由于是用Multisim13软件进行仿真，所以元器件不需要统计多少，只需要确定其具体参数即可。（1）不同阻值的电阻若干。（2）不同大小的电容，电感若干。（3）少数二极管用于二极管检波中；三极管若干。（4）直流电源供给能量。（5）示波器用于观察各个部分的波形；频率计用于观察交流频率；频谱仪用于观察交流信号频谱。三．课程设计的编写方案（1）发射机：其系统框图如图1：调幅发射机的设计：高频振荡器由直流能量转换为交流能量，它是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量电路，它产生高频载波；低频调制信号部分由一个kHZ级别的正弦波代替；最后是将振荡器产生的载波信号和调制信号通过调幅器组合在一起，由天线发射出去。其中调幅波是载波振幅按照调制信号的大小成线性变化的高频振荡，它的载波频率维持不变，因此波形的疏密程度均匀一致，与未调制时的载波波形疏密程度相同。本次设计拟采用克拉泼电路（即串联改进型电容三端振荡器），而调幅用的是基极调幅，需工作在欠压状态。这4两种工作电路需要共工作在非线性才能实现其功能。图1发射机系统框图（2）接收机：其系统框图如图2图2接收机系统框图接收机的设计：接收到的信号通过检波器检出原始信号。检波的过程是一个解调的过程，检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原始信号，从频谱上看就是将调制信号频谱由高频搬移到低频。检波过程也是需要用非线性器件进行频率变换，首先产生很多频率，然后通过滤波器滤除无用频率分量。检波器拟采用包络检波：二极管检波器，其相当于一个开关，主要利用二极管单相导电特性和检波负载RC放入充放电过程。四.各单元及总电路的设计、计算与调试1、发射机（1）高频振荡器采用串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)如图3，其交流等效电路如图4。5CbRe＋VCCRsC3C1C2LRb2Rb1ABRL图3克拉泼电路图4交流等效电路图其工作原理如下：电容1C、2C和3C还有电感L构成电容三点式振荡回路。要求：13CC，23CC；谐振回路的总电容量C为1C、2C和3C的串联即：31111321CCCCC，振荡频率主要由3C决定即：3021LCf，改变3C即可提高振荡频率，电容C1和C2可以取得很大，来降低晶体管内部电容对频率的影响，但是C3减小会使放大器增益下降，甚至会使振荡器停振。Rbe、Rb1、Rb2为分压式偏置电阻；Cb为隔直流电容；C1、C2、L1和可变电容C3构成组成并联谐振电路并且构成振荡电路，作为晶体管放大器的负载阻抗。三点式振荡器的构成原则是“射同它异”也就是说射极端所连的是同性质的元件，而基极和集电极端所连的是不同性质的元件。起振取决于电压放大倍数A与反馈系数F的乘积是否大于1，只有大于1才会起振。克拉泼电路的特点：①由于输出电容Cce、输入电容Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合，因此可提高频率稳定度。②调整C1、C2的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的影响很小。调整C3值可以改变系统的谐振频率,对反馈系数无影响。④输出波形好，工作频率较高其仿真如下：6图5克拉泼实际电路图6克拉泼电路得到的振荡波形7图7克拉泼电路得到的振荡波形的频谱仿真分析：由实际的克拉泼连接图可知，选择正确的三极管，确定合适的偏置电阻，以及合适的振荡回路的LC才能起振，形成稳定的频率。在设计的过程中，首先要初步确定大概值，具体的是否能出波形，还需要实际的微调，通过不断的修改参数，直至得出较好的波形。由频谱图可知其振荡频率为843.554kHZ，由实际电路计算的振荡频率：MHZLCf711.01020105.221219630而实际的振荡频率：MHZLCfs845.0102.14105.22121960，由此可见由C3约等于的值与实际值还是有一定的差距的；但与实际计算的值相差无几。由此可证明此电路实现了稳定的振荡。其实得出的波形还是有一定的失真的，可是总体来看，频率和幅值还是比较稳定的，峰峰值在360mV左右，符合要求，可以用于总电路中。（2）调幅器原理图如下：8图8基极调幅的基本电路基极调幅就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。低频调制信号电压tCOSV与直流偏压BBV相串联。放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随调制信号波形而变化。而由高频功率放大器的知识可知在欠压状态下，集电极电流的基波分量1cmI随基极电压成正比。因此集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得出调幅波输出。基极调幅必须总是工作在欠压状态，但是基极调幅的效率不高但是其基极电流小，消耗功率小，调制信号的放大电路比较简单。所以基极条幅适用于较小功率的调幅发射机中。调幅原理：调幅就是将调制信号附加在载波高频振荡上，这样载波就携带着信息由天线发射出去，高频的振幅是由调制信号的波形决定的。设载波信号的表达式为tVvcos，调制信号的表达式为tVvc00cos，则调幅信号的表达式为：ttmVtva00cos)cos1()(，式中0VVkaam为调制度。其各个信号的理想波形如下图：9图9调幅波的形成其理想的频谱图如下：10图10调制信号的频谱其仿真如下：图11基极调幅实际电路其中V5是载波信号，V1是调制信号，三极管工作在欠压，C1和L1构成谐振电路，11图12实际调幅波图13实际频谱图仿真分析：由调幅波形可知，调幅形成了包络，可是包络并不是非常平滑，出现这样的原因可12能是振荡器产生的载波信号有失真造成的。理论调幅度%7.1612VVVVmBBa,在实际电路图中的调幅度观察可知调幅度为16.0asm，可见相吻合。2、接收机：二极管检波器原理图如下：图14二极管检波原理图其原理如下：二极管检波属于包络检波。其中R为负载电阻，它的数值较大，C为负载电容，它的值应选取在高频时，其阻抗远小于R可视为短路，而在调制频率时相当于开路，高频电压大部分加到二极管D上。在高频信号正半周，二极管导通，对C充电。由于充电电流很大，使cv在很短时间内接近高频电压最大值。接着二极管截止，电容放电，但是放电很慢，接着就会又一轮的高频正半周期，如此循环，只要选择适当的RC和二极管就可以起到检波的作用，在这个原理图中，二极管起到开关的作用。但是应当注意是由于是二极管是相当于开关，所以检出的波形放大来看是有锯齿的，不过适当调节参数，使其失真在允许范围内也成立。对于在二极管检波器的失真问题，需要查阅资料，以及进行适当的修改，以减小失真。其仿真如下：13图15二极管检波实际电路图16检出调制信号14图17调制信号的频谱仿真分析：由实际电路可知，实际电路需要加RC滤波能提高改善输出波形的形状，C2和R5构成滤波，减小失真度。刚开始调试的时候没有加滤波，检出的波形有很大的失真，波形上有很多锯齿，这是由于检波二极管福安特性曲线的非线性所引起的。加了RC滤波以后，这个问题的得到了解决，检出的波形较好。检出波的频谱是1KHZ左右，正是调制信号的频率。3、总电路图：(将三部分电路连接如下图)图18总电路图15图19调制信号的波形图20调制信号的频谱16图21检出的调制（原始）信号图22检出的调制信号频谱仿真分析：观察以上几个图可以发现，总电路图中某些参数与各单元的电路图中的参数有些不一样，那是因为它们之间存在前后级的相互影响，必须通过调整参数，才能出来更好地波形。所有电路加载一起后产生的调幅波形很不平滑，有很多毛刺，这个可能直接影响17到检出波形的形状。分析原因可能是基极条幅部分某些参数不合适。各级间我用了耦合电路，尽量减少前后级的影响。观察最后检出的波形并不是很完美，还是有一些失真，在仿真前期，检出的波形会不稳定，直至过一会儿才会出现检出的正常波形，这个时间不过不超过一秒，出现这个问题的原因可能是第一级的振荡器出现正常的波形需要一定的延时，并且从第一级到第三级需要时间，二极管也是有影响的。观察频谱可知高频的频谱在834KHZ左右，周围还有少量的谐波，检出波形的频谱是1KHZ左右。实现了调制与解调。五、课程设计的结果、出现的问题以及解决方法1、结果：成功调制出AM波，成功检出调制（低频）信号，具体的仿真实现图如上图5至图22。2、出现的问题及解决方法：（1）振荡器部分：振荡器部分初步制定方案时，采用的是电感三端振荡器，可是后来调试过程中发现电感振荡器产生的波形频率较低，想要振荡出1MHZ的正弦波形，很难调节参数LC使其达到要求，并且产生的波形也不是很好。为了实现产生高频率的正弦波形，我又采用串联改进式电容三端振荡器，最终达到了1MHZ的要求。其实在调试与仿真的过程中，出现很多情况，在初次计算的参数下根本不能产生波形，后来对电路参数进行反复修改，选取合适的LC值，才出来频率稳定，振幅稳定的正弦波形。（2）基极调幅部分：虽然基极调幅部分参数少，易于调整，可是关键还是如何选择合适参数，刚开始由于BBV太大，调幅度一直很小，波形看起来有些欠缺特点，后来经过查阅资料，才知BBV不能过大，修改了BBV后其他部分也要一起改，LC回路部分的值稍微改变就会使波形产生很多毛刺，需要根据经验与计算选择其LC具体的值，再加上不断调试，选择最好的波形。（3）二极管检波部分：刚开始的电路图是根据原理图所连接，所以检出的波形毛刺很明显，不过无明显其他失真。后来经过老师的建议同时查阅资料可知，需在电路输出加一个RC滤波器，不过滤波电容不宜采取过大，最终得到了较平滑无失真的波形。18六、课程设计的问题与回答问题1：如何判断高频振荡器电路能否起振，能否平衡及稳定？答：首先能够构成振荡器必须有三个条件：（1）包含至少两个储能元件