高频电路实验及Multisim仿真汇总讲课稿.doc

高频电路实验及Multisim仿真汇总

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实验一 高频小信号放大器
一、 单调谐高频小信号放大器
图1.1 高频小信号放大器

1、 根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp；

2、 通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益Av0。
4.325
输入波形：

输出波形：

3、 利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。

4、 改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~Av相应的图，根据图粗略计算出通频带。
f0(KHz)
65
75
165
265
365
465
1065
1665
2265
2865
3465
4065
U0 (mv)
0.977
1.064
1.392
1.483
1.528
1.548
1.457
1.282
1.095
0.479
0.840
0.747
AV
2.736
2.974
3.899
4.154
4.280
4.336
4.081
3.591
3.067
1.341
2.352
2.092

5、 在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。
二、下图为双调谐高频小信号放大器
图1.2 双调谐高频小信号放大器

1、 通过示波器观察输入输出波形，并计算出电压增益Av0
输入端波形：

输出端波形：

V1=19.512mV V0=200.912mV Av0=V0/V1=10.197
2、 利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。

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实验二 高频功率放大器
一、高频功率放大器原理仿真，电路如图所示：(Q1选用元件Transistors中的 BJT_NPN_VIRTUAL)
图2.1 高频功率放大器原理图
1、集电极电流ic
（1）设输入信号的振幅为0.7V，利用瞬态分析对高频功率放大器进行分析设置。要设置起始时间与终止时间，和输出变量。

（2）将输入信号的振幅修改为1V，用同样的设置，观察ic的波形。
（提示：单击simulate菜单中中analyses选项下的transient analysis...命令，在弹出的对话框中设置。在设置起始时间与终止时间不能过大，影响仿真速度。例如设起始时间为0.03s，终止时间设置为0.030005s。在output variables页中设置输出节点变量时选择vv3#branch即可）

（3）根据原理图中的元件参数，计算负载中的选频网络的谐振频率ω0，以及该网络的品质因数QL。根据各个电压值，计算此时的导通角θc。（提示根据余弦值查表得出）。

87.8
2、线性输出
（1）要求将输入信号V1的振幅调至1.414V。
注意：此时要改基极的反向偏置电压V2=1V，使功率管工作在临界状态。同时为了提高选频能力，修改R1=30KΩ。
（2）正确连接示波器后，单击“仿真”按钮，观察输入与输出的波形；
输入端波形：

输出端波形:
（3）读出输出电压的值并根据电路所给的参数值，计算输出功率P0，PD，ηC；
输出电压：12V；
二、 外部特性
1、 调谐特性，将负载选频网络中的电容C1修改为可变电容（400pF），在电路中的输出端加一直流电流表。当回路谐振时，记下电流表的读数，修改可变电容百分比，使回路处于失谐状态，通过示波器观察输出波形，并记下此时电流表的读数；
谐振时，C=200pF，此时电流为：-256.371
输出波形为：

将电容调为90%时，此时的电流为-256.389mA。 波形图如下：

2、负载特性，将负载R1改为电位器（60k），在输出端并联一万用表。根据原理中电路图知道，当R1=30k，单击仿真，记下读数U01，修改电位器的百分比为70%，重新仿真，记下电压表的读数U02。修改电位器的百分比为30%，重新仿真，记下电压表的读数U03。
R1(百分比)
50%
70%
30%
U0
8.443V
8.131V
8.159V
（1） 比较三个数据，说明当前电路各处于什么工作状态？
当电位器的百分比为30%时，通过瞬态分析方法，观察ic的波形。

3、振幅特性，在原理图中的输出端修改R1=30KΩ并连接上一直流电流表。将原理图中的输入信号振幅分别修改为1.06V， 0.5V，并记下两次的电流表的值，比较数据的变化，说明原因。
V1(V)
0.7
1.06
0.5
Ic0
12.678uA
18.185uA
8.842uA
1、 倍频特性，将原理图中的信号源频率改为500KHz，谐振网络元件参数不变，使电路成为2倍频器，观察并记录输入与输出波形，并与第2个实验结果比较，说明什么问题？通过傅里叶分析，观察结果。
（提示：在单击Simulate菜单中中Analyses选项下的Fourier Analysis...命令，在弹出的对话框中设置。在Analysis Parameters标签页中的Fundamental frequency中设置基波频率与信号源频率相同，Number Of Harmonics 中设置包括基波在内的谐波总数，Stop time for sampling 中设置停止取样时间，通常为毫秒级。在Output variables页中设置输出节点变量）

和第二个实验相比，输出波形产生了一定程度的失真。
傅里叶分析图：

实验三 正弦波振荡器
一、正反馈LC振荡器
1）电感三端式振荡器
通过示波器观察其输出波形，并说明该电路的不足
3.1 电感三端式振荡

不足：振荡器的输出功率很低，输出信号是非常微小的值，未达到振幅起振条件。

2）电容三端式振荡器
（a） （b）
3.2 电容三端式振荡器
（1）分别画出（a）（b）的交流等效图，计算其反馈系数
（2）通过示波器观察输出波形，与电感三端式振荡器比较
电路（a）的输出波形：

电路（b）的输出波形：

比较：电容三点式反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近正弦波，电感三点式反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形差。3）克拉泼振荡器
3.3 克拉泼振荡器

（1） 通过示波器观察输出

（2） 在该电路的基础上，将其修改为西勒振荡器，并通过示波器观察波形

希勒振荡器

输出波形：

二、晶体振荡器

（a）
(b)
3.4 晶体振荡器

（1）（a）（b）分别是什么形式的振荡器？
（a）是并联型型晶体振荡器，（b）是串联型单管晶体振荡器电路。
（2）通过示波器观察波形，电路的振荡频率是多少？
电路波形图如下：由图可得T=2.339ms，则f=1/T=427.5Hz

整体趋势

部分趋势

（1） 振荡器的电路特点？电路组成？
答：并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，它和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体管相连，工作原理和三点式振荡器相同，只是把其中一个电感元件换成晶体。串联型晶体振荡器中晶体以低阻抗接入电路，晶体相当于高选择性的短路线，通常将石英晶体接在正反馈支路中，利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，电路反馈作用最强，满足起振条件。
（2） 并联型和串联型晶体振荡器中的晶体分别起什么作用？
在并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体相连。
在串联型晶体振荡器中，晶体起到控制频率的作用。

实验四 调制
一、AM调制
1、低电平调制
1）二极管平衡调制电路
图4.1 二极管平衡调制AM电路
（1） 观察电路的特点，V1，V2中哪一个是载波，哪一个是调制信号？
V1是载波信号，V2是调制信号
（2） 通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；

Vmax=100.946mV Vmin=89.606mV
Ma=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=(100.946-89.606)/(100.946+89.606)=0.059
2）模拟乘法器调制电路
图4.2 模拟乘法器调制AM电路
（1） 通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；

Ma=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=(2.874-0.494)/(2.874+0.494)=0.706
（2） 乘法器原则上只能实现DSB调制，该电路为什么可以实现AM调制？
答：因为该电路将一个直流电源与交流电源串联，之后又与另一个交流电源并联，所以它可以实现AM
3）集电极调幅电路
图4.3 集电极调幅AM电路
（1） 通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；

（2） 将电路中的V4去掉，R1=30Ω，再通过示波器观察输出波形，通过瞬态分析，观察集电极电流波形说明此时电路是什么工作状态？（注意：在设置输出变量时，选择vv3#branch即可）
工作在过电压状态

电流波形：

4）基极调幅电路
图4.4 基极调幅AM电路
（1） 通过示波器观察电路波形，并计算电路的调幅系数ma；

（2） 将电路中的V4去掉，R1=30Ω，再通过示波器观察输出波形，并通过瞬态分析，观察集电极电流波形说明此时电路是什么工作状态？

瞬态分析结果：

电压不停的在放大饱和截止区循环。
二、DSB调制
1）二极管平衡调制
图4.5 二极管平衡调制DSB电路
（1） 通过示波器观察波形

（2） 与图4.1比较电路的变化；从理论上分析该电路实现DSB调制的原理；
在传输前将无用的载波分量抑制掉，仅发送上，下两个边频带从而在不影响传输信息的情况下，节省发射功率，实现DSB调制。
2）乘法器调制
图4.6 乘法器调制DSB电路
（1） 通过示波器观察波形

（2） 与图4.1比较电路的变化；从理论上分析该电路实现DSB调制的原理；

思考：
（1）下图是二极管调制电路，与图4.1比较，这两个电路的区别，从理论上分图4.7
析该电路实现的是AM调制还是DSB调制？
答：在V1=V2大于0时，D1工作在导通状态，D2处于截止状态，V1=V2小于0时，D2工作在导通状态，D1处于截止状态，V3为大信号，V1=V2为小信号，该电路实现的是DSB调制。
实验五 检波
一、包络检波器
1、二极管峰值包络检波器电路
图5.1 二极管包络检波电路
（1） 通过示波器观察输入输出的波形
输入波形：

输出波形：

输入输出在同一窗体中显示：

（2） 修改检波电路中的C1=0.5μF，R1=500KΩ，再观察输入输出波形的变化，说明这种变化的原因；
输入波形:

输出波形：

输入输出在同一窗体中显示：

原因：由于过大，导致时间常数太大，在一段时间内输入信号电压总是低于电容C上的电压，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号的控制，而是取决于放电，产生了惰性失真。
（3） 在图5.1中修改输入调制信号V1的调制系数ma=0.8，再观察输入输出波形的变化，说明这种变化的原因；

原因：不产生惰性失真的条件是，当增大时则会使电容C的惰性减小，使得解调信号更接近包络变化。
2、同步检波
1）模拟乘法器同步检波
图5.2 乘法器解调DSB电路
（1） 通过示波器观察7和9节点的波形

2）二极管平衡电路同步解调
图5.3 二极管平衡电路解调DSB
（1） 通过示波器观察节点9和3的波形，并说明是什么信号？

（2） 将图5.3中的A1，V3，V4去掉，换成AM信号源，振幅为0.35V,载频为50kHz，调制信号频率为0.5 kHz，调制系数为0.5。再通过示波器观察两个节点的波形。同步检波是否可以解调AM波？

同步检波可以解调AM波。