multisim电子电路仿真教程第8章

第8章 高频电子技术Multisim仿真实验
将V2设置为1 V，此时的调幅指数ma = 1/1 = 1，观察到
的输出波形如图8-18所示。这时电路处于临界调制状态。 将V2设置为0.5 V，此时的调幅指数ma = 1/0.5 = 2，观察 到的输出波形如图8-19所示。观察图8-19所示波形，这时的 输出信号振幅包络的变化已不能反映调制信号的变化，这种 状态称为过调制。在实际调制电路中，过调制是不允许的。
2．实验原理
(1) 在高频电子线路中，小信号放大器和功率放大器均 以并联谐振电路作为晶体管的负载，放大后的输出电压从回 路两端取出。因此研究并联回路的频率特性具有重要的实际 意义。 (2) 并联谐振电路具有选频作用。 (3) 谐振电路的谐振频率。 (4) 电路的品质因数，Q反映了LC回路的选择性：Q值 越大，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄，选择性越好。
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8.1
单调谐和双调谐回路仿真实验
1．实验要求与目的 (1) 测量LC并联电路的幅频特性和相频特性。 (2) 研究电路谐振频率与电路频率特性及Q值的关系。
(3) 研究双调谐回路的频率特性，改变耦合系数，观察
频率特性的变化。
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图8-14 交流分析对话框设置
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图8-15 单调谐电路的频率特性曲线
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观察图8-15所示曲线，上面的曲线是电路的幅频曲线，
下面的曲线是电路的相频曲线。从幅频曲线可以看到，在频 率为1 MHz时，电路的输出是最大的，输出约为输入的50倍； 同时从相频曲线可以看到，此时输出与输入的相位差基本上 为180°，即输出与输入反相。
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图8-5 单调谐回路L取不同值的频率特性曲线
第8章Hale Waihona Puke Baidu高频电子技术Multisim仿真实验
图8-6 单调谐回路C取不同值的频率特性曲线
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(4) 观察负载电阻变化对频率特性的影响。
电阻值分别取0.5 kHz、1 kHz、1.5 kHz，进行参数扫描 分析，得到如图8-7所示的频率特性曲线。
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3．实验电路
图8-1所示电路为单调谐LC谐振电路，图8-2所示电路为 通过电容耦合的双调谐LC谐振电路。
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图8-1 单调谐LC谐振电路
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图8-2 双调谐LC谐振电路
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1．实验要求与目的
(1) 用相乘器实现正常调幅波电路，观察输出波形，研 究其频谱分布。
(2) 用相乘器实现平衡调幅电路，观察输出波形，研究其 频谱分布。
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2．实验原理
调制就是将所传递的信号“附加”到高频载波上。根据 调制时被控制的高频参数的不同，可以分为调幅、调频和调 相电路。调幅就是控制高频载波信号的振幅随着低频调制信 号的变化而变化；调频或调相就是控制高频载波信号的频率 或相位随着低频调制信号的变化而变化。 正常调幅波的表达式为
近于理想矩形的幅频特性。
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图8-10 C3 = 20 pF时的频率特性曲线
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5．思考题
(1) 由仿真结果(见图8-5)可以看到，LC回路的通频带 基本不受电感影响，为什么？ (2) 双调谐LC谐振电路与单调谐LC谐振电路相比有何优 点?
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图8-8 双调谐回路的频率特性曲线
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(2) 观察耦合电容取值变化对频率特性的影响。
采用参数扫描方法同时观察耦合电容C3分别为150 pF、 250 pF、350 pF时的频率特性。 启动分析菜单中的Parameter Sweep...命令，在弹出的参 数设置对话框中进行相应的设置。进行仿真后得到如图8-9 所示的C3取不同值时的频率特性曲线。
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图8-17 ma = 0.5时的正常调幅输出信号
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图8-18 ma = 1时的正常调幅输出信号
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图8-16 相乘器正常调幅实验电路
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4．实验步骤
1) 用相乘器实现正常调幅实验步骤 (1) 按图8-16所示连接电路，设置各信号参数。电路的 调幅指数等于V2的振幅与V3的比值，此时设置的调幅指数 ma = 1/2 = 0.5。 (2) 打开示波器及仿真开关，观察输出波形，如图8-17 所示。由图8-17可以看出，高频载波信号的振幅随着调制信 号的变化而变化，高频载波信号振幅的包络变化与低频调制 信号是一致的。
其中，ma V V0 为调制指数。 平衡调幅波为抑制了载波频率成分的调幅波，它的表达式为
v(t ) maV0 cos t cos 0 t
利用三角函数变换，可得到：
1 1 v(t ) maV0 cos[( 0 )t ] maV0 cos[( 0 )t ] 2 2
图8-3 交流分析对话框设置
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图8-4 单调谐回路的频率特性
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(3) 观察电感和电容取值变化对频率特性的影响。
采用参数扫描方法同时观察电感L1分别为0.5 mH、1 mH、 1.5mH时的频率特性。 采用参数扫描方法同时观察电容C1分别为150 pF、250 pF、350 pF时的频率特性。 启动分析菜单中的Parameter Sweep…命令，在弹出的参 数设置对话框中进行相应的设置。进行仿真后得到如图8-5 所示的L取不同值时的频率特性曲线和如图8-6所示的C取不 同值时的频率特性曲线。
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8.2 单调谐放大电路仿真实验
1．实验要求与目的 (1) 构建单调谐放大电路，掌握选频放大电路的结构。 (2) 研究单调谐放大电路的特性，掌握单调谐放大电路
的工作原理。
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2．实验原理
单调谐放大电路通常用来放大高频小信号，如超外差式 接收机的高放和中放电路，因此对其功能的基本要求是必须 兼有放大和选频双重作用，这分别由放大电路和选频网络两 部分实现。调谐放大器的基本组成如图8-11所示。
v(t ) [V0 V cos(t )] cos( 0 t 0 ) V0 (1 ma cos t ) cos 0 t
为简单起见，设初相为0°。
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利用三角函数变换，可得到：
1 1 v(t ) V0 cos 0 t maV0 cos[( 0 )t ] maV0 cos[( 0 )t ] 2 2
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2) 研究电路的频率特性
采用交流分析的方法得到电路的频率特性曲线。启动分 析菜单中的的AC Analysis...命令，在弹出的参数设置对话框 中按图8-14所示进行设置，选择节点4进行分析，点击 Simulate按钮，得到如图8-15所示的频率曲线。
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图8-7 负载取不同值时的频率特性曲线
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由图8-7所示曲线可知，负载的改变会使频率曲线发生
改变：当阻值增大时，谐振电压增大，曲线变得尖锐，通频 带变窄，但回路谐振频率不变。
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2) 双调谐LC谐振电路分析
(1) 按图8-2所示连接双调谐电路，电路采用电容耦合， 耦合系数K = C3/C，其中C = C1 + C3 = C2 + C3。用交流分析 法对节点3进行分析，得到电路的频率特性曲线如图8-8所示。
4．实验步骤
1) 单调谐LC谐振电路分析 (1) 按图8-1所示连接电路并设置各元件参数。 (2) 测试频率特性。启动分析菜单中的AC Analysis...命 令，在弹出的交流分析对话框中按图8-3所示进行设置。选 择节点1为分析节点，运行仿真，得到图8-4所示的幅频特性 曲线和相频特性曲线。
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8.1 单调谐和双调谐回路仿真实验 8.2 单调谐放大电路仿真实验 8.3 相乘器调幅电路仿真实验 8.4 二极管双平衡调幅电路仿真实验 8.5 同步检波器仿真实验 8.6 二极管包络检波仿真实验 8.7 二极管环形混频器仿真实验 8.8 相乘倍频器仿真实验 8.9 单失谐回路斜率鉴频器仿真实验 8.10 AFC锁相环电路仿真实验
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图8-9 不同耦合电容时的频率特性曲线
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分析图8-9可以知道：当耦合电容比较小时，即电路处
于弱耦合状态时，输出电压幅值较小，曲线形状较窄且呈现 单峰；当耦合电容太大时，即电路处于强耦合状态时，输出 电压幅值较大，曲线形状较宽且呈现双蜂，但曲线顶部出现 凹陷，所选频段幅度不均；只有当耦合电容处于临界耦合状 态时，输出电压幅度达最大，曲线形状较宽且呈现单峰。图 中C3 = 15 pF时，电路处于临界耦合状态。通常耦合电容的 取值略超过临界耦合状态，即使得曲线顶部出现凹陷不深的 双蜂，这样可以得到较宽的频带，并且频带内较平坦。图810所示为C3 = 20 pF时电路的频率特性曲线。和图8-4所示单 调谐频率特性曲线相比较，双调谐回路的通频带更宽，更接
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5．结论
理论计算电路的谐振频率为
f0 1 1 1 106 Hz 1MHz 2π LC 2 3.14 250 1012 100 106
即电路的仿真结果与理论分析结果吻合。
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8.3 相乘器调幅电路仿真实验
利用相乘器可以实现幅度调制。
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3．实验电路
图8-16所示电路是用相乘器实现正常调幅的实验电路， 电路输出：
v0 KXY KV1 (V2 V3 )
其中，V1是一个频率为20 kHz，幅度为1 V，初相为0°
的高频载波信号；V2是一个频率为1 kHz，幅度为1 V，初相 为0°的低频调制信号；V3为2 V的直流电源。改变V3的大小， 可以改变调制指数。
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图8-11 调谐放大器的基本组成
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3．实验电路
单调谐放大电路如图8-12所示。
图8-12 单调谐放大电路
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4．实验步骤
1) 研究电路的放大特性 设置输入信号的频率为1 MHz，双击示波器图标，打开 仿真开关，可以观察到电路的输入、输出信号波形，如图813所示。观察图8-13可以看到，输出信号与输入信号基本上 是反相的，同时电路的放大倍数约为50，这说明电路工作在 谐振放大状态。
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图8-13 频率为1 MHz时输入、输出信号波形
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设置输入信号的频率为1 kHz，再观察输入、输出信号
波形，可以看到此时的输出信号很小，电路工作于失谐状态。 设置输入信号的频率为10 MHz，再次观察输入、输出信 号波形，可以看到此时的输出信号也很小，电路同样工作于 失谐状态。 由此可见，只有当电路工作于谐振状态时，电路对信号 才有放大作用，即电路具有选频放大的能力。