基于multisim的調(diào)幅電路仿真

曹樹(shù)偉，鮑曉娟

（1.赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院；2.赤峰學(xué)院 遠(yuǎn)程教育學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

multisim是一款板級(jí)的模擬、數(shù)字電路板設(shè)計(jì)軟件.它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力.在電子信息工程專業(yè)學(xué)科教學(xué)過(guò)程中有著廣泛的應(yīng)用.本文針對(duì)高頻電子線路中二極管平衡調(diào)幅電路和三極管集電極調(diào)幅電路進(jìn)行仿真.使復(fù)雜抽象的調(diào)幅電路變得更直觀易于理解.同時(shí)在軟件中可以方便的設(shè)置和更改輸入信號(hào)的參數(shù)，從而得到不同的輸出結(jié)果.便于研究分析電路的工作原理和工作性能.由示波器的輸出波形可以方便的分析出調(diào)幅波的一些相關(guān)參數(shù).

2 調(diào)幅電路原理

2.1 調(diào)幅概念

用待傳輸?shù)牡皖l基帶信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的振幅變化的調(diào)制方式即為振幅調(diào)制電路.簡(jiǎn)稱調(diào)幅電路.調(diào)幅電路又有普通調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB）、單邊帶調(diào)幅（SSB）等.其中普通調(diào)幅波是基本的，其他調(diào)幅信號(hào)都可由其演變而來(lái).

2.2 普通調(diào)幅波的表示式

設(shè)載波信號(hào)為:uc(t)=Ucm(ωct)

調(diào)制信號(hào)為:uΩ(t)=UΩm(ωΩt)

則普通調(diào)幅信號(hào)表示式為:

其中ka是由調(diào)制電路決定的比例常數(shù).ma=為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度，表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度.

抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式為：

單邊帶調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式為：

2.3 調(diào)幅電路

調(diào)幅電路按輸出功率的高低，可以分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路.低電平調(diào)幅電路是將調(diào)制和功率放大分開(kāi)，調(diào)制在低電平級(jí)實(shí)現(xiàn)，然后經(jīng)線性功率放大器放大，達(dá)到要求的功率后再發(fā)射出去.目前這種調(diào)制方式常用的實(shí)現(xiàn)電路有二極管平衡調(diào)幅電路和雙差分對(duì)模擬相乘器電路.高電平調(diào)幅是將調(diào)制和功放合在一起.調(diào)制后的信號(hào)不需要再放大就可以直接發(fā)送出去.其常用的實(shí)現(xiàn)電路有基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅.

3 仿真電路及輸出波形

3.1 二極管平衡調(diào)幅電路

二極管平衡調(diào)幅電路可以實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅.屬于低電平調(diào)幅電路，其輸出功率和效率不做重點(diǎn)要求，主要要求其有良好的調(diào)制線性度，即要求調(diào)制電路的已調(diào)輸出信號(hào)應(yīng)不失真的反應(yīng)輸入低頻調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律.對(duì)于雙邊帶和單邊帶調(diào)幅，還要有較強(qiáng)的載波抑制能力.本仿真電路以雙邊帶調(diào)幅為例.

二極管平衡調(diào)幅仿真電路如圖一，電路主要由四個(gè)二極管 D1、D2、D3、D4構(gòu)成橋式平衡電路.在4、6節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間，5、7節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間本別由變壓器T1、T2加入高頻載波和低頻調(diào)制信號(hào).其中由4節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間加入高頻載波V1，其表示式可以寫成Uc(t)=707cos(2×105πt)mV.6節(jié)點(diǎn)和0節(jié)點(diǎn)之間與此高頻載波幅值頻率相同，但相位相反.由5節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間加入低頻調(diào)制信號(hào)V2，其表示式可以寫成 UΩ(t)=35.35cos(2×103πt)mV.7節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間與此低頻調(diào)制信號(hào)幅值頻率相同，但相位相反.滑動(dòng)變阻器R1，R2構(gòu)成調(diào)節(jié)電路，分別由鍵盤A鍵和B鍵控制其阻值增加，shift+A和shift+B分別控制其阻值減小.電阻R3、C1、L1構(gòu)成負(fù)載選頻諧振回路.示波器XSC2的A通道接4節(jié)點(diǎn)，顯示輸入高頻載波信號(hào)波形，B通道接5節(jié)點(diǎn)，顯示輸入低頻調(diào)制信號(hào)波形，C通道接11節(jié)點(diǎn)，顯示輸出已調(diào)信號(hào)波形.

圖1

在示波器上可得到ABC三通道對(duì)應(yīng)波形（如圖2至圖5）.每幅波形圖從上而下均有三個(gè)波形，均分別對(duì)應(yīng)ABC通道，記為A波形、B波形、C波形.圖二示波器界面中A波形，即輸入高頻正弦波載波信號(hào)，其特點(diǎn)是振幅大小不變，為一恒定值.頻率較高，為100KHz.其沿時(shí)間軸坐標(biāo)值展開(kāi)時(shí)，如圖3中A波形所示正弦波.圖2中B波形，即低頻調(diào)制信號(hào)，為單頻正弦波.其頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于載波，為1KHz.圖2中C波形為已調(diào)波波形，其特點(diǎn)是頻率和載波相同.此點(diǎn)可由圖3中A、C波形對(duì)比而得證.相同時(shí)間坐標(biāo)下，兩標(biāo)尺間A、C波形均為10個(gè)周期波形.但已調(diào)波振幅隨低頻基帶信號(hào)UΩ(t)變化而變化.由圖1中B、C波形對(duì)比可以得出.其沿時(shí)間軸展開(kāi)為圖3中C波形.對(duì)比圖4中A波形振幅，即載波振幅為±175.6mV，圖2中B波形振幅，即調(diào)制信號(hào)振幅為±8.8mV，圖5中C波形振幅，即已調(diào)波最大振幅為±33.8nV，可知調(diào)制電路效率不高.輸出以調(diào)波電平非常低.需要經(jīng)過(guò)線性放大才能輸出.

圖2

圖3

圖4

圖5

3.2 三極管集電極調(diào)幅電路

三極管集電極調(diào)幅屬于高電平調(diào)幅電路.主要用于產(chǎn)生普通調(diào)幅波.這種調(diào)制通常在丙類諧振功率放大器中進(jìn)行，它可以直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求的已調(diào)波.三極管集電極調(diào)幅電路如圖六，由NPN型晶體三極管構(gòu)成功率放大電路.集電極由R1、C1、L1構(gòu)成諧振回路做負(fù)載.在晶體管基極回路加入高頻載波信號(hào)：Uc(t)=1.06cos(2×106πt)V和反相偏置0.1V直流電源.在集電極回路加入低頻調(diào)制信號(hào)：UΩ(t)=4cos(2×103πt)V和12V的直流電壓源.示波器A通道接電路中的3節(jié)點(diǎn)，顯示輸入高頻載波信號(hào)波形.示波器B通道接電路中的1節(jié)點(diǎn)，顯示低頻調(diào)制信號(hào)波形.示波器C通道接電路中的2節(jié)點(diǎn)，顯示已調(diào)波信號(hào)波形.

圖6

圖7

圖8

仿真結(jié)果如圖7、圖8所示，在圖7、圖8示波器波形顯示界面中，每個(gè)界面從上到下的三個(gè)波形分別對(duì)應(yīng)ABC三個(gè)通道，記為A波形，B波形，C波形.由圖7中C波形所示，已調(diào)波為普通調(diào)幅波.其已調(diào)波波形包絡(luò)變化與B波形的調(diào)制信號(hào)變化完全對(duì)應(yīng).由圖8中C波形和A波形對(duì)比可知，已調(diào)波頻率與高頻載波頻率相同，相位相反.因?yàn)榻涣魍?，中本電路為共射電路，所以AC波形互為反相.由圖8中標(biāo)尺所標(biāo)AC波形，高頻載波振幅約為1V，已調(diào)波信號(hào)振幅約為12V.圖7中B波形所示，低頻載波振幅約為4V.對(duì)比圖5和圖8中C圖波形，可知二極管平衡調(diào)幅電路已調(diào)波輸出振幅電壓為nV數(shù)量級(jí)，而三極管集電極調(diào)幅電路已調(diào)波輸出振幅為V數(shù)量級(jí).所以前者是低電平調(diào)幅，而后者是高電平調(diào)幅.

4 總結(jié)

4.1 關(guān)于multisim軟件

通過(guò)上述仿真過(guò)程及仿真結(jié)果，我們可以看出，multisim是一款功能非常強(qiáng)大的軟件.通過(guò)它可以方便的實(shí)現(xiàn)電路構(gòu)建及仿真.同時(shí)本軟件元器件庫(kù)中提供了大量的虛擬元器件以及虛擬儀器，如虛擬電阻、電容、電感、二極管、三極管等虛擬元件以及虛擬萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻率計(jì)等虛擬儀器.為電子學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)非常方便的實(shí)驗(yàn)平臺(tái).可以自己設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

4.2 關(guān)于調(diào)幅電路

調(diào)幅電路是廣播發(fā)射中非常重要的電路之一，也是高頻電子課程中的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，以往的學(xué)習(xí)中理論知識(shí)理解起來(lái)比較抽象，難于入門理解.本文通過(guò)構(gòu)建調(diào)幅電路并進(jìn)行仿真，在示波器輸出相應(yīng)波形，通過(guò)對(duì)比分析輸入的低頻調(diào)制信號(hào)，高頻載波以及輸出已調(diào)波的波形振幅，頻率等參數(shù)，將調(diào)幅原理，調(diào)幅電路，輸入輸出信號(hào)有機(jī)的結(jié)合在一起.大大的增加了學(xué)習(xí)的興趣和效率.為電子信息專業(yè)內(nèi)容學(xué)習(xí)方法提供一個(gè)參考途徑.

〔1〕胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2010.

〔2〕張新喜，許軍，王新忠，等.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

〔3〕張肅文.高頻電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，1979.

〔4〕郭鎖利，劉延飛，李琪，等.基于M ultisim的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與綜合應(yīng)用（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2012.