基于Multisim的单失谐振幅鉴频电路仿真

苗 倩，侯洪庆，于传强

（第二炮兵工程大学，陕西西安 710025）

基于Multisim的单失谐振幅鉴频电路仿真

苗 倩，侯洪庆，于传强

（第二炮兵工程大学，陕西西安 710025）

利用Multisim软件对单失谐振幅鉴频电路进行仿真分析，通过改变电路元件参数，对比分析了感性失谐和容性失谐波形的特点，以及二极管包络检波器正常检波情况、惰性失真现象。通过仿真实验，可以生动、直观地展现仿真结果，增强学生的感性认识，加深学生对概念和原理的理解。实践证明，这种教学方法有利于调动学生的学习积极性和主动性，明显改善了教学效果。

单失谐振幅鉴频电路；Multisim；高频电子线路

鉴频器又称频率解调器，它的作用就是把已调波信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现频率－电压转换。最简单的鉴频方法就是振幅鉴频器，或称斜率鉴频器。振幅鉴频器的基本原理是把等幅调频波通过频率－幅度线性变换网络，变换成振幅与频率都随调制信号而变化的FM－AM波，然后通过包络检波器根据FM－AM波的包络变化，还原出原调制信号［1－3］。

最简单的振幅鉴频器是单失谐回路振幅鉴频器。这部分内容理论性、实践性都很强，传统教学中只是注重理论知识的讲解，比较抽象，学生很难掌握，教学效果比较差［4－8］。笔者将Multisim仿真软件引入振幅鉴频器教学中，把抽象的问题通过仿真简单化、形象化，增强学生的感性认识，加深学生对概念和原理的理解［9－10］。

1 单失谐振幅鉴频器工作原理

单失谐振幅鉴频器的原理电路和波形如图1所示。电路中的频率－幅度变换器就是LC并联谐振回路。

图1 原理电路和波形图

如果把并联谐振回路的谐振频率fp选得高于FM波的载波频率f0时，对FM信号而言，将工作在并联谐振回路的感性失谐区。工作在感性失谐区的并联谐振回路，其幅频特性曲线有一段以载频f0为中心的倾斜区，如图2所示。

图2 幅频特性曲线

当FM波的电流流过回路时，不同的瞬时频率回路失谐阻抗大小不同，因此LC回路的端电压是一调频－调幅波，其电压振幅UFM－AM将随FM波的瞬时频偏Δf（t）而变化。当f（t）＞f0时，回路失谐小，回路输出电压振幅UFM－AM大；当f（t）＜f0时，回路失谐大，回路输出UFM－AM小。当FM波的瞬时频率随调制信号调变时，回路阻抗的失谐度也随之调变，使回路输出电压振幅受调变，它的包络变化规律即可反映出调制信号的变化。再通过包络检波器进行振幅检波，便可还原出原调制信号，完成鉴频过程。如果把并联谐振回路的谐振频率fp选得小于FM波的载波频率f0时，对FM信号而言，将工作在并联谐振回路的容性失谐区，其实现频率－幅度变换与感性失谐时类似。

2 单失谐振幅鉴频电路实现

图3是单失谐振幅鉴频电路。uFM－AM是幅值为11 V、中心频率为1．1kHz、调制信号频率为90Hz的输入调频波。L1和C1组成并联谐振回路，实现频率到幅度的线性变化。VD、R和C组成二极管峰值包络检波器，完成对FM－AM波的检波。XSC1和XSC2是示波器，其中XSC1用来观察输入等幅调频波和谐振回路输出FM－AM波的波形，XSC2用来观察FM－AM波和二极管包络检波输出的波形。

3 单失谐振幅鉴频电路仿真分析

3．1 频率－幅度变换分析

要实现频率－幅度的变换，L1、C1组成的谐振回路应处于失谐状态，谐振回路的谐振频率应小于或者大于输入调频波的中心频率1．1kHz。

图3 单失谐振幅鉴频电路

（1）感性失谐分析。当L1为105μH、C1为105 μF时，并联谐振回路谐振频率为1．52kHz，大于输入调频波的中心频率，谐振回路感性失谐。调频波经过并联谐振回路输出为FM－AM波，在示波器XSC1可以观察到FM－AM波形如图4所示，图中上部波形是输入调频波，下部波形是经调频－幅度变换的FM－AM波，实现了频率到幅度的线性变换。

图4 输入调频波和感性失谐输出波形

（2）容性失谐分析。当L1为225μH、C1为226 μF时，并联谐振回路谐振频率为0．71kHz，小于输入调频波的中心频率，谐振回路容性失谐。调频波经过并联谐振回路输出为FM－AM波，在示波器XSC1可以观察到FM－AM波形如图5所示，图中上部波形是输入调频波，下部波形是经调频－调幅变换的FM－AM波，实现了频率到幅度的线性变换。

3．2 包络检波输出

以感性失谐为例，当R为9kΩ、C为60nF时，在示波器XSC2观察二极管包络检波器输出波形如图6（a）所示；当R为9kΩ、C为130nF时，检波器输出波形如图6（b）所示。可以看出，此时电路虽然都能够检波出FM－AM的包络信号，但随着C值的增加，输出信号的高频波纹变小，更加接近光滑曲线。当C分别为590nF、820nF时，检波器输出波形如图6（c）和图6（d）所示。可以看出，当逐步增加C时，二极管包络检波器将产生惰性失真，且C越大，惰性失真越明显（见表1）。

图5 输入调频波和容性失谐输出波形

表1 包络检波器（R＝9kΩ）仿真输出对比表

通过仿真结果可以看出：（1）谐振回路在感性失谐和容性失谐时，输出的FM－AM波的波形虽然都实现了频率到幅度的变化，但是感性失谐时，FM－AM波的幅值变化和频率变化一致，即频率高则幅值大，频率低则幅值小；而容性失谐时，FM－AM波的幅值变化和频率变化不一致，即频率高则幅值小，频率低则幅值大；（2）利用二极管的单向导电特性和检波负载C的充放电过程实现检波，C值的选择很重要，C过大则会产生惰性失真，C太小则高频波纹大。

4 结束语

传统教学在讲解利用谐振回路的失谐特性（感性失谐特性和容性失谐特性）实现频率到幅度变换的输出波形、二极管包络检波正常检波和惰性失真的输出波形的特点时，给学生的直观印象不深。而通过将Multisim仿真软件引入课程教学，可以很形象地表达出波形的特点，丰富了教学内容，加深学生对理论知识的理解，教学效果明显改善［11－14］。

图6 检波器输出波形

（References）

［1］王卫东．高频电子线路［M］．北京：电子工业出版社，2013．

［2］张肃文．高频电子线路［M］．北京：高等教育出版社，2009．

［3］宋树祥，郭中华，李士军，等．高频电子线路［M］．北京：清华大学出版社，2011．

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［5］黄扬帆，甘平，刘晓，等．高频电路实验教学改革的探索［J］．实验室研究与探索，2011，30（7）：285－287．

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［13］张志友．Multisim电工电子课程教学中的典型应用［J］．实验技术与管理，2012，29（4）：108－110．

［14］程秀英，侯卫周．基于Multisim 10．1的抗载波DSB调幅电路的仿真分析［J］．实验技术与管理，2012，29（8）：106－110．

Simulation of single loss of resonance amplitude discriminator circuit based on Multisim

Miao Qian，Hou Hongqing，Yu Chuanqiang
（Second Artillery Engineering University，Xi’an 710025，China）

Based on Multisim simulation software，the single loss of resonance amplitude discriminator circuit is analyzed and simulated，Through continuous change of circuit component parameters，this paper compares and analyses the characteristics of detuning wave，the normal detection，inert distortion phenomenon．The simulation experiments show that the simulation results can intuitively and vividly be emerged，the perceptual knowledge of the students can be enhanced，understanding of students for concepts and principles can be deepened．It is proven through practice that this teaching method is helpful to mobilize the learning initiative enthusiasm of students，and to improve the teaching effect obviously．

single loss of resonance amplitude discriminator circuit；Multisim；high－frequencyelectronic circuit

TP391．9

A

1002－4956（2015）3－0141－03

2014－08－08 修改日期：2014－10－15

国家自然科学基金资助项目（61202121）

苗倩（1985—），女，陕西泾阳，硕士，讲师，研究方向为信号与信息处理．