【正文】 們學習電子技術帶來了極大的方便，當你學會和掌握了一款優(yōu)秀的電子仿真軟件，就相當于你擁有了一件具有世界先進水平的實驗室，電子元器件種類豐富，虛擬儀器品種齊全，可以隨意調(diào)用在虛擬仿真的電子平臺上搭建電路進行虛擬仿真實驗，這種先進的方法已經(jīng)成為新世紀學習電子技術的一種重要輔助手段，更代表著新世紀學習電子技術的時代潮流。仿真軟件的出現(xiàn)，極大地改變了傳統(tǒng)的實驗模式。根據(jù) Multisim 仿真理解高頻電路的具體內(nèi)容，并且通過理解內(nèi)容，深一步理解調(diào)幅收音機的工作原理，并根據(jù)工作原理在計算機中進行仿真。并且經(jīng)過對基礎概念的理解，深入分析調(diào)幅收音機的工作原理。畢 業(yè) 設 計基于 Multisim 的高頻電路的建模與計算機仿真分析學 院 名 稱： 新華學院 專 業(yè) 名 稱： 電子信息工程 年 級： 2020 級 學 生 學 號： 12020247260 學 生 姓 名： 鄒靜 指 導 教 師： 湯全武 申 請 日 期： 202054 寧夏大學新華學院本科學位論文摘 要 由于高頻電路在生活實際應用中有很大的作用，因而也是通信系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。通過介紹這幾部分的基礎應用和基本原理,利用電子設計工具軟件 Multisim 對電路從方案選擇、單元電路設計、元器件參數(shù)選取等方面進行具體設計分析，同時對電路進行仿真測試，通過仿真結(jié)果分析電路特性，得出結(jié)果使電路得到進一步完善。 根據(jù)論文所要求設計的基于 Multisim 的高頻電子線路的建模與計算機仿真,必須熟悉 Multisim 軟件的操作使用方法，熟練建立各種設計仿真電路, 并能快速準確地對電路性能進行仿真分析。 電子類人才的培養(yǎng)很大程度上是建立在實驗和實訓基礎上的，需要在實踐中積累經(jīng)驗，提高能力。 國內(nèi)外研究綜述 歷史已經(jīng)跨入 21 世紀，電腦已經(jīng)走進尋常百姓家，在新的世紀里，學習電子技術已經(jīng)離不開計算機。寧夏大學新華學院本科學位論文1 因此,隨著數(shù)字電路的高速發(fā)展,對高頻電路的理論不但沒有削弱,反而提出了更高的要求。隨著計算機技術的飛速發(fā)展計算機輔助分析與仿真技術為高頻電路功能的分析與驗證開辟了一條快捷、高效的新途徑。寧夏大學新華學院本科學位論文22 高頻電路的有關基礎概念 高頻電路 高頻電路是由無源元件、有源器件和無源網(wǎng)絡組成的。 建模 建模的概念 使用計算機描述一個系統(tǒng)的行為。 應用程序和數(shù)據(jù)建模是為應用程序確定、記錄和實現(xiàn)數(shù)據(jù)和進程要求的過程。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現(xiàn)實世界的某一層次的問題做出決策。如此迭代地進行，直到認為這個模型已滿足試驗者對客觀系統(tǒng)的某一層次的仿真目的為止。 計算機仿真 計算機仿真是應用電子計算機對系統(tǒng)的結(jié)構、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過程和行為進行動態(tài)性比較逼真的模仿。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統(tǒng)（尤其是復雜系統(tǒng)）的重要工具。3．multisim 10 為 NI 電子學教育平臺提供了一個強大的基礎，NI 電子學教育平臺也包括 NI ELVIS（教學實驗室虛擬儀器套件）原型工作站和 NI LabVIEW，它給學生提供了貫穿電子產(chǎn)品設計流程的全面的動手操作經(jīng)驗。7．multisim 10 有豐富的幫助功能，其幫助系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更重要是是包含元器件的解說，有利于使用 EWB 進行 CAI 教學。電路中晶體管的輸出有線圈抽頭以電感分壓式接入回路，負載 RL通過降壓變壓器與諧振回路相耦合，從而減少了晶體管輸出阻抗和負載對諧回路的影響。 將晶體管用小信號電路模型代入圖 312，則得如圖 313 所示電路。23 453因此可將 Gm i，G 0、C 0、R L 折算到諧振回路 13 端，可得圖 314 寧夏大學新華學院本科學位論文5路模型。由于諧振頻率 f0 附近很窄的頻率范圍內(nèi)，晶體管的放大特性頻率變化不大，因此，單調(diào)諧放大電路的增益頻率特性決定于 LC 并聯(lián)諧振特性。寧夏大學新華學院本科學位論文7圖 316 調(diào)出可變電容器（2）雙擊可變電容圖標，將彈出對話框“Value ”選項頁的“Capacitance”欄修改為“” ；將“Increment ”欄修改為“1% ”，如圖 317 所示；然后切換到“Label ”選項頁，將它設置為“C2” ，最后單擊對話框右下角的“OK”按鈕退出。”電感，如圖 318 所示，將它們調(diào)出放置在電子平臺上。開啟仿真開關，調(diào)整可變電容器的百寧夏大學新華學院本科學位論文9分比約為 17%左右，此時 LC 回路處于諧振狀態(tài)，虛擬萬用表顯示的交流電壓數(shù)據(jù)最大為，如圖 3111 所示，將虛擬萬用表的數(shù)據(jù)填入表 311 中。 2．測調(diào)諧放大器的回路諧振曲線 （1）恢復發(fā)射極電阻等于 1kΩ，調(diào)出虛擬波特儀和虛擬函數(shù)信號發(fā)生器（虛擬函數(shù)信號發(fā)生器可以不做任何設置） ，如圖 3112 所示連好仿真測試電路。312 調(diào)諧放大器輸出電壓測試（二） ｆ(MHz) 5 7 8 9 10 12 13 14 15 17R3=10kΩ ( R3=2kΩ 寧夏大學新華學院本科學位論文11V) R3=470Ω 15 （2）根據(jù)表 312 數(shù)據(jù)在坐標紙上畫出調(diào)諧放大器的頻率特性曲線，并計算出它的通頻帶。 正弦波振蕩器 正弦波振蕩器的工作原理 從結(jié)構上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡的正反饋放大器。 2. RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡（文氏橋）振蕩器寧夏大學新華學院本科學位論文12 電路型式如圖 322 所示。? 電路特點： 選頻特性好，調(diào)頻困難，適于產(chǎn)生單一頻率的振蕩。 若要求輸出頻率調(diào)節(jié)范圍較寬：選擇電感反饋振蕩器；寧夏大學新華學院本科學位論文13 若要求頻率較高：常采用克拉潑、西勒電路。同時希望電流放大系數(shù) β 大些，這既容易振蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。在短波范圍，C 一般取幾十至幾百皮法，L 一般取 至幾十微亨。寧夏大學新華學院本科學位論文14圖 325 雙 T 選頻網(wǎng)絡正弦波振蕩器振蕩波形 結(jié)果分析 R22KΩ，輸出不能起振，在能起振的前提下，隨著 R2 的增大，波形嚴重失真，則說明反饋太強。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。甲類寧夏大學新華學院本科學位論文15放大器電流的流通角為 360176。乙類和丙類都適用于大功率工作。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。這就是戊類放大器。例如，自 20 至 20200 Hz，高低頻率之比達 1000 倍。中心頻率越高，則相對頻寬越小。這樣，它可以在很寬的范圍內(nèi)變換工作頻率，而不必重新調(diào)諧。根據(jù)電流導通角的不同，功率放大器分為甲類、乙類、丙類等，電路由饋電電路、輸入匹配、輸出匹配及級間耦合 4 部分組成。電路原理如圖 331 所示。LC2 組成一級調(diào)諧回路，LRC4 組成的部分在丙類功率放大器基極處產(chǎn)生負偏壓饋電壓，R7 為射級反饋電阻，調(diào)整 R7 可改變丙類功率放大器的增益。集電極可選擇連接不同的負載。當 LC7 處諧振頻率與從甲類功率放大器集電極獲得的放大輸出正弦信號的頻率一致時，丙類功率放大器工作于諧振狀態(tài)，集電極將獲得最大的電壓增益，達到功率放大的目的。C6(最大值取 30 pF)用來微調(diào)調(diào)諧回路的諧振頻率，保證丙類功率放大器的輸入信號產(chǎn)生諧振。此外，C5 為射極旁路電容，有效地控制了由于射極電阻 RR4 而引起電壓增益下降的問題。 Q2 射極電阻由 RR7 組成，取 R6 = 51Ω，R7 最大值為 1kΩ ，通過調(diào)節(jié) R7 改變丙類功率放大器增益，R7 取值不宜過大，否則會降低增益。3 個電阻的取值差異較大是為了后面仿真測試丙類功率放大器的特性做準備。 8．仿真測試及結(jié)果分析 （1）甲類功率放大器的調(diào)諧測試寧夏大學新華學院本科學位論文18 改變基極輸入正弦信號的頻率，當取 f =1/(2π/RC)≈ (LC2 回路諧振頻率) 時，集電極獲得最大的電壓增益，這時再改變靜態(tài)偏置電阻 RR4 的大小可獲得更大的電壓增益[2]。此時，接在集電極處的示波器上可看到放大輸出信號，如圖 332 所示。 圖 332 丙類功率放大器的工作狀態(tài)測試 （3）測試調(diào)諧特性 調(diào)整參數(shù)使電路正常工作，保持功率放大器管的輸入信號為 2V(P2P)左右，不接負載電阻，改變輸入信號從 8MHz～20MHz，輸出電壓值如表 1 所示。寧夏大學新華學院本科學位論文19 混頻器 混頻器的工作原理 混頻電路又稱變頻電路，其作用是將已調(diào)信號的載頻變換成另一載頻，變換后新載頻的調(diào)制類型（如調(diào)制頻率、調(diào)頻等）和調(diào)制參數(shù)（如調(diào)制頻率、調(diào)制系數(shù)等）均不改變。 由于混頻電路能不失真地將輸入已調(diào)信號的頻譜 ω c 搬移到 ω I 位置上，從頻譜觀點來看，混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，因此能用乘法器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種搬移。如圖 342 所示。其中：A 通道用來觀察原載波信號 =150KHz；B 通道用來觀察調(diào)幅信號 us（t） ；C 通道cf用來觀察本振信號 uL（t） ； D 通道用來觀察混頻信號 uI（t） 。 調(diào)幅（振幅調(diào)制）是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其振幅按調(diào)制信號的規(guī)律而變化，調(diào)制是一個非線性過程?，F(xiàn)在設 載波電壓為： （351) ??tUtuccmc?os?寧夏大學新華學院本科學位論文23 調(diào)制電壓為： (352)tUEumc????os 上兩式相乘為普通振幅調(diào)制信號。高頻載波信號電壓 uc（t）（圖中的 V2）加到Y(jié) 輸入端口；直流電壓 U3（圖中的 V3）和低頻調(diào)制信號 uΩ（t）（圖中的 V1）加到 X輸入端口，仿真運行圖 351 電路，可得輸出電壓波形如圖 351（b），滿足式（351）關系。 （a）乘法器組成的抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路寧夏大學新華學院本科學位論文25（b）抑制載波雙邊帶調(diào)幅仿真輸出波形 圖 352 乘法器組成的抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路 結(jié)果分析 單頻調(diào)制信號仍是等幅波但它與原載波電壓是不同的。這種接收機中，在高頻放大器和中頻放大器之間須增加一級變換器，通常稱為變頻器，它的根本任務是把高頻信號變換成固定中頻。一般的超外差式收音機組成方框圖如圖 411 所示。它的作用是初步選取接收系統(tǒng)要接收的某一載波信號，以盡量少的損耗傳送到下一級，并抑制接收頻率以外的一切干擾信號。衡量此電路性能的指標主要有電壓放大倍數(shù)（或電壓增益） 、通頻帶和選擇性。圖 421 低頻及功率放大仿真圖 （2）低頻及功率放大電路的仿真波形圖如圖 422 所示。圖 424 中放 檢波電路仿真波形圖（一） 說明：上圖為中放檢波電路的輸入部分仿真波形圖，輸入信號經(jīng)中放后明顯放大。圖 425 混頻電路的計算機仿真圖寧夏大學新華學院本科學位論文30 （2）混頻電路的仿真波形圖如圖 426 所示。我們無時無刻不在與高頻電路打交道。對于我是很好的一款軟件，今后可以利用它對更多的實驗進行仿真分析，更好的理解知識本身所體現(xiàn)的價值。設計一共分為五章，每章節(jié)都有特定的步驟和分類。高頻單元電路的建模與計算機仿真分析，把高頻電路有關的五大塊做了計算機仿真，分別有調(diào)諧放大器、正弦波振蕩器、高頻功率放大器、混頻器和調(diào)幅與解調(diào)。通過畢業(yè)設計基于 multisim 的高頻電路的建模與計算機仿真分析，我更深入的理解了高頻電路的內(nèi)容和概念，并且對于其它部分的理解，我對調(diào)幅收音機這個貼切我生活的電器有了更好的理解。福建：福建師范大學數(shù)學與計算機科學學院，10022376(2020)11 0003 04【2】王希成, 程永進,陳遠金。北京：高等教育出版社， 【4】程勇。鄖陽: 鄖陽師范高等?？茖W校 2 卷第 3 期 【6】 朱昌平,高遠。哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社， 2020。模擬電子技術實驗。Multisim 10 計算機虛擬仿真實驗室[M]。從課題的選擇到項目的最終完成，湯老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。 在設計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!謝謝你們!