高頻課程設計---基于multisim的高頻電子線路設計與仿真

1、<p>　　高頻電子線路課程設計</p><p>　　題 目：基于Multisim的高頻電子線路設計與仿真</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　本接收系統(tǒng)，以模擬乘法器為核心，接收部分由本機振蕩，混頻電路，晶體振蕩電路，小信號放大，鑒頻電路等模塊組成。在設計過程中，采用模塊化的設計方法，并使用了ED

2、A工具軟件，在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取，提高了設計效率。方案的優(yōu)點是電路簡單、器件易得、大大提高了電路的可行性。</p><p>　　關鍵詞: 調頻接收機；鑒頻電路；仿真</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章

3、 概 述1</b></p><p>　　第二章 窄帶調頻接收機原理介紹2</p><p>　　2.1 接收系統(tǒng)原理框圖2</p><p>　　2.2 高頻小信號放大電路3</p><p>　　2.3 混頻電路3</p><p>　　2.4 晶體振蕩器電路4</p><p>

4、;　　2.5 鑒頻電路4</p><p>　　第三章 設計要求5</p><p>　　3.1 目的及意義5</p><p>　　3.2主要技術指標和要求6</p><p>　　3.3 內容和要求6</p><p>　　第四章 開發(fā)平臺簡介7</p><p>　　第五章 詳細設計及仿真

5、9</p><p>　　5.1 高頻小信號放大器電路設計及仿真9</p><p>　　5.2 混頻電路設計及仿真10</p><p>　　5.3 晶體振蕩電路設計及仿真11</p><p>　　5.4 鑒頻電路設計及仿真11</p><p><b>　　總 結15</b></p

6、><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　隨著社會經濟的迅速發(fā)展和科學技術的全面進步，計算機事業(yè)的飛速發(fā)展，以計算機與通信技術為基礎的信息系統(tǒng)正處于蓬勃發(fā)展的時期。隨著經濟文化水平的顯著提高，人們對生活質量及工作軟件的要求也越來越高。在當今電子設計領域

7、，EDA設計和仿真是一個十分重要的設計環(huán)節(jié)。在眾多的EDA設計和仿真軟件中，EWB軟件以其強大的仿真設計應用功能，在各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設計中得到了較廣泛的應用。EWB軟件及其相關庫包的應用對提高學生的仿真設計能力，更新設計理念有較大的好處。</p><p>　　EWB（電子工作平臺）軟件，最突出的特點是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是EWB軟件的一大特色。它采用直觀的圖

8、形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。EWB軟件所包含的虛擬儀表有：示波器，萬用表，函數發(fā)生器，波特圖圖示儀，失真度分析儀，頻譜分析儀，邏輯分析儀，網絡分析儀等。</p><p>　　本次課程設計主要是利用EWB軟件來設計和仿真信號調頻接收機系統(tǒng)電路。</p><p>　　第二章 窄帶調頻接收機原理介紹&l

9、t;/p><p>　　2.1 接收系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　無線通信(或稱無線電通信)的類型很多，可以根據傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無線通信系統(tǒng)，其設備組成和復雜度雖然有較大差異，但它們的基本組成不變，圖2-1是無線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。</p><p>　　圖2-1 無線電通信系統(tǒng)基本組成框圖</p><p>　　圖

10、中虛線以下部分為接收設備（收信機）, 天線及天線開關為收發(fā)共用設備。信道為自由空間。</p><p>　　接收機由調諧電路、變頻器、中頻放大器、檢波器、音頻放大器等部分電路組成。</p><p>　　調諧電路是將空中眾多的電磁波中選出我們所需要的電臺。</p><p>　　變頻器是將天線接收到的電磁波和本機振蕩信號混合后產生一個中頻信號，然后送入中頻放大器進行放大。

11、</p><p>　　鑒頻器是將放大后的中頻信號將聲音信號從電磁波中分離出來，也叫解調，是調制的反過程。音頻信號經過音頻放大器放大后通過喇叭發(fā)出聲音。</p><p>　　由上面的例子可以看出接收機電路的基本內容應該包括：</p><p>　　（1）高頻小信號放大電路</p><p><b>　?。?）混頻電路</b>&

12、lt;/p><p>　?。?）晶體振蕩器電路</p><p><b>　　（4）鑒頻電路</b></p><p>　　2.2 高頻小信號放大電路</p><p>　　高頻小信號諧振放大器的功用就是放大各種無線電設備中的高頻小信號。高頻小信號諧振放大電路主要用于接收機的高頻放大器和中頻放大器中，功用就是放大各種無線電設備中的高

13、頻小信號。</p><p>　　高頻小信號調諧放大器的電路由晶體管和LC諧振回路組成。</p><p>　　晶體管工作在線性區(qū)，可看成線性元件，可用有源四端網絡參數微變等效電路來分析。</p><p>　　圖2-2　 高頻小信號放大電路</p><p><b>　　2.3 混頻電路</b></p><

14、p>　　混頻，又稱變頻，也是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號的頻率由一個量值變換為另一個量值的過程，但在變換后，信號的頻譜結構不變。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。</p><p><b>　　圖2-3 混頻器</b></p><p><b>　　設輸入已調波信號：</b></p><p><b&

15、gt;　　本振信號：</b></p><p>　　那么兩信號的乘積項為：</p><p>　　則經帶通濾波器的輸出為：</p><p>　　一般用混頻器產生中頻信號，混頻器將天線上接收到的信號與本振產生的信號混頻，當混頻的頻率等于中頻時，信號可以通過中頻放大器，被放大后，進行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進行放大，然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率

16、隨著時間變化，因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。</p><p>　　模擬乘法器能夠完成兩個信號的相乘，在其輸出中都會出現(xiàn)混頻所要求的的差額，然后利用濾波器取出該頻率分量，即完成了混頻。</p><p>　　2.4 晶體振蕩器電路</p><p>　　石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器做濾波元件構成的振蕩器，其振蕩頻率有石英晶體諧振器決定。與LC諧振回路

17、相比，石英晶體諧振器具有很高的標準性和極高的品質因數，因此石英晶體振蕩器具有很高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和穩(wěn)頻措施后，石英晶體振蕩器可以達到--的頻率穩(wěn)定度。在儀器、通信設備中都有廣泛的應用。石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　圖2-4 石英晶體等效電路</p><p><b>　　2.5 鑒頻電路</b></p><p&

18、gt;　　從調頻波中"檢出"原來調制信號的過程稱為調頻波的解調,又叫鑒頻。實現(xiàn)鑒頻的電路稱為鑒頻器,也叫頻率檢波器。</p><p>　　鑒頻器使輸出電壓和輸入信號頻率相對應的電路。用于調頻信號的解調，常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。</p><p>　　斜率鑒頻器原理電路圖如圖2-5（a）。其中，晶體管和L

19、C回路實質上是一個調諧放大器，但回路的諧振頻率f0與已調頻信號的中心頻率fc是失諧的。一旦已調頻信號的瞬時頻率發(fā)生變化,放大器就輸出一個與之相對應的調幅-調頻波(圖2-5（b））。經二極管檢波處理，即可在負載RL上得到與原調制信號變化規(guī)律相同的輸出。斜率鑒頻器的電路比較簡單，但回路失諧時其諧振特性曲線不是直線，因而鑒頻特性的線性較差。</p><p>　　圖2-5 斜率鑒頻器原理電路及特性</p>

20、<p>　　第三章 課程設計任務要求</p><p><b>　　3.1 目的及意義</b></p><p>　　高頻電子線路已成為現(xiàn)代通信的基礎，它廣泛應用在廣播、電視、衛(wèi)星、移動等通信領域。調制與解調方式有多種，如調幅、調頻、調相等，其中角度調制具有話音傳送質量高，抗干擾性好等優(yōu)點而被廣泛應用。角度調制屬于非線性調制，即調制后信號的頻譜不再是調制前信

21、號頻譜的線性搬移，而產生出很多新的頻率成分。當調頻指數------，則稱為寬帶調頻。1930年發(fā)現(xiàn)，WBFM占用頻帶寬，曾被認為不經濟，甚至被認為無應用價值。</p><p>　　1936年，阿姆斯特朗認識到了WBFNM具有消除噪聲的優(yōu)良性質，證明了它的使用價值。其次高頻諧振功率放大電路也是高頻電路的基礎知識之一。</p><p>　　本次課設的目的就是通過學習和掌握電路設計和仿真軟件的基

22、礎上，按要求設計一個高頻電子線路并仿真，綜合應用所學知識，進行一次比較全面的訓練，為今后的學習和工作積累經驗。</p><p>　　此外，該題目還涵蓋了«通信原理»、«電路分析»、«模擬電子»等主要課程的知識點，學生通過該題目的設計過程，可以初步掌握各種元器件工作原理和電路設計、開發(fā)原理，得到系統(tǒng)的訓練，提高解決實際問題的能力。</p>&

23、lt;p>　　3.2主要技術指標和要求</p><p>　　學習和掌握調頻和鑒頻電路設計方法，熟悉相關元器件的工作原理和基本參數，設計一個調頻及鑒頻電路。學習并掌握電路設計仿真軟件的基本操作等。主要包括：</p><p>　　1、調頻和鑒頻電路原理分析；</p><p><b>　　2、電路設計；</b></p><p

24、><b>　　3、電路分析；</b></p><p>　　4、仿真結果和分析。</p><p>　　3.3 課程設計的基本要求</p><p>　　1、學習掌握調頻信號的調制與鑒頻電路原理：</p><p>　　包括：1）頻率調制信號電路的分析；</p><p>　　2）鑒頻電路的分析。&l

25、t;/p><p>　　2、學習和初步掌握電路設計仿真軟件：</p><p>　　包括：1）原理圖設計的基本操作；</p><p>　　2）電路仿真的基本操作。</p><p>　　要求：會用電路仿真軟件仿真基本的電原理圖</p><p>　　3、對調頻和鑒頻電路進行仿真，繪制其電路圖：</p><p&g

26、t;　　包括：1）調頻和鑒頻電路的設計；</p><p>　　2）電路仿真及結果分析。</p><p>　　3.4 課程設計說明書與圖紙要求</p><p>　　1、查閱文獻資料，一般在4篇以上；</p><p>　　2、分析課設題目要求，嚴格按照課設任務書的要求，完成課程設計任務；</p><p>　　3、完成課程設

27、計說明書，不少于8000字。</p><p>　　主要包括：中文摘要150字；關鍵詞3到5個；正文內容應包括：前言、基本原理、課程設計內容、設計步驟及主要內容的記錄、結果以及對結果做出評價，說明設計的特點和存在的問題，提出改進意見、心得體會、參考文獻、致謝等；</p><p>　　4、認真詳細填寫過程記錄中的各項內容。</p><p>　　第四章 開發(fā)平臺簡介<

28、;/p><p>　　隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，電子產品已與計算機緊密相連，電子產品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產品的更新周期卻越來越短。</p><p>　　Multisim 10是加拿大 Interactive Image Technologies公司 2001 年推出的 Multisim 最新版本?？梢栽O計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數字電路、射頻

29、電路及部分微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路。</p><p>　　它有豐富的元件庫，為用戶提供元器件模型的擴充和技術 ；虛擬測試儀器儀表種類齊全，其操作方法與實際儀器十分相似 ；具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極

30、點分析、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法，基本上能滿足一般電子電路的分析設計的要求 ；提供了多種輸入輸出接口，Multisim2001 可以與國內外流行的印刷電路板設計自動化軟件Protel及電路仿真軟件Pspice之間的文件接口，也能通過Windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進行編輯排版，同時還支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設計。</p><p>　　Multisim 10 把所

31、有的元件分成13類庫，再加上放置分層模塊、總線、登錄網站共同組成元件工具欄。</p><p>　　Multisim 10提供了18種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標將其拖至菜單的下方，呈水平狀。</p><p>　　Multisim 10具有以下特點:</p><p>　　(1)Multisim 10是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件

32、。其元器件庫提供數千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數可以從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此可以很方便地在工程設計中使用。</p><p>　　(2)Multisim 10 的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測

33、量儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。</p><p>　　(3) Multisim 10 具有較詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等，以幫助設計人員分析電路的性能。</p><p>　　(4) Multisim10.0可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬

34、電路、數字電路、射頻電路及部分微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的過程中還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數據。</p><p>　　Multisim10是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件和儀器儀表

35、，實現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。 Multisim10是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，該軟件為電子工程師提供了一個電路設計與仿真平臺，不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件spice兼容，而且具有較強的 VHDL和 Verilog設計與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點；它豐富的元件庫中提供了超過16000個組件，全部采用世紀模型，確保了仿真結果的真實性和實用性；它采用開放式的庫管理模式，

36、能自動地生成模擬和數字組件模型，這對新器件的補充十分有利。multisim10.0的虛擬測試儀器種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。</p><p>　　Multisim10.0具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和

37、頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。</p><p>　　Multisim10.0 可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數字電路、射頻電路及微機接口電路等；可以對被仿真的電路中的元器件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿

38、真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數據等。</p><p>　　第五章 詳細設計及仿真</p><p>　　5.1 高頻小信號放大器電路設計及仿真</p><p>　　高頻小信號諧振放大電路主要由晶體管、負載、輸入信號和直流饋電等部分電路組成。如圖5-1所示電路，晶體管基極為正偏，工作

39、在甲類，負載為LC并聯(lián)諧振回路，調諧在輸入信號的頻率465kHz上。該放大電路能夠對輸入的高頻小信號進行反相放大。</p><p>　　在Multisim窗口中，從示波器上觀察到輸入與輸出波形，如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-1 高頻小信號放大電路</p><p>　　圖5-2 小信號放大電路輸出波形</p><p>　　5.

40、2 混頻電路設計及仿真</p><p>　　模擬乘法器能夠完成兩個信號的相乘，在其輸出中都會出現(xiàn)混頻所要求的的差額，然后利用濾波器取出該頻率分量，即完成了混頻。模擬乘法器混頻器電路如圖5-3所示，其輸出波形如圖5-4所示。與三極管混頻器電路相比較，模擬乘法器混頻器的優(yōu)點是：輸出電流頻譜較純，可以減少接收系統(tǒng)的干擾；允許動態(tài)范圍的信號輸入，有利于減少交調、互調的干擾。</p><p>　　圖

41、5-3 模擬乘法器混頻器</p><p>　　圖 5-4 模擬乘法器混頻器</p><p>　　5.3 晶體振蕩電路設計及仿真</p><p>　　在Multisim 10 仿真軟件的電路窗口中，創(chuàng)建如圖5-5所示的晶體振蕩電路，從示波器中觀察到輸出波形如圖5-6所示。</p><p>　　圖5-5　石英晶體振蕩器電路</p>

42、<p>　　圖5-6 石英晶體振蕩器輸出波形</p><p>　　5.4 鑒頻電路設計及仿真</p><p>　　電路中有兩個單失諧回路斜率鑒頻器，當等幅的調頻波Vs同時加到兩個共發(fā)射極單失諧回路鑒頻器晶體管的基極時，晶體管輸出端的并聯(lián)諧振回路L1、C6和L2、C7的諧振頻率分別為f01和f02。它們對稱地處于調頻波的載頻——中心頻率fo的兩邊。設f01> f0>

43、; f02，這樣，當輸入信息是調頻波時，Q1集電極輸出的調頻—調幅波形。它的特點是頻率高時幅度大，頻率低時幅度小。Q2的集電極輸出的是調頻——調幅波形。它的特點是頻率高時幅度小，頻率低時幅度大。A、B兩點間輸出電壓為VC8－VC9。</p><p>　　圖5-7 斜率鑒頻電路</p><p>　　圖5-8 鑒頻電路上半部分波形</p><p>　　圖5-9 鑒

44、頻電路下半部分波形</p><p>　　圖5-10 斜率鑒頻電路輸出波形</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。</p><p>　　此次課程設計主要針對信號

45、接收電路提出自己的設計方案，并利用仿真軟件來實現(xiàn)自己的設計電路圖。設計中用到了高頻小信號電路，混頻電路，晶體振蕩電路，鑒頻電路等在高頻電子線路課程中學到的知識。由于對所學電路不熟悉，導致在設計的過程中無法畫出正確的電路圖，算不出電路中元器件的參數，使得在設計過程中繞了許多彎路，做了許多的無用功。</p><p>　　設計過程中查閱了大量的有關高頻電子線路設計的書籍，鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所

46、沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合的必要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟跟平時的理論還是存在著很大的差異，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不

47、夠深刻，掌握得不夠牢固。總之，通過這次課程設計之后，我發(fā)現(xiàn)自己的不足之處還很多，我下去以后一定把以前所學過的知識重新溫故。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 《高頻電路原理與分析》主編：曾興雯 劉乃安 陳健 西安電子科技大學出版社</p><p>　　[2] 《通信電子線路》主編：劉泉 武漢理工大學