鄭 文

(濱州學(xué)院航空工程學(xué)院　山東 濱州　256603)

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基于Multisim調(diào)幅發(fā)射機(jī)的仿真與分析*

鄭 文

(濱州學(xué)院航空工程學(xué)院山東 濱州256603)

調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成低頻信號對高頻載波的調(diào)制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波．本文以高頻電子線路為基礎(chǔ)，以調(diào)制電路、功率放大電路為單元，完成了調(diào)幅發(fā)射機(jī)的電路搭建，并用Multisim軟件對單元電路進(jìn)行了仿真．仿真分析表明，所搭建單元電路能實(shí)現(xiàn)其基本功能，符合調(diào)幅發(fā)射機(jī)的要求．

高頻Multisim調(diào)幅發(fā)射機(jī)

1　引言

19 世紀(jì)末迅速發(fā)展起來的以電信號為消息載體的通信方式，稱為現(xiàn)代通信系統(tǒng)，即無線通信系統(tǒng)[1]．無線通信具有方便、不受距離和周圍地理環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注．無線通信系統(tǒng)包括無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大．

簡易調(diào)幅發(fā)射機(jī)的機(jī)構(gòu)如圖1所示．高頻信號源作為載波，音頻信號源可以是語音，可以是音樂，也可以是固定的單音頻．高頻信號與音頻信號經(jīng)幅度調(diào)制后變?yōu)檎{(diào)幅波，然后送往高頻功放，經(jīng)高頻功放放大后，通過天線發(fā)射出去．

圖1　簡易調(diào)幅發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖

Multisim軟件是一款基于Windows的仿真軟件，由美國國家儀器(NI)有限公司所推出，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室，其特點(diǎn)是圖形界面操作，易學(xué)、易用，快捷、方便，真實(shí)、準(zhǔn)確，能夠?qū)﹄娐穲D進(jìn)行軟件連接，具有較為強(qiáng)大的仿真能力，廣泛應(yīng)用于電子電路的演示和實(shí)驗(yàn)課程[2]．高頻電子電路作為電子信息工程專業(yè)的重要專業(yè)課，是理論性和技術(shù)性要求很強(qiáng)的一門課程．高頻電子線路實(shí)驗(yàn)是對理論學(xué)習(xí)的有力補(bǔ)充，但受實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響[3]，很難達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果．利用Multisim搭建的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行仿真分析，符合實(shí)踐教學(xué)的需要[4]．

本文通過Multisim軟件搭建了由幅度調(diào)制電路和高頻功率放大電路構(gòu)成的簡易調(diào)幅發(fā)射機(jī)，并對各功能電路的相關(guān)性能進(jìn)行仿真測試．

2　振幅調(diào)制電路

振幅調(diào)制就是用低頻信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號成正比地變化．由于集成電路的發(fā)展，集成模擬乘法器得到廣泛的應(yīng)用，本電路采用MC1496集成模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅之功能．

2.1模擬乘法器MC1496

模擬乘法器MC1496[5]是構(gòu)成調(diào)幅器的核心器件，但在Multisim的元件庫中沒有，首先創(chuàng)建該電路作為子電路，在以后應(yīng)用中可以隨時(shí)調(diào)用．

圖2　MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示．MC1496是一種四象限模擬乘法器，電路中采用了以反極性方式連接的兩組差分對，且這兩組差分對的恒流源管又組成了一個(gè)差分對，稱為雙差分對模擬乘法器．

2.2振幅調(diào)制電路

以模擬乘法器MC1496為核心構(gòu)成的振幅調(diào)制電路如圖3所示.

圖3　振幅調(diào)制電路

圖3中，Q1～Q4的輸入端即乘法器8與10引腳間接高頻載波信號，差動(dòng)放大器Q5與Q6的輸入端即1與4引腳間接音頻信號，雙差動(dòng)放大器的兩集電極即6與12引腳分別經(jīng)集電極電阻R6與R8接到正電源+12V上，并從6與12引腳間取出已調(diào)信號．電位器R14用來調(diào)節(jié)1與4引腳間的平衡，電位器R2用來調(diào)節(jié)8與10腳間的平衡．晶體管Q1為射極跟隨器，以提高振幅調(diào)制器的帶負(fù)載能力．

2.3調(diào)幅電路仿真

通常所要傳送的信號(如語言、音樂等)的波形是很復(fù)雜的，包含了許多頻率成分．為簡化分析手續(xù)，在本文中分析調(diào)制時(shí)，可以認(rèn)為信號是正弦波形．因?yàn)閺?fù)雜的信號可以分解為許多正弦波分量，因此，只要已調(diào)波能夠同時(shí)包含許多不同調(diào)制頻率的正弦調(diào)制信號，復(fù)雜的調(diào)制信號也就如實(shí)地被傳送出去了．設(shè)置調(diào)制信號為單頻信號，頻率為1kHz；高頻載波信號幅值300mV，頻率為6.3MHz，運(yùn)行仿真開關(guān)，打開示波器觀察窗口，可得仿真輸出調(diào)幅波如圖4所示．

圖4　幅度調(diào)制電路輸出波形

設(shè)置調(diào)制信號幅度為300mV，仿真輸出波形如圖4(a)所示．從圖中可以看出該輸出為普通調(diào)幅波，已調(diào)波的振幅同調(diào)制信號有相同的變化規(guī)律，即載波振幅隨調(diào)制信號的規(guī)律變化．

調(diào)整調(diào)制信號幅度為1 500mV，其他參數(shù)不變，仿真輸出波形如圖4(b)所示．從圖中可以看出，已調(diào)波振幅變化與調(diào)制信號不一致，產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，這種情況稱為過調(diào)失真，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免．

3　功率放大電路

高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出[6]．

3.1功率放大電路

圖5　高頻功率放大電路

高頻功率放大電路如圖5所示．高頻功率放大電路由兩級放大器組成，Q1是前置放大級，工作在甲類線性狀態(tài)，以適應(yīng)較小的輸入信號電平，由于該級負(fù)載是電阻，對輸入信號沒有濾波和調(diào)諧作用，因而既可作為調(diào)幅放大，也可作為調(diào)頻放大．Q2為次級放大器，令R5開路，可構(gòu)成丙類高頻功率放大電路，其基極偏置電壓為零，通過發(fā)射極上的電壓構(gòu)成反偏．因此，只有在在載波的正半周且幅度足夠大時(shí)才能使功率管導(dǎo)通．其集電極負(fù)載為LC選頻諧振回路，該選頻回路由L3,C4,C5構(gòu)成，諧振在載波上以選出基波，因此可以獲得較大的功率輸出．當(dāng)輸入信號為調(diào)幅波時(shí)，調(diào)幅波在波谷時(shí)幅度較小，Q2將不能導(dǎo)通，導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重失真．因此，輸入信號為調(diào)幅波時(shí)，R5接入回路，即Q2工作在甲類狀態(tài)．

3.2功率放大電路仿真

將前級幅度調(diào)制電路，即圖4(a)所示信號作為該級功放輸入信號，輸出端接虛擬示波器，以顯示輸出信號．調(diào)節(jié)調(diào)諧回路可變電容參數(shù)，使回路調(diào)諧在6.3MHz，得到輸出信號波形如圖6所示．

圖6　高頻功率放大電路輸出波形

從圖6可以看出，輸出信號仍為普通調(diào)幅波，調(diào)制規(guī)律不變，信號幅度增大，實(shí)現(xiàn)功能要求，可將此信號通過天線有效輻射．

4　結(jié)論

利用Multisim軟件搭建了由幅度調(diào)制電路和高頻功率放大電路構(gòu)成的調(diào)幅無線電發(fā)射機(jī)，并對發(fā)射機(jī)各功能單元的性能進(jìn)行了仿真測試．仿真分析表明，由MC1496構(gòu)成幅度調(diào)制器，改變調(diào)制信號幅度，可改變輸出已調(diào)波信號調(diào)制度；高頻功率放大電路在不失真的情況下可有效增大信號幅度，基本實(shí)現(xiàn)功能電路基本要求．

1曾興雯，劉乃安，陳建.高頻電路原理與分析(第四版).西安：西安電子科技出版社，2006

2任丹.基于Multisim的高頻功率放大器特性分析.遼寧學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011,18(2)：114～117

3馬英.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱利弊的思考.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007,5(2)：93～94

4鄭文.基于Multisim的高頻功率放大器仿真分析.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014,12(1)：22～23

5王旭.模擬乘法器MC1496的應(yīng)用研究.電子測試，2015(8)：46～50

6龍珍，牟雪嬌,等.收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的制作.電子制作，2015(6)：54

2016-03-09)

*濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：BZXYSYXM201102作者簡介：鄭文(1982-)，女，碩士，講師，從事電子與通信的教學(xué)與研究工作.