高频电子线路课程设计集电极调幅电路

目录

一．背景介绍 0

二．选题概述 (2)

1集电极振幅调幅器的工作原理 (2)

2集电极电路脉冲的变化情况 (2)

3集电极调幅波形图 (3)

4集电极调幅的静态调制特性 (4)

三．设计要求与任务........................................ 错误!未定义书签。四．设计思路.. (5)

1调幅波的数学表示式推导 (5)

2集电极调幅电路的工作状态分析 (5)

五．设计采用硬件及软件环境概述 (6)

1仿真软件MULTISIM14概述 (6)

1.1仿真软件概述 (6)

1.2界面预览 (6)

1.3元器件库的说明 (7)

1.4注意事项及可能遇到的问题 (7)

2元器件说明 (7)

六．设计过程及设计电路 (8)

1集电极振幅调制设计电路 (8)

2集电极振幅调制仿真电路 (9)

3调制信号波形和集电极调幅输出波形的比较和分析 (9)

4电路的改进 (10)

4.1此电路的优缺点 (10)

4.2改进方案 (10)

七．结果................................................. 错误!未定义书签。2 八．设计心得............................................. 错误!未定义书签。2 参考文献.. (12)

一．背景介绍

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（如声音、数据、图像等）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，通常用uΩ或f(t)表示。未受调制的高频振荡信号称为载波，可以是正弦波，也可以是非正弦波；但必须是周期性信号，用符号u c和i c表示。受调制后的振荡波称为已调波，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，其他参数（频率和相位）不变。

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，就是用调制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)因处于过压状态，效率η高

(2) m较大时，调幅波非线性失真

提供较大的驱动功率

(3)要求U

(4)用于大功率调幅发射机

二．选 题 概 述

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信号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，属于高电平调幅。晶体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，然后设法将低频信号“挂”到高频载波上去。本次设计要求采用调幅方式，即改变载波信号到振幅。它的基本原理是，将要传送的调制信号从低频率搬移到高频，实现频谱搬移。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，主要是为了达到发射电磁波的要求。

2-1集电极调幅工作原理图

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V CC 串联，因此，集电极有效电

源电压为CC U = V CC +u Ω。式中, V CC 为集电极固定直流电源电压。

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2-2所示：

已调信号

图2-2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V CC 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u AM 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

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为1cm I ×P R ，P R 不变，1cm I 随CC U 而变化，而CC U 是受u Ω控制的，回路两端输出的高频电压也随u Ω变化，因而实现了集电极调幅。

0(t)

t 0(t)

（A ）调制信号波形 （B ）载波信号波形

（C ）已调信号波形

图2-3集电极调幅波形图 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 变化的关系为集电极调制特性。根据分析结果可作出静态调制特性曲线如图2-4所示。

图2-4 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C ω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。

三．设计要求与任务

完成集电极调幅电路的设计

要求：直流电源24V,载波中心频率4MHz,调制信号频率1kHz,振幅调制度0.6；当调制信号为零时,载波电压12V p-p .

四．设计思路

1调幅波的数学表示式推导

根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信号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

已调波：()()cos (1cos )cos AM m c C c u t U t t U m t t ωω==+Ω 2集电极调幅电路的工作状态分析

集电极调制特性

集电极调制特性是指仅改变CC U ，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在L R 、U b 、BB U 不变，动特性曲线将随CC U 的变化左右平移，当CC U 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