集电极调幅电路课程设计

集电极调幅电路课程设

计

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

目 录

前 言 .................................................... 错误!未定义书签。 1集电极振幅调制器的工作原理及分析 .......................... 错误!未定义书签。 集电极振幅调幅器的工作原理 ............................... 错误!未定义书签。

集电极电路脉冲的变化情况 ................................. 错误!未定义书签。 集电极调幅波形图 ......................................... 错误!未定义书签。

集电极调幅的静态调制特性 ................................. 错误!未定义书签。 2集电极调幅设计与仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 集电极振幅调制设计电路 ................................... 错误!未定义书签。 集电极振幅调制仿真电路 ................................... 错误!未定义书签。 调制信号波形和集电极调幅输出波形的比较和分析 ............................ 6 3集电极电路分析 ........................................................... 7 调幅波的数学表示式推导 .................................................. 7 集电极调幅电路的工作状态分析 ............................................ 7 4软件MULTISIM 14介绍 ..................................................... 8 仿真软件概述 ............................................................ 8 界面预览 ................................................................ 8 元器件库的说明 .......................................................... 8 注意事项及可能遇到的问题 .......................................................... 9 5电路的改进 ............................................................... 9 此电路的优缺点 .......................................................... 9 改进方案 ............................................................... 10 6设计总结 ................................................. 错误!未定义书签。1 参考文献 ................................................................. 11

前 言

调制器与解调器是通信设备中的重要部件。所谓的调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。调制信号是由原始消息（如声音、数据、图像等）转变成的低频或视频信号，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的，通常用uΩ或f(t)表示。未受调制的高频振荡信号称为载波，可以是正弦波，也可以是非正弦波；但必须是周期性信号，用符号uc和ic表示。受调制后的振荡波称为已调波，它具有调制信号的特征。

振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅，使之按信号的变化规律，严格的讲是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。

使受调波的幅度随调制信号而变化的电路称为调幅器。调幅器输出信号幅度与调制信号瞬时值的关系曲线叫做调幅特性。理想的调幅特性应是直线，否则便会产生失真。调幅器主要由非线性器件和选择性电路构成。非线性器件实现频率变换，产生边带和谐波分量；选择性电路用来选出所需的频率分量并滤掉其他成分，如高次谐波等。常用的非线性器件有晶体二极管、场效应晶体管等。选择性电路大多用谐振回路或带通滤波器。按照电平的高低，调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅。大功率广播或通信发射机多采用高电平调幅器。这种调幅器输出功率大，效率高。载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅器。它们对输出功率和效率要求不高，可以选用调幅特性较好的电路。

所谓的集电极调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅.集电极调幅的特点：

(1)因处于过压状态，效率η高 (2) m较大时，调幅波非线性失真 (3)要求U提供较大的驱动功率 (4)用于大功率调幅发射机

1集电极振幅调制器的工作原理及分析

集电极振幅调幅器的工作原理

集电极调幅是利用低频调制信号去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属于高电平调幅。晶体管处于丙类工作状态。要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载波电流，然后设法将低频信号“挂”到高频载波上去。本次设计要求采用调幅方式，即改变载波信号到振幅。它的基本原理是，将要传送的调制信号从低频率搬移到高频，实现频谱搬移。即载波的频率和相角不变，载波的振幅按照信号的变化规律而变化，高频振幅变化所形成的包络信号就是原信号的波形。通过载波传输声音信号，主要是为了达到发射电磁波的要求。

Q1已调信号载波信号调制信号

1-1集电极调幅工作原理图

集电极电路脉冲的变化情况

线性调幅时，由集电极有效电源UCC所提供的集电极电流的直流分量IC0和集电极电流的基波分量IC1与UCC成正比。

调制信号电压加在集电极电路中，与集电极直流电压

VCC串联，因此，集电极有效电

源电压为UCC= VCC+uΩ。式中, VCC为集电极固定直流电源电压。

集电极电压相对应的集电极电流脉冲的UCC变化情形如图1-2所示：

图1-2同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的

UCC变化情形

由图可见，集电极的有效电源电压UCC随调制信号变化而变化。由于UBB与Ub不变，故为常数，又RP不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随UCC值的不同，沿VCC平行移动。

由图可以看出，在欠压区内，当UCC由UCC1变至UCC2（临界）时，集电极电流脉冲的振幅与通角变化很小，因此分解出的Icm1的变化也很小，因而回路上的输出电压uAM的变化也很小。这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。

集电极调幅波形图

在这种情况下，分解出的Icm1随集电极电压UCC的变化而变化，集电极回路两端的

(t)高频电压也随UCC而变化。输出高频电压的振幅为Icm1×RP，RP不变，Icm1随UCC而变化，而UCC是受uΩ控制的，回路两端输出的高频电压也随uΩ变化，因而实现了集电极0t调幅。

v(t)v(t)00t0tv（(t)A）调制信号波形 （B）载波信号波形

0

0v(t)0t

（C）已调信号波形 图1-3集电极调幅波形图

集电极调幅的静态调制特性

当没有加入低频调制电压U（即U0）时，逐步改变集电极直流电压UCC的大小，同样可使ic电流脉冲发生变化，分解出的Ic0或Icm1也会发生变化。我们称集电极高频电流Icm1（或Ic0）随UCC变化的关系为集电极调制特性。根据分析结果可作出静态调制特性曲线如图1-4所示。

图1-4 集电极调幅的静态调制特性

静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。通常调制信号角频率要比载波角频率C低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变的一周内，调制信号电压基本上不变。这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过程。我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。

由图1-4可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程

1都工作在过压状态，所以工作点Q应选在调制特性曲线直线段的，即UCCQUCC02处， UCC0为临界工作状态时的集电极直流电压。否则，工作点Q偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。

2集电极调幅设计与仿真

集电极振幅调制设计电路

C1R1200pF10kΩV21.06Vpk 1MHz 0° Q12N2222AL1126µHV30.1V V412V V14Vpk 1kHz 0°

图2-1集电极振幅调制设计电路

集电极振幅调制仿真电路

C1R1200pF10kΩV21.06Vpk 1MHz 0° Q12N2222A++_B_AL1126µHXSC1V30.1V V412V 4Vpk 1kHz 0° _V1+Ext Trig 图2-2集电极振幅调制仿真电路

调制信号波形和集电极调幅输出波形的比较和分析

图2-3调制信号波形和输出波形

1.输出波形原理分析

载波uc直接加到放大器的基极。调制信号uΩ加到集电极电路且与直流电源相串联。集电极谐振回路LC调谐在载频C上。

由于uΩ与VCC相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源UCC将随uΩ变化，从而导致被调放大器工作状态发生变化，在过压状态下，集电极电流IC的基波分量振幅

IC1随uΩ成正比变化，从而实现调幅。

集电极调幅电路调制线性好，集电极效率高，广泛用于输出功率较大的发射机中，但所需调制信号功率大。 2.输出波形特点分析

调幅波的振幅变化规律与调制信号波形一致，调幅度m反映了调幅的强弱程度。 可以看出：一般m值越大调幅越深：

m0时，未调幅

m1时，最大调幅(百分之百)

m1时，过调幅，包络失真，实际电路中必须避免

3集电极电路分析

调幅波的分析

调幅波的数学表示式推导

根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化。 设调制信号为单频余弦信号：uUcost，载波信号：ucUccosct 则已调信号振幅

Um(t)UCkUcostUC(1kUcost)UC(1mcost) UCmUCUkU 0m1

CUC 式中, k称为调制灵敏度，m称为调幅度

已调波：uAM(t)Um(t)cosctUC(1mcost)cosct

集电极调幅电路的工作状态分析

集电极调制特性

集电极调制特性是指仅改变UCC，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在

RL、Ub、UBB不变，动特性曲线将随UCC的变化左右平移，当UCC由大到小变化时，功

放的工作状态由欠压工作状态到临界，再进入到过压状态，集电极电流IC从一完整的余弦脉冲变化到凹顶脉冲。因此，高频功放的集电极调制特性可用图3-1所示曲线表示

图3-3 集电极调幅的静态调制特性

要实现振幅调制，就必须选择输出高频信号振幅UO与直流偏置电压UCC呈线性关系。只有工作在过压区才能有效地实现UCC对IC1及UO的调制作用，故集电极调幅电路应工作在过压区。

4软件Multisim 14介绍

仿真软件概述

Multisim14是美国NI公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。有了Multisim 软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

界面预览

1.启动Multisim 14

双击桌面上的Multisim快捷方式或选择程序菜单中的Multisim选项，即可进入

图4-1 软件启功界面

元器件库的说明

图 4-3 元器件库的说明

注意事项及可能遇到的问题

1.删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行； 2.电路必须接地；

3.分模块调试（提高调试速度），最后综合调试； 4.要改变示波器背景色，点击示波器界面的反向按钮

5电路的改进

此电路的优缺点

1.电路的优点

所用的元器件较少并能实现预定的效果，连线较少实验电路较为简单。 2.电路的缺点

要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有直流馈电电路，为晶体管各级提供合适的偏置，而我们的电路没有直流馈电电路IC0除了流入晶体管内阻还流入电路其他的部分导致外电路消耗电源功率增大，使损耗增大。

在实际应用中，由于基极馈电电路中采用单独电源UBB不方便，因此电路不具有实用性。在电路的输入，输出回路没有采用一定的耦合回路，使输出功率能不能有效地传输到负载。

改进方案

改进后的电路如图所示：

C1200pF2N2222AR220kΩ53 %Key=AT20.5 XSC1+__AV11Vpk 1MHz 0° T1C4Q11:1L11:1VCCR1100ΩC312.0VC2T3V24Vpk 1kHz 0° +B+Ext Trig_ 图 5-2-1 改进电路图

载波信号经变压器T1输入，调制信号经变压器T3输入，调幅信号经变压器T2输出。C4为隔直流电容，滤除载波信号可能带有的直流或低频信号。L1、R1和C3构成自给偏压电路，可减小调幅失真，其中C3的容量足够大以便有效地短路基波及各次谐波电流。C1、R2和T2构成选频网络，调节R2可使电路处于过压状态。C2为旁路电容，用以避免高频信号电流通过直流电源而产生极间反馈，造成工作不稳定。

波形如图所示：

图 5-2-2 改进后的波形图

6设计总结

从最开始的毫无头绪，无从下手，到最后设计出电路及仿真的正常运行，虽然其中可能有不完美，我还是体会到了成功的喜悦。通过这次课设的锻炼使我受益匪浅。

在设计的过程中遇到的问题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。不过在所遇的问题处理过程中有成功也有失败，但这却实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到了成功的喜悦。

此次课程设计制作让我了解有关电路的原理和设计理念：在最后的仿真结果不一定与理想的完全一样，是因为在仿真时存在各种理想化的条件，所以，在设计时应考虑两者之间的差距，从而找出最合适的方法，通过调试来发现自己的错误，并分析排出故障。用Multisim仿真的过程中，我熟悉了这一仿真软件的用法，掌握了更多的知识。

参考文献

[1] 曾兴文，刘乃安，陈健.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2007 [2] 胡宴如，耿苏燕. 高频电子线路[M](第2版).北京：高等教育出版社，2015 [3] 华成英，童诗白.模拟电子技术[M](第四版).北京：高等教育出版社，2006