基于Multisim10的高频调谐放大电路1解读.docx
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基于Multisim10的高频调谐放大电路1解读
第27卷第2期2010年2月
机 电 工 程
JournalofMechanical&ElectricalEngineering
Vol.27No.2
Feb.2010
收稿日期:
2009-07-06
作者简介:
崔文华（1977-,女,山东乳山人,主要从事高频电路方面的研究.E2mail:
hillarycwh@yahoo.com.cn
基于Multisim10的高频调谐放大电路
崔文华
（嘉兴学院机电工程学院,浙江嘉兴314001
摘 要:
针对高频调谐放大电路传统分析方法较难的问题,采用Multisim10,可方便地比较仿真数据和真实数据。
大以得到调谐电容的方法;对电路输出频率、、的放大和选频;分析了负载和结电容C。
研,关键词:
Multisi.;;高频电子线路中图分类号:
:
A文章编号:
1001-4551（201002-0107-04
HighfrequencyresonantamplifierbasedonMultisim10
CUIWen2hua
（CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,JiaxingUniversity,Jiaxing314001,China
Abstract:
Aimingatthehigh2frequencytunedamplifiercircuitdifficultlydesignedbytraditionalmethods,thesimulationdataandrealdatawereeasilycomparedbyMultisim10.Thesuitablecomponentsoftheamplificationwereselectedbyparametricscanninganalysis.Tuningcapacitorofthefrequency2selectionwasgottenbymeasuringthemaximumoutputvoltage.Emulationanalysiswasconductedforfrequency,voltagegainandband2pass,indicatingthatthemulti2inputsmallsignalamplificationandfrequencyselectionwereaccomplished.ByanalyzingloadresistanceandjunctioncapacitanceCbc,methodsofhighqualityandstabilitywereproposed.Theresultsindicatethatthedesignmethodisreasonableandperformanceindicatorsmeetthedesignre2quirements.Keywords:
Multisim10.0;tunedamplifier;parametricscanning;virtualexperiment;highfrequencycircuits
0 引 言
高频小信号调谐放大电路应用十分广泛,主要用于接收机前端部分。
该电路所需基础知识多、理论抽象、概念复杂、数学公式和推导多,分析方法上多采用非线性分析法进行动态分析,因此对该电路的性能分析难度很大。
Multisim10.0是美国国家仪器公司下属的ElectronicsWorkbenchGroup发布的交互式SPICE仿真和电路分析软件的最新版本,专门用于原理图捕获、交互式仿真、PCB设计和集成测试,它可以进行射频、PSPICE、VHDL、MCU等方面的仿真。
该平台将虚拟仪器技术的灵活性扩展到了电子设计者的工作台上,弥补了测试与设计功能之间的缺口。
使用Multi2sim10.0对调谐电路分析能够非常方便地比较仿真数据和真实数据,
规避设计上的反复,减少原型错误并缩短产品上市时间。
本研究主要探讨基于Multisim10的高频调谐放大电路的分析和设计。
1 高频调谐放大电路原理
1.1 电路组成框图
高频调谐放大电路主要功能是从多高频信号中选出并放大输出特定频率的信号,因此该电路的设计主要包含3部分:
信号输入部分、信号放大部分和选频输出部分。
信号输入部分可采用天线加变压耦合产生多频率的小信号;放大部分采用高频小功率管,选择合适的外围元件使晶体管工作于放大状态;输出端采用部分接入的抽头式选频回路作负载的放大器,选出有用信号抑制无用频率并实现阻抗匹配。
组成框图如图1所示。
图1 组成框图
1.2 电路仿真图
信号输入部分:
V1~V
4
为经过耦合变压之后产生
的多高频小信号;放大部分:
晶体管Q
1
R5、R6为偏置
电阻,R
3
为直流负反馈电阻,起稳定静态工作点作用,C4为旁路电容;选频输出部分:
R1为大电阻,避免自激
振荡并减小回路的Q值,C
3
和变压器构成选频回路[1];电源部分:
电源内阻容易影响高频电路的工作,电源下端要接去耦电路,以减少干扰,提高放大器的性能;仿真电路图如图2所示。
图2 高频调谐放大电路仿真图
2 元件参数选择
电路的放大和选频部分是设计的关键,元件参数选择决定了该电路的功能能否实现。
放大部分主要调节阻值使晶体管工作于放大状态,选频部分调节可变电容使电路处于谐振状态。
2.1 放大部分元件选择
该电路为放大电路,应选择合适的电阻使晶体管静态工作点工作于放大状态。
首先,确定电阻R
7
=1kΩ,R6=6.8kΩ,Multi2sim10.0提供参数扫描功能[2]（Parmatersweep,当元件的值在一定范围内变化,对电路的直流工作点会产
生影响。
选择R
5
作为分析对象,电阻的变化范围从12kΩ~20kΩ选择8个点进行直流分析,观察基极2点和发射极3点的输出电压,仿真分析结果经整理如表1所示。
发射极电流I
E
一般选择1mA左右,则发射极3
点电压V
3
≈103×10-3≈1V,根据参数扫描输出结果
分析,R5可以选择阴影部分的阻值,该电路选择R5的
值为17.8kΩ。
选定电阻值之后,通过DCoperation
point分析该
电路静态工作点,得仿真分析结果为:
V
2
=1.62074,V3=1.05080,V8=5.00000V。
表1 参数扫描输出结果
R5/ΩV2/VV3/V
120002.12221.5421713142.91.999951.4220614285.71.891161.3153215428.61.79371.219831641.1.1339717311.05632.1.060.985795581.487960.9214609
结果分析:
V
BE
=V1-V3=0.57V,VCE=V8-V3=3.9V,说明晶体管发射结正极偏置,集电极正向偏置,
工作于放大状态,R
5
的值满足设计要求。
2.2 选频部分元件选择
该电路要求输出46.5MHz的高频信号,当LC回路的频率与输入信号频率相同时,为谐振状态,此时输出信号振幅达到最大值。
选择L
1
=58.3nH,固定电容值为180pF,可变电容的值为30pF,改变可变电容值,当可变电容百分比
调节为51%时,R
L
的输出交流电压值最大值为95.738mV,此时该电路处于谐振状态。
经上述调整,放大部分R
5
的值为17.8kΩ,工作于放大状态,选频回路可变电容调节为15.3pF时,工作于调振状态。
3 性能分析
电路中的电阻、电容、电感以及晶体管在高频电路中会产生高频特性[3],频率对电路的影响很大,因此放大电路的技术用数学方法分析时非常复杂而且难懂,通过仿真可直观地查看波形输出,测量中心频率,计算增益、通频带、选择性等技术指标。
3.1 输出信号波形与增益
图3 输入、输出波形图谐振时输入、输出波形如
图3所示。
输入信号为多个高频信
号的叠加,有效值为3.57mV;
输出信号为单一频率,有效值
为95.738mV,通过输入信号
和输出信号的比较可知该电
路可以完成从多信号中选择
单一信号的选频功能;根据电
压增益公式Av=V
输出
/V输入=95.738/3.57=25.5,该
・
8
1
・机 电 工 程第27卷
电路有放大功能。
由以上分析可知该电路可以完成选频与放大功能。
3.2
谐振频率
通过频率波特图观察幅频特性曲线,可得出输出增
益最大时的频率为谐振频率,幅频特性曲线图如图4所示。
为了准确估算谐振频率,本研究选择扫频频率从30MHz起始,50MHz,
由图4可知:
58d时,输出信号
频率为46.44546.445MHz的单一信号。
3.3 通频带计算
通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
当不同频率信号作用于电路时,产生的相位差不同,回路的电压或者电流将会产生频率失真,为了减小这种失真,必须使信号的频带处于谐振曲线变化比
较均匀的部分[4]
。
通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
幅频曲线清单分析图如图5所示。
图5 幅频曲线清单分析
规定输出最大振幅0.707（衰减3dB以内的频带即为该谐振电路通频带。
图5中,谐振时最大输出30.58dB,y1=27.6068dB,y2=27.6454dB,y1,y2为衰
减3dB的点,对应的x1为下限频率46.0920MHz,x2为上限频率46.9486MHz,dx为通频带856.6556kHz。
经分析可知:
46.0920MHz~46.9486MHz的信号可通过该电路,通频带为0.856MHz。
3.4 相频特性分析
回路的电流或端电压对各个频率所产生的相移不同,因高频电路元件的非线性原因容易对不同频率的信号产生相位失真。
相频特性描绘输出信号与输入信号
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