第9章

Multisim在高頻電路中的應(yīng)用9.1三端式振蕩器 9.2用乘法器實現(xiàn)AM調(diào)幅 9.3二極管平衡調(diào)幅 9.4DSB信號的乘法器調(diào)制與解調(diào)9.5高頻功率放大器 9.6振幅鑒頻器 9.7雙調(diào)諧小信號調(diào)諧放大器 9.8混頻電路 9.9二極管包絡(luò)檢波器 9.10非線性電路的時變分析法

Multisim11與Multisim2001相比，增加了四通道示波器等更適合觀察高頻實驗結(jié)果的儀器。本章以三端式振蕩器、高頻功率放大器和小信號放大器等為例，介紹Multisim在通信電子線路中的應(yīng)用。

在沒有激勵信號的情況下自行產(chǎn)生周期性振蕩信號的電子線路，即為振蕩器。根據(jù)電容三端式振蕩器的原理，振蕩器的平衡條件是KF=1，這是它的復(fù)數(shù)形式，相位條件需滿足射同它異的原則。9.1三端式振蕩器下面就通過考必茲電路觀察該振蕩器產(chǎn)生正弦波的過程。

(1)在Multisim仿真電路窗口創(chuàng)建如圖9-1所示電路。交流等效滿足相位條件。輸出端分別接示波器和頻率計，用以觀察輸出波形和顯示振蕩頻率。

(2)運行仿真開關(guān)，通過示波器觀察該電路的振蕩波形，如圖9-2所示。

(3)用頻率計測得的振蕩頻率為10.838MHz，如圖9-3所示。圖9-1電容三端式振蕩器原理圖

圖9-2輸出波形

圖9-3頻率計結(jié)果

調(diào)幅是調(diào)制的一種方式。它用調(diào)制信號去控制載波的振幅，使振幅隨著調(diào)制信號瞬時值而線性地變化，而載波頻率和初相位卻保持不變。振幅調(diào)制屬于頻率的線性搬移，可以用乘法器來實現(xiàn)。9.2用乘法器實現(xiàn)AM調(diào)幅

(1)在Multisim環(huán)境下創(chuàng)建如圖9-4所示電路。其中V1是載波信號，V2是調(diào)制信號。

(2)在Multisim11中可以采用四通道示波器同時觀察多路輸入、輸出波形，這里我們同時觀察載波信號、調(diào)制信號、已調(diào)制信號的波形，如圖9-5所示。圖9-4用模擬乘法器實現(xiàn)信號調(diào)幅原理電路

圖9-5用模擬乘法器實現(xiàn)信號調(diào)幅的輸入、輸出波形圖9-5中，最上面的曲線是低頻調(diào)制信號，最下面的是高頻載波，中間的是高頻已調(diào)制信號?？梢钥闯?，已調(diào)AM信號振幅的變化規(guī)律與低頻調(diào)制信號一致，這與理論分析的結(jié)果完全一致。

在9.2節(jié)我們利用乘法器電路實現(xiàn)了AM調(diào)制，本節(jié)采用二極管平衡電路來實現(xiàn)AM調(diào)制。在該電路中，兩個性能完全一樣的二極管與變壓器組成了平衡電路，減少了不必要的頻率分量。仿真過程如下：9.3二極管平衡調(diào)幅

(1)在Multisim仿真窗口創(chuàng)建如圖9-6所示電路。其中變壓器T1引入的是高頻載波信號V1，變壓器T2引入的是調(diào)制信號V2。

(2)運行仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，可以得到在四通道示波器中的輸入、輸出波形，如圖9-7所示。

觀察該波形，驗證了實驗結(jié)果。圖9-6用二極管平衡調(diào)制實現(xiàn)信號調(diào)幅原理電路

圖9-7用二極管平衡調(diào)制實現(xiàn)信號調(diào)幅的輸入、輸出波形

DSB信號是抑制了載波信號的雙邊帶信號。對于DSB信號，其包絡(luò)的變化反映了調(diào)制信號絕對值的變化。

DSB信號的解調(diào)就是從它幅度的變化上提取調(diào)制信號的過程。仿真過程如下：

(1)在Multisim11環(huán)境下創(chuàng)建如圖9-8所示電路。

(2)利用示波器觀察輸出波形，如圖9-9所示。9.4DSB信號的乘法器調(diào)制與解調(diào)圖9-8DSB調(diào)制原理電路圖

圖9-9DSB調(diào)制原理輸入、輸出波形圖從信號輸出波形可以看出：載波信號和調(diào)制信號經(jīng)過A1乘法器后，產(chǎn)生了有相位突變的DSB信號，該信號再經(jīng)過乘法器A2檢波，恢復(fù)出低頻消息信號，從而驗證了實驗原理。

高頻功率放大器主要用于放大高頻信號或高頻已調(diào)波信號，由于采用了諧振回路做負(fù)載，解決了大功率放大時的效率、失真、阻抗變換等問題，因此，高頻功率放大器又稱為諧振功率放大器。

(1)在Multisim11環(huán)境下構(gòu)建如圖9-10所示實驗電路。9.5高頻功率放大器

圖9-10高頻功率放大器原理電路

(2)高頻功率放大器的輸入、輸出波形如圖9-11所示。

(3)為了觀測高頻功率放大器的輸出電流波形，在三極管的發(fā)射極串聯(lián)一個小電阻。通過觀察該電阻的電壓波形，可以觀測高頻功率放大器的輸出電流波形。電路如圖9-12所示。

(4)在示波器上觀察電阻上的輸出電壓波形，也就是高頻功率放大器的輸出電流波形，如圖9-13所示。

高頻功率放大器是非線性放大器，我們可以看到實驗結(jié)果與理論上的分析結(jié)論相吻合。圖9-11高頻功率放大器輸入、輸出電壓波形

圖9-12高頻功率放大器輸出電流測量電路

圖9-13高頻功率放大器輸出電流波形

鑒頻器是頻率調(diào)制的逆過程，其作用就是從調(diào)頻波中檢出調(diào)制信號。鑒頻器種類很多，有振幅鑒頻器、比例鑒頻器、相位鑒頻器等，本節(jié)將利用示波器來觀察振幅鑒頻過程。

(1)在Multisim仿真電路窗口創(chuàng)建如圖9-14所示電路。其中V1是輸入調(diào)頻波。參數(shù)設(shè)置為：5V中心頻率為1.1kHz，調(diào)制信號頻率為100Hz。L1、C1是頻-幅變換電路，D1、R4、R3、C2是包絡(luò)檢波電路。9.6振?幅?鑒?頻?器

圖9-14振幅鑒頻器原理電路

(2)運行仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，可以得到解調(diào)波波形，如圖9-15所示。

由輸出波形可以看到，輸出解調(diào)信號反映了調(diào)頻波的頻率變化情況，即跟蹤了輸入信號的頻率，起到了鑒頻的作用。圖9-15振幅鑒頻器輸入、輸出波形

在高頻電子線路中，需要對高頻小信號進行放大。放大的核心仍然是三極管，但是考慮到極間的電容效應(yīng)，所以放大時不僅要有直流偏置，還應(yīng)有調(diào)諧電路。

(1)在Multisim環(huán)境下創(chuàng)建雙調(diào)諧回路放大電路，如圖9-16所示。該電路主要由L1、L2、C3、C4、C5等組成。9.7雙調(diào)諧小信號調(diào)諧放大器

圖9-16雙調(diào)諧放大器原理

(2)運行仿真開關(guān)，可以得到調(diào)諧回路放大器的輸入、輸出波形，如圖9-17所示。

(3)雙調(diào)諧回路放大器比單調(diào)諧放大器的通頻帶寬。用波特儀可顯示出雙調(diào)諧放大器的幅頻特性，如圖9-18所示。

(4)用波特儀還可顯示出雙調(diào)諧放大器的相頻特性，如圖9-19所示。圖9-17輸入、輸出電壓波形圖9-18幅頻特性

圖9-19相頻特性

混頻電路廣泛地應(yīng)用于通信及其他電子設(shè)備中，是超外差接收機的重要組成部分。在發(fā)射設(shè)備中可以用它來改變載波頻率，改善調(diào)制性能。在頻率的合成中，用它可實現(xiàn)頻率的加減運算，得到各種不同頻率。9.8混頻電路在Multisim仿真電路窗口創(chuàng)建如圖9-20所示電路。其中：V1是已調(diào)AM波，載波頻率為200kHz，調(diào)制信號頻率為10kHz；V2是本振信號，頻率是260kHz。在向下的混頻中，輸出中心頻率應(yīng)為200kHz。

運行仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，得到混頻前后波形如圖9-21所示。

觀察混頻前后波形可以看到，輸入、輸出信號只是填充頻率減小了，而包絡(luò)相同。

圖9-20二極管混頻電路

圖9-21混頻前后波形

包絡(luò)檢波器在電子線路中是一種很常用的電路。本節(jié)將利用示波器，觀測包絡(luò)檢波器的檢波作用和失真情況。

二極管包絡(luò)檢波器主要由二極管和RC低通濾波電路組成。二極管導(dǎo)通時，輸入信號向C1充電，充電時常數(shù)為RdC，充電快；二極管截止時，C1向R2放電，放電慢。在輸入信號作用下，二極管不斷導(dǎo)通和截止，直到充放電達到平衡。此時輸出信號跟蹤了輸入信號的包絡(luò)。如果參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器會產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。惰性失真是由于RC過大而造成的。負(fù)峰切割失真產(chǎn)生的原因主要是由于交直流等效電阻不同造成的。9.9二極管包絡(luò)檢波器

(1)在Multisim仿真電路窗口創(chuàng)建如圖9-22所示電路。

(2)運行仿真開關(guān)，在示波器界面觀察AM波形以及解調(diào)波形，如圖9-23所示。

由輸入、輸出波形可以看出，輸出信號跟蹤了輸入信號包絡(luò)的變化情況。

(3)適當(dāng)改變電阻R1的值和輸入信號調(diào)幅度，觀察惰性失真情況下的輸出波形，如圖9-24所示。圖9-22包絡(luò)檢波器電路圖9-23包絡(luò)檢波器輸出波形

圖9-24包絡(luò)檢波器惰性失真波形

如果在非線性器件工作點上作用了兩個交流信號，一個是大信號，一個是小信號，那么可以使用非線性電路的時變分析法進行分析。

(1)構(gòu)建非線性電路的時變分析法仿真電路，如圖9-25所示。其中，V3給二極管提供直流偏置電壓，V1