课程设计任务书
题目《高频电子线路》课程设计
学院(部) 信息工程学院
专业通信工程
班级通信二班
学生姓名白小慧
学号 240490226 2011.11.28 至2011.12.9 共 2 周
指导教师(签字)
系主任(签字)
课程设计是电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练，该训练通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成。通过动脑、动手解决若干个实际问题，巩固和运用在高频电子线路课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。
本文设计了包括选频网络的设计、三点式振荡器的基础设计以及AM高低电平、DBS、SSB调制解调在内的振幅调制与解调电路的设计。
选频网络应用非常广泛，可以用作放大器的负载，具有阻抗变换、频率选择和滤波的功能；三点式振荡器用于产生稳定的高频振荡波，在通信领域应用广泛；振幅调制解调都属于频谱的线性搬移电路，是通信系统及其它电子线路的重要部件。
在设计过程中查阅了大量相关资料，对所要设计的内容进行了初步系统的了解，并与同学进行了充分的讨论与交流，最终通过独立思考，完成了对题目的设计。实验过程及报告的完成中存在的不足，希望老师给予纠正。
应用的主要软件为Multisim11等。
摘要 (4)
一．设计目的及任务要求： (4)
1.1设计目的 (4)
1.2任务要求 (4)
1.3软件简介 (4)
二．选频网络设计： (5)
2.1理论基础 (5)
2.1电路图及仿真结果分析 (6)
三．三点式振荡器设计： (10)
3.1理论基础 (12)
3.2电路图及仿真结果 (14)
3.3结果分析 (18)
四：AM调制与解调： (19)
4.1理论基础 (19)
4.2电路图及仿真结果 (21)
4.3结果分析 (25)
4.4AM高电平解调电路理论基础 (26)
4.5AM高电平解调电路电路图及仿真结果 (29)
五：DSB调制与解调： (27)
5.1理论基础 (27)
5.2电路图及仿真结果 (28)
七：心得体会： (33)
高频电子线路课程设计
摘要
本次课程设计主要任务是完成选频网络的设计、三点式振荡器的设计这两个基础设计以及调幅解调电路的综合设计。
其中采用LC 并联谐振回路实现谐振频率为1MHz ；对三点式振荡器的构造原则和主要类型进行简明扼要地介绍，采用改进型电容三点式振荡电路完成一定振荡频率的振荡器的设计；充分了解了调幅解调的原理并进行详细说明，在此基础上设计幅度调制和解调电路。
一．设计目的及任务要求：
1.1 设计目的：
培养较为扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；加深对电路器件的选型及电路形式的选择的了解；提高高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；强化使用实验仪器进行电路的调试检测能力。
1.2 设计内容及任务要求：
内容：1.基础设计：(1) 设计一个选频网络(谐振频率=o f ,通频带
=?=7.02f BW )；
(2) 设计一个三点式振荡器（=o f ）。 2. 综合设计：调幅解调电路的设计
(1) 选择合适的调制信号和载波的振幅，频率。
(2) 分别利用高电平调制电路、低电平调制电路实现AM 调幅；设计包络检波器进行AM 调幅的解调，并验证两种失真的条件。
(3) 利用低电平调制电路分别实现DSB 、SSB 调制；利用同步检波方法进行解调。
要求：1.明确系统的设计任务要求，合理选择设计方案及参数计算；
2.利用Multisim2001进行仿真设计；；
3.画出相关的电路图、波形图、频率特性图。
1.3 软件简介：
本次设计将主要使用Multisim11软件进行仿真。Multisim11包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，具有强大的仿真能力，能够快速、高效地对电路进行设计和验证。凭借Multisim ，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE 模拟器模仿电路行为。
一、基础设计：
选频网络设计:
1.选频网络理论基础：
在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范围较宽, 工作频率也较高。同一通信频段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接收机则只选择出所需要的信号进行放大。因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益外, 还应具有选择不同频率的信号的能力，于是便产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两部分组成: 一部分是其核心器件—放大器件。另一部分是用作选择信号的线性选频网络。
A）LC并联谐振选频网络：
1. LC并联谐振选频网络的构成：
LC并联谐振电路如图(a)所示。其中LC并联谐振电路的损耗用电阻R来代表,主要是电感的电阻损耗。下面分析它的谐振频率：
当频率低时容抗大，感抗小，并联电路的特性由电感支路决定；当频率高时容抗小，感抗大，并联电路的特性由电容支路决定。所以无论频率低还是高，LC并联电路均呈现低阻抗，其端电压较低，只有处于低频和高频之间的某一个频率，LC并联电路呈现高的阻抗，其端电压会较高。
图(a) 并联谐振电路图2．谐振频率：
3．谐振阻抗对于谐振频率，LC
阻抗频率特性及相频特性图：
B
图（b ） 串联谐振选频网络 图（c ）串联谐振电路的阻抗频率特性曲线 无论频率低还是高，LC 串联电路均呈现高阻抗，LC 串联电路两端的电压较高，只有处于低频和高频之间的某一个频率，LC 串联电路会呈现较低的阻抗，其两端的电压会较低，
谐振时的阻抗最小： 谐振的角频率为ω02. （1）设计要求： 设计一个选频网络(谐振频率
=
o f 1MHz ,通频带
=
?=7.02f BW 39.5KHz)；
（2）设计方案：高频振荡回路时高频电路中应用最为广泛的无源网络，也是构成高频放大器、
振荡器以及各种滤波器的主要部件，在电路中完成阻抗变换、信号选择与
滤波，相频转换和移相等功能，并可直接作为负载使用。从电路的角度看，它
总是有电感L 和电容C 以串联和并联的形式过程回路。
采用并联谐振回路：有电感与电容简单并联而成，当频率不是非常高时，并联谐振回路的应
用最广。所以本实验采用并联谐振回路设计谐振频率为1MHz 的选频回路，具体设计如下：
电路图如图1.2所示 ：
R
+
--
L R U C
U i
0Z R
=
图1.2 并联谐振回路
（1）下图为此时的波形图：
可以看出输出波形和输入电流源的波形一致，由于P=1/2,输出波形的电压伏值为输入电压的1/2。
输出的波形频谱图如下：
可以在大概1M赫兹，达到峰值，然后在两侧很快衰减为零，具有选频特性，且选频性良好。
谐振频率：w
=,设定为1M；
两个电容串联，电容C1=C1=2nF,则C= 1nF，由已知参数得：电感L=1/(w^2*C) 25.33uH ;
将R折合到回路两端，则电阻为4 KΩ，由公式：
R
Q
wL
=，可以算出
Q=4*1000/(2*3.14*25.33)=25.13
（2）当增大R=1M时，Q值将增大1千倍，同时我们也可以看到输出波形的幅值衰减了5千倍左右，可见谐振时的Q值的增大是以减小它的增益为代价的，图如下
（3）当改变电流源的频率为f=100KHz时，从下图可以看出它的幅值有了较大的衰减：
b.回路的频率响应：
用multisim11仿真如下所示：
结果分析：
从实验结果图可看出，选频网络能选出谐振频率，对其它频率具有幅值上衰减的作用，当负载电阻变大时，选频性变好，但是增益变小。
三点式振荡器设计:
设计要求：设计一个三点式振荡器（=
o
f）。
A)理论基础：
（一）反馈型振荡器的基本工作原理：
1．自激振荡的建立
振荡器在电源开关闭合的瞬间，振荡管的各极电流从零跳变到某一数值，这种电流的跳变在集电极LC振荡电路中激起振荡，由于选频网络是由Q值很高的LC并联谐振回路组成的，带宽极窄，因而在回路两端产生正弦波电U o，该电压通过互感耦合变压器同相正反馈到晶体管的基极回路，这就是最初的激励信号。这种起始振荡信号开始十分微弱，经不断地对它进行放大→选频→反馈→再放大等多次循环，一个与振荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。
2．反馈型自激振荡器的组成
①包含两个（或两个以上）储能元件的振荡回路。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。
②可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。在晶体管振荡器中，这种能源就是直流电源VCC。
③使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。这是由有源器件（晶体管、集成块等）和正反馈电路完成的。
3．振荡器的起振条件
反馈型正弦波振荡器的起振条件是
振幅起振条件
1?F A
相位起振条件
π
?
?n
F
A
2
=
+
其中，A为振荡电路工作点处的电压放大倍数，F为振荡电路的反馈系数。
4．反馈型振荡器的平衡条件
所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。振荡器的平衡条件为
振幅平衡条件
1
= F
A
相位平衡条件
π
?
?n
F
A
2
=
+
式中，A表示平均电压放大倍数。
5.振荡器平衡状态的稳定条件
所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡条件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力。
振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明这一平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。
稳定条件也分为振幅稳定与相位稳定两种。
（1）振幅平衡的稳定条件
形成稳定平衡点的根本原因是在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，工作于非线性状态的有源器件（晶体管、电子管等）正好具有这一性能，因而它们具有稳定振幅的功能。
（2）相位平衡的稳定条件
所谓相位平衡的稳定条件，是指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立，则仍能保持其稳定的振荡。
B)．振荡器：
振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路，本次课程设计主要研究的是LC三点式振荡器，所用的最基本原理如下：
三点式振荡器:：
三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。根据具体元件选择与接法的不同又可以分为电容三点式振荡器（考毕兹振荡器）与电感三点式（哈特莱振荡器）两种，其主要特点如下：
（1）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。反馈系数因与回路电容有关，如果用该变回路的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振。
线路特点：
图3－1 电容三端振荡电路
图3－2（a ）和（b ）分别为电容反馈三端振荡器的典型电路和交流等效电路。由图3－2（b ）可见，它的反馈电压U f 是从电容C 2上获得的，晶体管的三个电极分别与回路电容的三个端点相连接。电路中集电极和基极均采取并联馈电方式。Cb 、Cc 均为隔直电容。
（2）电感三点式：便于用改变电容的方法来调整振荡频率，而不会影响反馈系数，但是反馈电压中高次谐波分量比较多，输出波形差。 线路特点：
图3－2 电感反馈三端振荡电路
图3-1（a ）及（b ）分别为共发电感反馈三端振荡器电路和交流等效电路。它的反馈电压U f 是从电感L2上获得，晶体管的三个电极分别与回路电感的三个端点相连接。 振荡频率：电路的振荡频率为
LC f π
210≈
（3）串联型改进电容反馈互瑞振荡器（克拉泼（Clapp ）振荡器）： 线路特点：
图3－3 克拉泼振荡电路
图3－3（a ）是克拉泼电路的实用电路，图3－3（b ）是其高频等效电路。克拉泼振荡电路的特点是在回路中增加了一个与L 串联的电容C3。各电容取值必须满足C3< 这样可使电路的振荡频率近似只与C3、L有关。 （4）并联型改进电容反馈三端振荡器（西勒（Seiler）振荡器）： 线路特点： 图3－4 西勒振荡电路 图3－4（a）是西勒电路的实用电路，图3－4（b）是其高频等效电路（未考虑负载电阻），由图可知该电路为共基电路。西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感L两端并联了一个小电容C4，且满足C1、C2远大于C3. 三点式LC振荡器，特别是电容反馈式三点振荡器，由于反馈主要是通过电容，可以削弱高次谐波的反馈，是振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于较高波段工作。 C).三点式振荡器的设计： 电路的设计依据及原理图 : A)、三点式振荡器构成原则:（射同余异） 与发射极相连的电抗元件必须是是同性质的（即同是电容或电感），不与射极相连的另一个电抗与它们的性质相反（即若同性抗为电容，则异性抗为电感；或同性抗为电感，异性抗为电容），简称为“射同余异”。 B)、电路分析：在实验中为了减小晶体管极间的影响可采用改进型电容三点式振荡电路，即在振荡回路电感支路中增加一个电容C3，其值比较小，要求C3< 因此振荡频率为：w 荡，放大器的环路增益应该等于1，即AF=1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为C1/C2，所以维持振荡所需的电压增益应该是：A=C2/C1 放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压V op和输入电压Vip来确定，即：A=V op/V ip 设计概述: 本次设计的电路主要由电容振荡电路部分构成。电容振荡电路部分振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。基本放大器和射极跟随器都是由晶体三极管2N2222构成，电路模型如下图： 电容振荡部分： 图3.2.1-电容振荡电路模块 原理图及Multisim10软件仿真： 按照上述原理，总电路图如下3.4所示： 图3.4 电容反馈振荡器总电路图 用测量探针可测得电流值，调节R6，使电流符合要求,工作在合适的直流工作点上。 在上图所示情况下，输出图形为： 输出图形的频谱图为： 只改变C3值，当C3=3PF时，如下图： C3=3000PF时 只改变C1，当C1=30PF时： 当C3=15PF，其它数据为原数据： 可见为增幅振荡。 仿真结果分析： 当电容从C3减小至30pF变化时，观察仿真结果可发现输出波形振荡频率升高，但是波形仍然平滑，为标准正弦波，无失真； 增大电容C3至3000pF后，观察仿真结果可发现输出波形振荡频率减小，但是波形仍然平滑，为标准正弦波，同样无失真。 当改变C1时同样也可以看到频率发生改变。 这证明了电容三点式正弦波振荡器可以用改变电容的方法来调整振荡频率，而不会影响反馈系数，在很高振荡频率状态下输出波形也能保持很好。 但当电容C3减少到一定值时，如图中的15pf，输出波形为增幅振荡，如上图所示。同时从频谱图中可以看出输出的波形具有多个频率分量，不过谐振频率的幅值就大。要获得好的单正弦波需要滤波。 二、综合设计：调幅解调电路的设计 所谓调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。解调则是调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。 调制原理：振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地说，是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其他参数（频率、相位）不变。这是使高频振荡的振幅再有消息的调制方法。调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。当输入的调制信号有直流分量时，称为AM调制；没有直流分量时，称为双边带调制（DSB调制）。 1.AM调制: AM调幅指的是用需要传送的信息（低频调制信号）去控制高频载波的振幅，使其随调制信号线性变化。其原理如图1所示， 若设载波为u C (t)=U C cosωC t，调制信号为单频信号，即uΩ(t)=UΩcosΩt,， 普通调幅信号为：u AM(t) = Uc(1+m cos Ωt)cosωc t 普通调幅波的波形和频谱图如图2所示： 图2 AM调幅波形与频谱 由图可知，频率的中心分量就是载波分量，他与调制信号无关，不含消息，而两边分量则以载频为中心对称分布，两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比，边频相对于载的位置取决于调制信号的频率，这说明调制信号的幅度及频率消息只包含于边频分量中。 高低电平调制： 被调放大器如果使用小功率小信号调谐放大器,称为低电平调幅;反之,如果使用大功率大信号调谐放大器,称为高电平调幅。 1、基极调幅电路 载波信号经过高频变压器加到的基极上,低频调制信号通过一个电感线圈L 与高频载波串联,由于晶体管的ic=f(ube)关系曲线的非线性作用,集电极电流ic 含有各种谐波分量,通过集电极调谐回路把其中调幅波选取出来,基极调幅电路的优点是要求低频调制信号功率小,因而低频放大器比较简单。其缺点是工作于欠压状态,集电极效率较低,不能充分利用直流电源能 量。 2、集电极调幅电路 低频调制信号从集电极引入,由于它工作于过压状态下,故效率较高但调制特性的非线性失真较严重,为了改善调制特性,可在电路中引入非线性补尝措施,使输入端激励电压随集电极电源电压而变化,例如当集电极电源电压降低时,激励电压幅度随之减小,不会进入强压状态;反之,当集电极电源电压提高时,它又随之增加,不会进入欠压区,因此,调幅器始终工作在 弱过压或临界状态,既可以改善调制特性,又可以有较高的效率. 采用低电平调制设计: (1)普通调制信号为 : ()20*cos(2**106*)y t t π=∧mv 载波为：()30*cos(2**107*)y t t π=∧mv (2).调幅电路如下图所示： 图4.1 AM 低电平调制电路 调幅波形如下： 图4.2 两信号源的原始输入数据 图4.3 AM 低电平调制波形图
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