高频电子线路课程设计概述

高频电子线路课程设计报告（2014-2015年度第一学期）题目： AM 波的调制与解调学院：信息科学技术学院专业：通信工程B班姓名：学号：组员：指导老师：2014年11月7日目录一、摘要 (3)二、设计指标 (4)三、原理概述及框图 (4)四、实际电路设计 (6)五、设计评价 (20)六、心得体会 (21)七、参考文献 (21)一、内容摘要本文用10Multisim 设计并仿真了AM 波的调制与解调，在调制单元先设计了一个振荡器产生MHz f 5.30=的载波信号，然后与频率KHz f 10=Ω的调制信号经过一个集电极调幅电路产生了一个AM 信号，在解调单元，将调制单元输出的AM 信号通过一个包络检波电路将调制信号从AM 信号中提取出来。

最后再设计一个低通滤波器，将高于调制信号频率的噪声滤除。

在设计单元电路时，对每部分的电路设置参数，进行仿真、调参，对结果进行分析，由于后续电路或者负载的影响会导致电路参数的设计与实际参数有差距，再设置一个缓冲电路以减小后级电路对前级的影响，然后在考虑实际参数的基础上观察波形是否失真从而选出合理的原件数值，反复调试后，得出结果和心得体会。

【关键词】：AM 波 调制解调 集电极调幅 低通滤波器 仿真二、设计指标设计AM 波的调制解调电路，要求分别设计高频振荡器、集电极调幅电路、包络检波电路和低通滤波器。

通过信号发生器产生一个调制信号与振荡器产生的高频载波加入集电极电路，输出一个载波幅度随着调制信号变化的调幅信号，将该调幅信号加入包络检波器，输出原调制信号，考虑到输出信号中会带有噪声，故在调制信号输出前增加了一个RC低通滤波器滤除噪声，且在电路前后级又加了一个缓冲级电路用来减少后级电路对前级的影响。

各项参数设计指标如下：输入调制信号：100KHZ 5V 正弦波调制载波信号：1MHZ 4mV 正弦波解调载波信号：100KHZ 4.5V 正弦波三、原理概述及框图设计原理总框图图一设计原理总框图3.1 AM波调制原理)(cos 0)(t s m t m tc A →⊗→⊕→↑↑ω图二 AM 波产生原理图调幅信号的时域表达式：t t m t A t t m A t S c c c AM ωωωcos )(cos cos )]([)(00+=+= （1）调幅信号的频域表达式：)]()([21)]()([)(0c c c c AM M M A S ωωωωωωδωωδπω-+++-++= （2）图三 AM 信号的波形和频谱由AM 波的图形可以看出，AM 波的包络与调制信号)(t m 的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。

3.2 高频振荡器本次实验设计所需的高频载波是由高频振荡器振荡得到，考虑各种振荡器产生频率的稳定度，最终确定选择高稳定度LC 振荡器电路，也即西勒电路。

实际的西勒电路原理图如下图：图四 西勒电路原理图由图四知：回路的总的等效电容： 4343211111C C C C C C C +≈+++=振荡频率：)(212143C C L LC f +≈=ππ西勒电路特点：（1）通过调节C4来实现振荡频率的调节； （2）C4的改变不会影响接入系数和反馈系数；（3）适合于振荡频率需要在较宽范围内可调的场合（最高振荡 频率/最低振荡频率可达1.6~1.8）,改变振荡频率中，振荡信号的幅度比较平稳，稳定度最高，振荡频率也最高；（4）其余性质与克拉泼电路相同。

MULTISIM仿真图西勒电路图五西勒电路仿真图振荡器输出波形3.3 集电极调幅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。

其工作原理如下：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。

（1）集电极调幅的基本原理电路如图六所示：图六 集电极调幅原理电路图中，设基极激励信号电压（即载波电压）为：t V 000cos ωυ= 则加在基射极间的瞬时电压为t V V BE B 00cos ωυ+-= （2）集电极电流脉冲的变化时的分析如下：调制信号电压ΩV 加在集电极电路中，与集电极直流电压CC V 串联，因此，集电极有效电源电压为()t m V t V V V V a CC CC CC C Ω+=+=+=ΩΩcos 1cos 0ωυ 式中，CC V 为集电极固定电源电压； CCa V V m Ω=为调幅指数。

由上式可见，集电极的有效电源电压C V 随调制信号压变化而变化。

如图五所示，图七 同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形图中，由于BB V -与b V 不变，故max B v 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 V 值的不同，沿C v 平行移动。

由图可以看出，在欠压区内，当CC V 由1CC V 变至2CC V 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 V 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。

（3）集电极调幅波形图当动态特性曲线进入过压区后，CC V 等于3CC V 、4CC V 等，集电极电流脉冲的振幅下降，出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。

在这种情况下，分解出的1cm I 随集电极电压CC V 的变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随CC V 而变化。

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

其波形如图八所示。

t00(t)v t0Ω(t)vt0Ω(t)v λ图八 集电极调幅波形图MULTISIM 仿真电路图九 集电极调幅仿真电路得到的AM波波形图十 AM波输出波形分析：集电极调幅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。

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。

振幅调制电路的功能是将输人的调制信号和载波信号通过电变换成高频调幅信号输出。

普通调幅波调辐电路的输出电压是普通调幅信号是载波信号振幅按调制信号规律变化的一种振幅调制信号，简称调幅信号。

3.4 二极管峰值包络检波器调幅信号的解调通常称为检波,分为包络检波和同步检波两类.本次设计采用包络检波.,而检波的实质就是信号源通过二极管向负载电容C充电和负载电容C向负载电阻R放v在充放电过电的过程.对于C而言,充电快放电慢,经过若干个周期后,检波器的输出电压程中逐步建立起来该电压对二极管形成一个大的负电压,从而使二极管的输入电压的峰值v按高频周期做锯齿状附近才导通,导通时间很短,电流通脚也很小.当充放电达到平衡时,波动,其均值是稳定的,且变化规律与输入的调幅信号变化规律相同从而实现AM信号的解调.电路等效电路图十一包络检波原理电路图图十二包络检波器等效电路图而输出电压包括两个部分,直流电压dc v 和低频分量v Ω; 即0v =dc v +()v t Ω由分析得,输入信号理论波形及频谱图十一 输入信号理论波形及频谱输出信号理论波形及频谱图十二 输出信号理论波形及频谱图仿真过程(1) 选择元器件，二极管型号为1BH62. C6为200nF ， 5R 为40k Ω ，6R 为10k Ω7C 为100F μ（2）将上级调制出的AM 波接入包络检波器中（3）连接频率计和示波器对输出波形进行观察，并调试出品质较好的波形。

MULTISIM仿真电路图图十四包络检波器仿真图包络检波器检波输出波形图十一包络检波器检波输出波形分析：得到解调后的波形含低频调制信号和直流分量，故波形有轻微抖动输出波形频率为99.989kHz，接近于调制信号频率100kHZ，误差为0.011%。

符合设计要求3.5理想低通滤波器理想低通滤波器只允许截止频率以内的频率的波形通过.利用R,L,C 所组成的滤波电路称作无源滤波器.原理电路图及频谱图图十七 理想低通滤波器电路图 图十八 理想低通滤波器电路频谱图MULTISIM 仿真图图十九 理想低通滤波器仿真图截止频率. H 1f =2RCπ H -91f =22008010π⨯⨯⨯=9.95kHZ分析：不可能得到理想的低通滤波器，所有信号有所损失，但对于最后的结果没有太大的影响。

得到的输出低频信号图十二低通滤波器输出输出低频信号频率为97.937kHz，误差率为2.063%符合设计要求图二十一理想低通滤波器仿真输出波形频率检测最后总电路为图十三MULTISIM仿真设计总电路图问题：1.直接将单元电路连接成总电路时，有时候某些模块波形会产生较大的失真，这是为什么，如何解决？答：将单元电路直接连接成总电路时，因为输入输出负载发生了变化，所以各部分相互影响，因而会使波形出现不同程度的失真。

在容易发生级联影响的模块之间采用变压器耦合方式，就能够解决此类问题。

2.用理论计算得出的元件参数连接电路，有时候波形也会出现失真，如何解决？答：理论计算结果是理想的，实际操作中往往不能达到这种状态，所以就会产生波形的失真。

通过分析波形失真原因，然后对电路中某些元件参数进行相应的调整就可以解决此类问题。

3.西勒振荡电路有什么优点？答：西勒振荡电路中集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高效谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减小。

具有波形更加接近于正弦波，且频率稳定度高，适于高频段工作等优点。

4.集电极调幅电路的优点、缺点与改进？答：集电极调幅的优点：与基极调幅相比，集电极调幅的线性好，此外，由于集电极调幅始终工作在临界弱电压区，故效率高。