基于multisim的調幅電路仿真

曹樹偉，鮑曉娟

（1.赤峰學院 物理與電子信息工程學院；2.赤峰學院 遠程教育學院，內蒙古 赤峰 024000）

1 引言

multisim是一款板級的模擬、數字電路板設計軟件.它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力.在電子信息工程專業(yè)學科教學過程中有著廣泛的應用.本文針對高頻電子線路中二極管平衡調幅電路和三極管集電極調幅電路進行仿真.使復雜抽象的調幅電路變得更直觀易于理解.同時在軟件中可以方便的設置和更改輸入信號的參數，從而得到不同的輸出結果.便于研究分析電路的工作原理和工作性能.由示波器的輸出波形可以方便的分析出調幅波的一些相關參數.

2 調幅電路原理

2.1 調幅概念

用待傳輸的低頻基帶信號去控制高頻載波信號的振幅變化的調制方式即為振幅調制電路.簡稱調幅電路.調幅電路又有普通調幅（AM）、抑制載波雙邊帶調幅（DSB）、單邊帶調幅（SSB）等.其中普通調幅波是基本的，其他調幅信號都可由其演變而來.

2.2 普通調幅波的表示式

設載波信號為:uc(t)=Ucm(ωct)

調制信號為:uΩ(t)=UΩm(ωΩt)

則普通調幅信號表示式為:

其中ka是由調制電路決定的比例常數.ma=為調幅系數或調幅度，表示載波振幅受調制信號控制的程度.

抑制載波雙邊帶調幅信號表達式為：

單邊帶調幅信號表達式為：

2.3 調幅電路

調幅電路按輸出功率的高低，可以分為低電平調幅電路和高電平調幅電路.低電平調幅電路是將調制和功率放大分開，調制在低電平級實現，然后經線性功率放大器放大，達到要求的功率后再發(fā)射出去.目前這種調制方式常用的實現電路有二極管平衡調幅電路和雙差分對模擬相乘器電路.高電平調幅是將調制和功放合在一起.調制后的信號不需要再放大就可以直接發(fā)送出去.其常用的實現電路有基極調幅和集電極調幅.

3 仿真電路及輸出波形

3.1 二極管平衡調幅電路

二極管平衡調幅電路可以實現普通調幅、雙邊帶調幅和單邊帶調幅.屬于低電平調幅電路，其輸出功率和效率不做重點要求，主要要求其有良好的調制線性度，即要求調制電路的已調輸出信號應不失真的反應輸入低頻調制信號的變化規(guī)律.對于雙邊帶和單邊帶調幅，還要有較強的載波抑制能力.本仿真電路以雙邊帶調幅為例.

二極管平衡調幅仿真電路如圖一，電路主要由四個二極管 D1、D2、D3、D4構成橋式平衡電路.在4、6節(jié)點和0節(jié)點之間，5、7節(jié)點和11節(jié)點之間本別由變壓器T1、T2加入高頻載波和低頻調制信號.其中由4節(jié)點和0節(jié)點之間加入高頻載波V1，其表示式可以寫成Uc(t)=707cos(2×105πt)mV.6節(jié)點和0節(jié)點之間與此高頻載波幅值頻率相同，但相位相反.由5節(jié)點和11節(jié)點之間加入低頻調制信號V2，其表示式可以寫成 UΩ(t)=35.35cos(2×103πt)mV.7節(jié)點和11節(jié)點之間與此低頻調制信號幅值頻率相同，但相位相反.滑動變阻器R1，R2構成調節(jié)電路，分別由鍵盤A鍵和B鍵控制其阻值增加，shift+A和shift+B分別控制其阻值減小.電阻R3、C1、L1構成負載選頻諧振回路.示波器XSC2的A通道接4節(jié)點，顯示輸入高頻載波信號波形，B通道接5節(jié)點，顯示輸入低頻調制信號波形，C通道接11節(jié)點，顯示輸出已調信號波形.

圖1

在示波器上可得到ABC三通道對應波形（如圖2至圖5）.每幅波形圖從上而下均有三個波形，均分別對應ABC通道，記為A波形、B波形、C波形.圖二示波器界面中A波形，即輸入高頻正弦波載波信號，其特點是振幅大小不變，為一恒定值.頻率較高，為100KHz.其沿時間軸坐標值展開時，如圖3中A波形所示正弦波.圖2中B波形，即低頻調制信號，為單頻正弦波.其頻率遠遠低于載波，為1KHz.圖2中C波形為已調波波形，其特點是頻率和載波相同.此點可由圖3中A、C波形對比而得證.相同時間坐標下，兩標尺間A、C波形均為10個周期波形.但已調波振幅隨低頻基帶信號UΩ(t)變化而變化.由圖1中B、C波形對比可以得出.其沿時間軸展開為圖3中C波形.對比圖4中A波形振幅，即載波振幅為±175.6mV，圖2中B波形振幅，即調制信號振幅為±8.8mV，圖5中C波形振幅，即已調波最大振幅為±33.8nV，可知調制電路效率不高.輸出以調波電平非常低.需要經過線性放大才能輸出.

圖2

圖3

圖4

圖5

3.2 三極管集電極調幅電路

三極管集電極調幅屬于高電平調幅電路.主要用于產生普通調幅波.這種調制通常在丙類諧振功率放大器中進行，它可以直接產生滿足發(fā)射功率要求的已調波.三極管集電極調幅電路如圖六，由NPN型晶體三極管構成功率放大電路.集電極由R1、C1、L1構成諧振回路做負載.在晶體管基極回路加入高頻載波信號：Uc(t)=1.06cos(2×106πt)V和反相偏置0.1V直流電源.在集電極回路加入低頻調制信號：UΩ(t)=4cos(2×103πt)V和12V的直流電壓源.示波器A通道接電路中的3節(jié)點，顯示輸入高頻載波信號波形.示波器B通道接電路中的1節(jié)點，顯示低頻調制信號波形.示波器C通道接電路中的2節(jié)點，顯示已調波信號波形.

圖6

圖7

圖8

仿真結果如圖7、圖8所示，在圖7、圖8示波器波形顯示界面中，每個界面從上到下的三個波形分別對應ABC三個通道，記為A波形，B波形，C波形.由圖7中C波形所示，已調波為普通調幅波.其已調波波形包絡變化與B波形的調制信號變化完全對應.由圖8中C波形和A波形對比可知，已調波頻率與高頻載波頻率相同，相位相反.因為交流通路，中本電路為共射電路，所以AC波形互為反相.由圖8中標尺所標AC波形，高頻載波振幅約為1V，已調波信號振幅約為12V.圖7中B波形所示，低頻載波振幅約為4V.對比圖5和圖8中C圖波形，可知二極管平衡調幅電路已調波輸出振幅電壓為nV數量級，而三極管集電極調幅電路已調波輸出振幅為V數量級.所以前者是低電平調幅，而后者是高電平調幅.

4 總結

4.1 關于multisim軟件

通過上述仿真過程及仿真結果，我們可以看出，multisim是一款功能非常強大的軟件.通過它可以方便的實現電路構建及仿真.同時本軟件元器件庫中提供了大量的虛擬元器件以及虛擬儀器，如虛擬電阻、電容、電感、二極管、三極管等虛擬元件以及虛擬萬用表、函數信號發(fā)生器、示波器、頻率計等虛擬儀器.為電子學習者提供了一個非常方便的實驗平臺.可以自己設計電路并進行仿真驗證.

4.2 關于調幅電路

調幅電路是廣播發(fā)射中非常重要的電路之一，也是高頻電子課程中的重要學習內容，以往的學習中理論知識理解起來比較抽象，難于入門理解.本文通過構建調幅電路并進行仿真，在示波器輸出相應波形，通過對比分析輸入的低頻調制信號，高頻載波以及輸出已調波的波形振幅，頻率等參數，將調幅原理，調幅電路，輸入輸出信號有機的結合在一起.大大的增加了學習的興趣和效率.為電子信息專業(yè)內容學習方法提供一個參考途徑.

〔1〕胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2010.

〔2〕張新喜，許軍，王新忠，等.Multisim 10電路仿真及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

〔3〕張肅文.高頻電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，1979.

〔4〕郭鎖利，劉延飛，李琪，等.基于M ultisim的電子系統(tǒng)設計、仿真與綜合應用（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2012.