Multisim在高頻電子線路中的應(yīng)用

張 毅，王亞芳，侯衛(wèi)民，李一凡

（1.河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院，上海 200072）

高頻電子線路是以模擬電子線路為基礎(chǔ)，涉及無線通信中發(fā)射和接收的諸多功能部件。近年來，電路仿真軟件的涌現(xiàn)和功能的不斷完善為高頻電子線路提供了良好的平臺［1－2］。Multisim 是NI公司推出的一款仿真工具，以Windows為平臺，可以進(jìn)行通信電子電路的仿真和設(shè)計工作，能較好地解決理論教學(xué)脫離工程實(shí)驗的問題。Multisim 有豐富的元器件庫和虛擬實(shí)驗設(shè)備，具備完善的系統(tǒng)仿真模型，通過交互式SPICE 仿真，能夠準(zhǔn)確掌握電路行為，憑借一個工具鏈，還可以進(jìn)行集成電路設(shè)計和虛擬測試。

1 基于Multisim 的電路仿真

1）電感式振蕩器

振蕩器是通信電子線路中較為重要的一部分內(nèi)容［3］。電感反饋式振蕩電路如圖1所示。

電路中L1，L2和C3組成諧振回路，滿足射同余異的三端式原則。測試儀器選用示波器和頻率計。電路能夠振蕩，輸出一個頻率近1 MHz的正弦波，如圖2所示。該信號的頻率可由圖2中T2－T1之值求出。

在負(fù)載R5端接入頻率計可直接讀出輸出信號的頻率，如圖3所示。由此可見頻率計的讀數(shù)和示波器顯示的結(jié)果相吻合。

圖1 電感反饋式振蕩電路Fig.1 Inductive feedback oscillation circuit

圖2 電路輸出波形Fig.2 Circuit output waveform

圖3 頻率計讀數(shù)Fig.3 Frequency meter readings

靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置會對振蕩器的起振有所影響，因此在工程中分析靜態(tài)工作點(diǎn)是非常重要的。靜態(tài)工作點(diǎn)的分析結(jié)果如圖4所示。

該分析結(jié)果顯示Q1的基極靜態(tài)電位為1.672 97V，發(fā)射極靜態(tài)電位為1.023 38V，集電極靜態(tài)電位為11.320 89V，與理論計算相吻合。

2）二極管峰值包絡(luò)檢波器

圖4 靜態(tài)工作點(diǎn)分析Fig.4 Quiescent operating point analysis

振幅解調(diào)可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩大類［4－5］。包絡(luò)檢波不需要恢復(fù)原始載波信號，解調(diào)后的輸出信號能夠反映輸入信號的包絡(luò)。因此這種方法可適用于AM 波，不能直接用于DSB，SSB 信號的解調(diào)。其仿真電路如圖5所示。

圖5 二極管峰值包絡(luò)檢波器電路Fig.5 Diode peak envelope detector

如圖5所示輸入為AM 波，fc＝465kHz，F(xiàn)＝400Hz，Um＝1.5V，調(diào)幅指數(shù)為0.5，觀察示波器仿真波形如圖6所示，直觀地觀測到AM 波和解調(diào)波形，實(shí)現(xiàn)檢波目的［6－7］。

圖6 示波器仿真波形Fig.6 Oscilloscope simulation waveform

在二極管峰值包絡(luò)檢波器中存在兩種失真，即惰性失真和底部切割失真。當(dāng)電容C1充電和放電速度過慢，導(dǎo)致不能跟隨包絡(luò)變化時便會發(fā)生惰性失真，為了避免此類失真發(fā)生，時間常數(shù)RC須滿足關(guān)系式

可見R1，C1數(shù)值越大，即放電周期越長，放電越慢，即越容易發(fā)生惰性失真。若加大R1，C1數(shù)值，那么C1的放電速度將會變慢，即會發(fā)生惰性失真，其結(jié)果如圖7所示。解調(diào)輸出波形已經(jīng)跟不上原始信號的包絡(luò)，產(chǎn)生了明顯失真［8－9］。

圖7 惰性失真波形Fig.7 Inertia distortion waveform

由于檢波電路交直流負(fù)載不同可能會產(chǎn)生底部切割失真。為了避免此類失真，電路參數(shù)必須滿足ma＜R2／（R2＋R1），可見交直流負(fù)載差別越大，越容易發(fā)生負(fù)峰切割失真［10］。如果把R2值變小，那么即會發(fā)生負(fù)峰切割失真，結(jié)果如圖8所示。

圖8 負(fù)峰切割失真波形Fig.8 Negative peak cutting distortion waveform

2 結(jié) 語

將Multisim 軟件應(yīng)用在高頻電子線路過程中，可以隨時進(jìn)行學(xué)習(xí)并且進(jìn)行實(shí)驗驗證。擺脫了以往過于依賴實(shí)驗室的困境，若不具備實(shí)驗條件則無法進(jìn)行驗證、分析和設(shè)計。引入Multisim 仿真軟件不僅能夠真正理解和掌握理論知識，還可提高分析和設(shè)計能力。

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