高频电路实验及Multisim仿真分析

实验一高频小信号放大器一、单调谐高频小信号放大器图1.1高频小信号放大器1、根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp；sradCLwp/936.21058010200116122、通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益Av0。,708.356uVVI,544.1mVVO357.0544.10IOvVVA4.325输入波形：输出波形：3、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~Av相应的图，根据图粗略计算出通频带。f0(KHz)6575165265365465106516652265286534654065U0(mv)0.9771.0641.3921.4831.5281.5481.4571.2821.0950.4790.8400.747AV2.7362.9743.8994.1544.2804.3364.0813.5913.0671.3412.3522.0925、在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。二、下图为双调谐高频小信号放大器图1.2双调谐高频小信号放大器1、通过示波器观察输入输出波形，并计算出电压增益Av0输入端波形：输出端波形：V1=19.512mVV0=200.912mVAv0=V0/V1=10.1972、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。实验二高频功率放大器一、高频功率放大器原理仿真，电路如图所示：(Q1选用元件Transistors中的BJT_NPN_VIRTUAL)图2.1高频功率放大器原理图1、集电极电流ic（1）设输入信号的振幅为0.7V，利用瞬态分析对高频功率放大器进行分析设置。要设置起始时间与终止时间，和输出变量。（2）将输入信号的振幅修改为1V，用同样的设置，观察ic的波形。（提示：单击simulate菜单中中analyses选项下的transientanalysis...命令，在弹出的对话框中设置。在设置起始时间与终止时间不能过大，影响仿真速度。例如设起始时间为0.03s，终止时间设置为0.030005s。在outputvariables页中设置输出节点变量时选择vv3#branch即可）（3）根据原理图中的元件参数，计算负载中的选频网络的谐振频率ω0，以及该网络的品质因数QL。根据各个电压值，计算此时的导通角θc。（提示根据余弦值查表得出）。sradLCw/299.61012610200116120C87.82、线性输出（1）要求将输入信号V1的振幅调至1.414V。注意：此时要改基极的反向偏置电压V2=1V，使功率管工作在临界状态。同时为了提高选频能力，修改R1=30KΩ。（2）正确连接示波器后，单击“仿真”按钮，观察输入与输出的波形；输入端波形：0378.0299.61263000LwRQL输出端波形:（3）读出输出电压的值并根据电路所给的参数值，计算输出功率P0，PD，ηC；输出电压：12V；RIVIPmccmmc211021210CccDIVPDcPP0二、外部特性1、调谐特性，将负载选频网络中的电容C1修改为可变电容（400pF），在电路中的输出端加一直流电流表。当回路谐振时，记下电流表的读数，修改可变电容百分比，使回路处于失谐状态，通过示波器观察输出波形，并记下此时电流表的读数；谐振时，C=200pF，此时电流为：-256.371输出波形为：将电容调为90%时，此时的电流为-256.389mA。波形图如下：2、负载特性，将负载R1改为电位器（60k），在输出端并联一万用表。根据原理中电路图知道，当R1=30k，单击仿真，记下读数U01，修改电位器的百分比为70%，重新仿真，记下电压表的读数U02。修改电位器的百分比为30%，重新仿真，记下电压表的读数U03。R1(百分比)50%70%30%U08.443V8.131V8.159V（1）比较三个数据，说明当前电路各处于什么工作状态？当电位器的百分比为30%时，通过瞬态分析方法，观察ic的波形。3、振幅特性，在原理图中的输出端修改R1=30KΩ并连接上一直流电流表。将原理图中的输入信号振幅分别修改为1.06V，0.5V，并记下两次的电流表的值，比较数据的变化，说明原因。V1(V)0.71.060.5Ic012.678uA18.185uA8.842uA1、倍频特性，将原理图中的信号源频率改为500KHz，谐振网络元件参数不变，使电路成为2倍频器，观察并记录输入与输出波形，并与第2个实验结果比较，说明什么问题？通过傅里叶分析，观察结果。（提示：在单击Simulate菜单中中Analyses选项下的FourierAnalysis...命令，在弹出的对话框中设置。在AnalysisParameters标签页中的Fundamentalfrequency中设置基波频率与信号源频率相同，NumberOfHarmonics中设置包括基波在内的谐波总数，Stoptimeforsampling中设置停止取样时间，通常为毫秒级。在Outputvariables页中设置输出节点变量）和第二个实验相比，输出波形产生了一定程度的失真。傅里叶分析图：实验三正弦波振荡器一、正反馈LC振荡器1）电感三端式振荡器通过示波器观察其输出波形，并说明该电路的不足3.1电感三端式振荡不足：振荡器的输出功率很低，输出信号是非常微小的值，未达到振幅起振条件。2）电容三端式振荡器（a）（b）3.2电容三端式振荡器（1）分别画出（a）（b）的交流等效图，计算其反馈系数（2）通过示波器观察输出波形，与电感三端式振荡器比较电路（a）的输出波形：电路（b）的输出波形：比较：电容三点式反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近正弦波，电感三点式反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形差。3）克拉泼振荡器3.3克拉泼振荡器R210kΩR31kΩR468kΩKey=A40%L1500nHL222uHC1470pFC21nFC320pFC410nFC510nFC610nFL3100uHV112VQ12N2222AR5560Ω7R15.1kΩ41065030XSC1ABExtTrig++__+_820（1）通过示波器观察输出（2）在该电路的基础上，将其修改为西勒振荡器，并通过示波器观察波形R210kΩR31kΩR468kΩKey=A50%L1500nHL222uHC1470pFC21nFC320pFC410nFC510nFC610nFL3100uHV112VQ12N2222AR5560Ω7R15.1kΩ41065030XSC1ABExtTrig++__+_2C7100pFKey=A50%80希勒振荡器输出波形：二、晶体振荡器（a）(b)3.4晶体振荡器（1）（a）（b）分别是什么形式的振荡器？（a）是并联型型晶体振荡器，（b）是串联型单管晶体振荡器电路。（2）通过示波器观察波形，电路的振荡频率是多少？电路波形图如下：由图可得T=2.339ms，则f=1/T=427.5Hz整体趋势部分趋势（1）振荡器的电路特点？电路组成？答：并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，它和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体管相连，工作原理和三点式振荡器相同，只是把其中一个电感元件换成晶体。串联型晶体振荡器中晶体以低阻抗接入电路，晶体相当于高选择性的短路线，通常将石英晶体接在正反馈支路中，利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，电路反馈作用最强，满足起振条件。（2）并联型和串联型晶体振荡器中的晶体分别起什么作用？在并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体相连。在串联型晶体振荡器中，晶体起到控制频率的作用。实验四调制一、AM调制1、低电平调制1）二极管平衡调制电路图4.1二极管平衡调制AM电路（1）观察电路的特点，V1，V2中哪一个是载波，哪一个是调制信号？V1是载波信号，V2是调制信号（2）通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；Vmax=100.946mVVmin=89.606mVMa=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=(100.946-89.606)/(100.946+89.606)=0.0592）模拟乘法器调制电路图4.2模拟乘法器调制AM电路（1）通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；Ma=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=(2.874-0.494)/(2.874+0.494)=0.706（2）乘法器原则上只能实现DSB调制，该电路为什么可以实现AM调制？答：因为该电路将一个直流电源与交流电源串联，之后又与另一个交流电源并联，所以它可以实现AM3）集电极调幅电路图4.3集电极调幅AM电路（1）通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；（2）将电路中的V4去掉，R1=30Ω，再通过示波器观察输出波形，通过瞬态分析，观察集电极电流波形说明此时电路是什么工作状态？（注意：在设置输出变量时，选择vv3#branch即可）工作在过电压状态电流波形：4）基极调幅电路图4.4基极调幅AM电路（1）通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；（2）将电路中的V4去掉，R1=30Ω，再通过示波器观察输出波形，并通过瞬态分析，观察集电极电流波形说明此时电路是什么工作状态？瞬态分析结果：电压不停的在放大饱和截止区循环。二、DSB调制1）二极管平衡调制图4.5二极管平衡调制DSB电路（1）通过示波器观察波形（2）与图4.1比较电路的变化；从理论上分析该电路实现DSB调制的原理；在传输前将无用的载波分量抑制掉，仅发送上，下两个边频带从而在不影响传输信息的情况下，节省发射功率，实现DSB调制。2）乘法器调制图4.6乘法器调制DSB电路（1）通过示波器观察波形（2）与图4.1比较电路的变化；从理论上分析该电路实现DSB调制的原理；思考：（1）下图是二极管调制电路，与图4.1比较，这两个电路的区别，从理论上分图4.7析该电路实现的是AM调制还是DSB调制？答：在V1=V2大于0时，D1工作在导通状态，D2处于截止状态，V1=V2小于0时，D2工作在导通状态，D1处于截止状态，V3为大信号，V1=V2为小信号，该电路实现的是DSB调制。实验五检波一、包络检波器1、二极管峰值包络检波器电路图5.1二极管包络检波电路（1）通过示波器观察输入输出的波形输入波形：输出波形：输入输出在同一窗体中显示：（2）修改检波电路中的C1=0.5μF，R1=500KΩ，再观察输入输出波形的变化，说明这种变化的原因；输入波形:输出波形：输入输出在同一窗体中显示：原因：由于CRL放过大，导致时间常数太大，在一段时间内输入信号电压总是低于电容C上的电压，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号的控制，而是取决于放电，产生了惰性失真。（3）在图5.1中修改输入调制信号V1的调制系数ma=0.8，再观察输入输出波形的变化，说明这种变化的原因；原因：不产生惰性失真的条件是aaLMMCR21，当aM增大时则会使电容C的惰性减小，使得解调信号更接近包络变化。2、同步检波1）模拟乘法器同步检波图5.2乘法器解调DSB电路（1）通过示波器观察7和9节点的波形2）二极管平衡电路同步解调图5.3二极管平衡电路解调DSB（1）通过示波器观察节点9和3的波形，并说明是什么信号？（2）将图5.3中的A1，V3，V4去掉，换成AM信号源，振幅为0.35V,载频为50kHz，调制信号频率为0.5kHz，调制系数为0.5。再通过示波器观察两个节点的波形。同步检波是否可以解调AM波？同步检波可以解调AM波。