集电极调幅设计

目录
前言 (1)
1集电极振幅调制器的工作原理及分析 (2)
1.1集电极振幅调幅器的工作原理 (2)
1.2集电极电路脉冲的变化情况 (2)
1.3集电极调幅波形图 (3)
1.4集电极调幅的静态调制特性 (4)
2集电极调幅设计与仿真 (5)
2.1集电极振幅调制设计电路 (5)
2.2集电极振幅调制仿真电路 (5)
2.3集电极调幅输入载波信号波形 (6)
2.4集电极调幅输入调制信号波形 (6)
2.5集电极调幅输出波形及分析 (7)
3集电极电路分析 (8)
3.1调幅波的分析 (8)
3.1.1 调幅波的数学表示式推导 (8)
3.1.2调幅波参数计算 (8)
3.2集电极调幅电路的工作状态分析 (9)
3.2.1集电极调制特性 (9)
3.2.2集电极调幅功放三种工作状态对比 (10)
4软件MULTISIM 10介绍 (12)
4.1仿真软件概述 (12)
4.2界面概述 (12)
4.3元器件库的操作 (13)
4.4注意事项 (14)
5设计总结 (15)
5.1集电极振幅调制电路的优缺点 (15)
5.2心得体会 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
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。

未受调制的高频振荡信号称为载波。

受调制后的振荡波称为以调波，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。

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，就是用调幅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)因过压工作，η高(与m无关)
(2)用于大功率调幅发射机
(3)要求U
提供较大的驱动功率
(4)m较大时，调幅波非线性失真
1集电极振幅调制器的工作原理及分析
1.1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电压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，属高电平调幅。

调幅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，然后设法将电报、电话等信号“加到”载波上去。

将声音电流加在高频电流上，这个过程称为调制。

一个载波电流有三个参数可以改变，即振幅、频率和相位。

本次设计要求采用调幅方式。

它的基本原理是，将要传送的调制信号（这里我们以话音信号为例）从低频率搬移到高频，使它能通过电离层反射进行传输，在远距离接收端我们用适当的解调装置再把原信号不失真的恢复出来，就达到了传输话音低频信号的目的。

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，一是高频产生电磁波的要求，二则增添了许多频率段可供人们选择使用，便于滤波。

1-1集电极调幅工作原理图
1.2 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CC U 所提供的集电极电流的直流分量0C I 和集电极电流的基波分量1C I 与CC U 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C E 串联，因此，集电极有效电源电压为CC U 式中, C E 为集电极固定电源电压；m 为调幅指数。

集电极电压相对应的集电极电流脉冲的CC U 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CC U 变化情形
由图可见，集电极的有效电源电压CC U 随调制信号压变化而变化。

由于BB U 与b U 不变，故为常数，又P R 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CC U 值的不同，沿C E 平行移动。

由图可以看出，在欠压区内，当CC U 由1CC U 变至2CC U （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1cm I 的变化也很小，因而回路上的输出电压C E 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。

1.3 集电极调幅波形图
在这种情况下，分解出的1cm I 随集电极电压CC U 的变化而变化，集电极回路两端的高
频电压也随CC U 而变化。

输出高频电压的振幅1CC cm P U I R =⨯，P R 不变，1cm I 随CC U 而变
化，而CC U 是受O U 控制的，回路两端输出的高频电压也随O U 变化，因而实现了集电极调幅。

0(t)t Ω(t)v t
(t)v t
0(t)
（A ）调制信号波形 （B ）载波信号波形
t 0Ω(t)
v λ
（C ）已调信号波形
图1-3集电极调幅波形图 1.4集电极调幅的静态调制特性
当没有加入低频调制电压U Ω（即0U Ω=）时，逐步改变集电极直流电压CC U 的大小，同样可使c i 电流脉冲发生变化，分解出的0c I 或1cm I 也会发生变化。

我们称集电极高频电流1cm I （或0c I ）随CC U 变化的关系线为静态调制特性曲线。

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Ω要比载波角频率0ω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
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中央，即012
CCQ CC U U =处， 0CC U 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2.1集电极振幅调制设计电路
图2-1集电极振幅调制设计电路2.2集电极振幅调制仿真电路
图2-2集电极振幅调制仿真电路
2.3集电极调幅输入载波信号波形
图2-3集电极调幅输入载波波形2.4集电极调幅输入调制信号波形
图2-4集电极调幅输入调制信号波形
2.5集电极调幅输出波形及分析
图2-5集电极调幅输出波形
1.输出波形原理分析
载波C U 直接加到放大器的基极。

调制信号0c U 加到集电极电路且与直流电源相串联。

C1、C2是高频旁路电容。

集电极谐振回路LC 调谐在载频C ω上。

由于0C U 与C E 相串联，因此，丙类被调放大器集电极等效电源CC U 将随0C U 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C I 的基波分量振幅1C I 随0C U 成正比变化，从而实现调幅。

集电极调幅电路具有调制线性好，集电极效率高的优点。

广泛用于输出功率较大的发射机中。

所需调制信号功率大是该调制电路的缺点。

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：
0m =时，未调幅
1m =时，最大调幅(百分之百)
1m >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
3.1调幅波的分析
3.1.1 调幅波的数学表示式推导
根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅与调制信号U Ω线性变化。

设调制信号为单频余弦信号：cos u U t ΩΩ=Ω，载波信号：cos c c c u U t ω= 则已调信号振幅
()cos (1cos )m C C C
U U t U k U t U k t U ααΩΩ=+Ω=+Ω(1cos )C U m t =+Ω C C C
U U m k U U αΩ∆== 01m <≤
式中, k α称为调制灵敏度，m 称为调幅度（调制度）
已调波：()()cos (1cos )cos AM m c C c u t U t t U m t t ωω==+Ω
3.1.2调幅波参数计算
1.调幅度的计算
图 3-1 集电极调幅调制信号与输出信号波形
图中参数为：max 30U V = min 8U V = 24C U V = 则调幅度：max min ()2C U U m U -=
(308)14.6724
-== 2.放大倍数的计算
图 3-2 集电极调幅输入信号与输出信号波形
图中参数为： 22o u V = 1.5i u V =
则放大倍数：2214.671.5
o u i u A u === 3.2集电极调幅电路的工作状态分析
3.2.1集电极调制特性
集电极调制特性是指仅改变C E ，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。

在L R 、bm U 、BB U 不变，动特性曲线将随C E 的变化左右平移，当C E 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C I 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C E 与直流偏置电压呈线性关系。

只有工作在过压区才能有效地实现C E 对1C I 及O P 的调制作用，故集电极调幅电路应工作在过压区。

3.2.2集电极调幅功放三种工作状态对比
图3-4 集电极调幅过压状态输出波形
图 3-5 集电极调幅欠压工作状态输出波形
由图3-3知在欠压区工作时，输出电流的振幅基本上不随
E变化而变化。

输出波形
C
的包络不在显示调制信号，因此不可以进行振幅调制。

图3-6集电极调幅临界工作状态输出波形
u对应的静态特性曲线，三线相交于一点动态特性曲线与临界饱和线以及
be
max
i为尖顶余弦脉冲。

此时输出波形幅度最大。

c
4软件Multisim 10介绍
4.1仿真软件概述
Multisim10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。

4.2界面概述
1.启动Multisim 10
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
2. Multisim 界面
图4-2界面介绍
4.3元器件库的操作
图 4-3 元器件库的操作
菜单工具栏
设计工具盒
标准
工具栏
数据表格视图
元件 工具栏
激活电路标签
电路窗口
仪表工具栏
图4-4元器件库的操作
4.4注意事项
1.不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机；
2.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；
3.注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号；
4.LED数码管的极性；
5.分模块调试，最后综合调试。

5设计总结
5.1集电极振幅调制电路的优缺点
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
I除了流入晶体管内阻还
C
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。

U不方便，因此电路不具有实在实际应用中，由于基极馈电电路中采用单独电源
BB
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。

5.2心得体会
一周的课设时间过去了，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。

这次课设中使我懂得了有些问题是可以自己慢慢看书摸索，在反复的尝试过程中解决，我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作中。

此次课程设计制作让我了解有关电路的原理和设计理念：在最后的仿真结果却不一定与理想的完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约，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。

我深深感受到了所学知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。

另外用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。

一周的实习就是将从课本上的知识应用于实践中，高频课设就是很好的实践。

在集电极调幅电路设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。

这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，还要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

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。

虽然遇到了很多问题，但在同学的帮助以及老师的耐心指导下，还是顺利的完成了任务。

在此，我由衷地感谢老师及同学们的帮助。

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] 张肃文等.高频电子线路[M](第四版).北京：高等教育出版社，2004
[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
[4] 清华大学通信教研组.高频电路[M].北京：人民邮电出版社，1979
[5] 杨欣，王玉凤.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社，2009
[6] 陈尔绍. 电子控制电路实例. 电子工业出版社，2004年
[7] 李新平.实用电子仿真技术.北京：机械工业出版社，2003年
[8] 杨宝清. 实用电路手册. 机械工业出版社,2002年
附录
器件附表
器件名个数电压源 2 电容 1 电阻 1 示波器 3 晶体管 1 电感 1。