通信电子线路课程设计集电极调幅电路的设计与仿真.doc

通信电子线路课程设计集电极调幅电路的设计与仿真

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2020年4月19日
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一、课程设计内容
1.课程设计目的：
经过课程设计，使学生加强对通信电子电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决通信电子电路问题的实际本事，真正实现由课本知识向实际能力的转化；经过典型电路的设计与仿真分析，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
2.课题题目
1) 集电极调幅电路的设计与仿真
2) 二极管峰值包络检波电路的设计与仿真
3) 晶体三极管混频电路的设计与仿真
4) 变容二极管调频电路的设计与仿真
二、课程设计要求：
设计课题题目：每位同学根据自己学号除以4所得的余数加一选择相应题号的课题。换题者不记成绩。
要求：掌握集电极调幅电路、晶体二极管峰值包络检波器、晶体三极管混频器与变容二极管调频器的基本原理和电路设计方法；掌握应用OrCAD/Pspice软件对电路进行仿真、分析。
①培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，经过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
②经过实际电路方案的分析比较，设计计算﹑元件选取﹑OrCAD仿真分析等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和仿真方法。
③了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
④培养严谨的工作作风和科学态度。

三、课程设计进度安排
序号
设 计 内 容
所 用 时 间
1
根据课题的技术指标，确定整体方案，并进行参数设计计算
2天
2
根据实验条件进行全部或部分电路的绘制与仿真分析，并完成基本功能
3天
3
总结编写课程设计报告
2天
合 计
1周

四、课程设计说明书与图纸要求
课程设计说明书包括内容：
1.设计任务及主要技术指标和要求。
2.选定方案的论证及整机电路的工作原理。
3.单元电路的设计计算，元器件选择，电路图。
4.整机电路仿真结果（包括偏置点分析、DC扫描、瞬态分析和AC扫描）。
5.列出元件﹑器件明细表。
6.对设计成果作出评价，说明本设计特点和存在的问题，提出改进意见；

目 录
一、课程设计目的和要求 1
目的 1
要求 1
二、设计方案和基本原理 1
设计方案 1
基本原理 2
三、设计电路 4
四、电路仿真 4
五、元器件明细表 6
六、总结 6

集电极调幅电路的设计与仿真

一、课程设计目的和要求
目的：
经过课程设计，使学生加强对通信电子电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决通信电子电路问题的实际本事，真正实现由课本知识向实际能力的转化；经过典型电路的设计与仿真分析，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
要求：
掌握集电极调幅电路、晶体二极管峰值包络检波器、晶体三极管混频器与变容二极管调频器的基本原理和电路设计方法；掌握应用OrCAD/Pspice软件对电路进行仿真、分析。
①培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，经过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
②经过实际电路方案的分析比较，设计计算﹑元件选取﹑OrCAD仿真分析等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和仿真方法。
③了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
④培养严谨的工作作风和科学态度。

二、设计方案和基本原理
设计方案：
调制信号vΩ=vΩcosΩt经低频变压器加在集电极上，并与直流电源电压Vct相串馈；高频载波v0(t)=v0cosω0t经高频变压器加在基极回路中。因为Ω《ω0，可将Vc(t)=Vct+VΩ(t)作为放大器的等效低频供电电源。在调制过程中，V(t)随调制信号vΩ(t)而变化。如果要求集电极输出回路产生振幅按调制信号vΩ(t)规律变化的调幅电压，则应该要求集电极电流的基波分量Ic1m、集电极输出电压Vc(t)变化。由第4章对谐振功放的讨论可知，应使放大器在Vc(t)的变化范围内工作在过压区。此时，输出信号的谐振值就随电源供电电压Vc(t)线性变化；如果输出回路调谐在载波角频率w0上，则输出信号为Vc(t)=Vc(t)cosw0t=[Vct+VΩcosΩt]cosω0t，实现了高电平调幅。

图1 集电极调幅电路原理图

基本原理：
高电频调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。其工作原理是用调制信号控制高频功率放大器的输出功率实现调幅。因此，能够用效率较高、输出功率大的高频谐振功率放大器为基础构成高电平调幅电路。最常见的方法是对功放的供电电压进行调制，功放工作在乙类或者丙类，其输出电路对载频调谐，宽带为调制信号带宽的2倍。
集电极调幅的工作原理是利用某一电极的直流电压从而控制集电极高频电流振幅，经过中心频率谐振在载波频率上，宽带为2Ωmax的谐振回路即可得到已调幅信号，它利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，经过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅，调幅管处于丙类工作状态。

图2 集电极调幅各平均功率

图3 集电极被调丙类放大器中各部分的电流与电压波形
三、设计电路

图4 电路设计图

根据公式f=1/2√LC以及C1=2n,L1=3uH可知，V4频率为2MEG，电路图以原理图为基础，V3为10V；V4的VOFF为-2V，VAMPL为3V，FREQ为2MEG；V5的VOFF为0，VAMPL为6V，FREQ为20KHz。

四、电路仿真

图5 偏置点分析

图6 DC扫描

图7 瞬时分析

五、元器件明细表
元件名
参数
库
V3
10V
SOURCE
V4
Voff=-2V VAMPL=3V FREQ=2MEG
SOURCE
V5
Voff=0V VAMPL=6V FREQ=20KHz
SOURCE
Q2
Q2N2222A
BIPOLAR
C1
2n
ANALOG
L1
3uH
ANALOG
R1
200K
ANALOG
0
0
地

六、总结
本次通信电子线路的课程设计，我们主要学习了常见电路的设计。我的课题是集电极调幅电路的设计与仿真，该内容在上学期所学的通信电子电路教材第六章--调幅、检波、混频--频谱频移电路中有提及。集电极调幅电路是高电平调幅电路中的一种（另一种为基极调幅），其工作原理都是利用改变某以电极的直流电压从而控制集电极高频电流振幅，经过中心频率谐振在载波频率上，宽带为2Ωmax的谐振回路即可得到已调幅信号。高频电路是通信系统，是无线通信设备的重要组成部分，其研究对象是通信系统中的发送设备和接受设备的高频“功能”电路功能的基本组成和原理。对于同一功能电路，能够用不同的器件和不同的电路形式构成，但功能电路的功能和输入信号，输出信号的频谱关系是不会改变的。高频电子线路是在科学技术和生产实践中发展起来的，也只有经过实践才能得到深入的了解，本次课程设计正好提供一个实验平台，坚持理论联系实际，在实践中积累丰富的经验。
在上个学期，我们已经接触过几个类似的电路设计实验，对软件的操作已经非常熟悉，可是对实际的原理却不太懂，很多时候虽然能够做出结果，却不清楚电路的工作原理和所能达到的效果，为了在这次课设中了解该电路，我在网上参考了相关的资料，也在书上详细阅读了集电极调幅电路的介绍，它是经过调制信号控制高频功率放大器的输出功率实现调幅。在了解了大致原理后，我根据书上的原理图，将电路稍作修改，得到了实际的电路设计图，可是所得到的结果和正确结果差距较大，经过和同学的交流和参考老师的模版，最后做出来的设计得出了相似的结果，之因此说相似，是因为实验结果还是有瑕疵，瞬时分析中只显示出上半部分图像，这也是本次实验不足之处。
虽然答辩顺利经过，可是我不禁反思自己，三年来自己究竟学了多少知识，本学期是大三第二学期，即将要步入社会，可是连很多基本元器件的基本工作原理和使用用途都弄不清，这也提醒我在重视理论学习的同时，也要抓住实践，作为工科学生，脱离了实际，理论无法展开应用。
为期一周的通信电子线路课设结束了，作为一名大三学生，做课设的感觉已经和大一大二有了很多不同，少了一点对成绩的盲目追求，多了对自己的考察和自问，在未来的学习中，还是要扎扎实实多学知识多实践，对自己负责，不断进步。最后感谢老师和同一课题的同学对我的帮助！
课程设计评分表

课程名称： 通信电子线路
项 目
评 价
设计方案的合理性与创造性

设计与调试结果

设计说明书的质量

答辩陈述与回答问题情况

课程设计周表现情况

综合成绩

教师签名：

日 期：