基于multisim的调幅电路仿真

曹树伟，鲍晓娟

（1.赤峰学院 物理与电子信息工程学院；2.赤峰学院 远程教育学院，内蒙古 赤峰 024000）

1 引言

multisim是一款板级的模拟、数字电路板设计软件.它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.在电子信息工程专业学科教学过程中有着广泛的应用.本文针对高频电子线路中二极管平衡调幅电路和三极管集电极调幅电路进行仿真.使复杂抽象的调幅电路变得更直观易于理解.同时在软件中可以方便的设置和更改输入信号的参数，从而得到不同的输出结果.便于研究分析电路的工作原理和工作性能.由示波器的输出波形可以方便的分析出调幅波的一些相关参数.

2 调幅电路原理

2.1 调幅概念

用待传输的低频基带信号去控制高频载波信号的振幅变化的调制方式即为振幅调制电路.简称调幅电路.调幅电路又有普通调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB）、单边带调幅（SSB）等.其中普通调幅波是基本的，其他调幅信号都可由其演变而来.

2.2 普通调幅波的表示式

设载波信号为:uc(t)=Ucm(ωct)

调制信号为:uΩ(t)=UΩm(ωΩt)

则普通调幅信号表示式为:

其中ka是由调制电路决定的比例常数.ma=为调幅系数或调幅度，表示载波振幅受调制信号控制的程度.

抑制载波双边带调幅信号表达式为：

单边带调幅信号表达式为：

2.3 调幅电路

调幅电路按输出功率的高低，可以分为低电平调幅电路和高电平调幅电路.低电平调幅电路是将调制和功率放大分开，调制在低电平级实现，然后经线性功率放大器放大，达到要求的功率后再发射出去.目前这种调制方式常用的实现电路有二极管平衡调幅电路和双差分对模拟相乘器电路.高电平调幅是将调制和功放合在一起.调制后的信号不需要再放大就可以直接发送出去.其常用的实现电路有基极调幅和集电极调幅.

3 仿真电路及输出波形

3.1 二极管平衡调幅电路

二极管平衡调幅电路可以实现普通调幅、双边带调幅和单边带调幅.属于低电平调幅电路，其输出功率和效率不做重点要求，主要要求其有良好的调制线性度，即要求调制电路的已调输出信号应不失真的反应输入低频调制信号的变化规律.对于双边带和单边带调幅，还要有较强的载波抑制能力.本仿真电路以双边带调幅为例.

二极管平衡调幅仿真电路如图一，电路主要由四个二极管 D1、D2、D3、D4构成桥式平衡电路.在4、6节点和0节点之间，5、7节点和11节点之间本别由变压器T1、T2加入高频载波和低频调制信号.其中由4节点和0节点之间加入高频载波V1，其表示式可以写成Uc(t)=707cos(2×105πt)mV.6节点和0节点之间与此高频载波幅值频率相同，但相位相反.由5节点和11节点之间加入低频调制信号V2，其表示式可以写成 UΩ(t)=35.35cos(2×103πt)mV.7节点和11节点之间与此低频调制信号幅值频率相同，但相位相反.滑动变阻器R1，R2构成调节电路，分别由键盘A键和B键控制其阻值增加，shift+A和shift+B分别控制其阻值减小.电阻R3、C1、L1构成负载选频谐振回路.示波器XSC2的A通道接4节点，显示输入高频载波信号波形，B通道接5节点，显示输入低频调制信号波形，C通道接11节点，显示输出已调信号波形.

图1

在示波器上可得到ABC三通道对应波形（如图2至图5）.每幅波形图从上而下均有三个波形，均分别对应ABC通道，记为A波形、B波形、C波形.图二示波器界面中A波形，即输入高频正弦波载波信号，其特点是振幅大小不变，为一恒定值.频率较高，为100KHz.其沿时间轴坐标值展开时，如图3中A波形所示正弦波.图2中B波形，即低频调制信号，为单频正弦波.其频率远远低于载波，为1KHz.图2中C波形为已调波波形，其特点是频率和载波相同.此点可由图3中A、C波形对比而得证.相同时间坐标下，两标尺间A、C波形均为10个周期波形.但已调波振幅随低频基带信号UΩ(t)变化而变化.由图1中B、C波形对比可以得出.其沿时间轴展开为图3中C波形.对比图4中A波形振幅，即载波振幅为±175.6mV，图2中B波形振幅，即调制信号振幅为±8.8mV，图5中C波形振幅，即已调波最大振幅为±33.8nV，可知调制电路效率不高.输出以调波电平非常低.需要经过线性放大才能输出.

图2

图3

图4

图5

3.2 三极管集电极调幅电路

三极管集电极调幅属于高电平调幅电路.主要用于产生普通调幅波.这种调制通常在丙类谐振功率放大器中进行，它可以直接产生满足发射功率要求的已调波.三极管集电极调幅电路如图六，由NPN型晶体三极管构成功率放大电路.集电极由R1、C1、L1构成谐振回路做负载.在晶体管基极回路加入高频载波信号：Uc(t)=1.06cos(2×106πt)V和反相偏置0.1V直流电源.在集电极回路加入低频调制信号：UΩ(t)=4cos(2×103πt)V和12V的直流电压源.示波器A通道接电路中的3节点，显示输入高频载波信号波形.示波器B通道接电路中的1节点，显示低频调制信号波形.示波器C通道接电路中的2节点，显示已调波信号波形.

图6

图7

图8

仿真结果如图7、图8所示，在图7、图8示波器波形显示界面中，每个界面从上到下的三个波形分别对应ABC三个通道，记为A波形，B波形，C波形.由图7中C波形所示，已调波为普通调幅波.其已调波波形包络变化与B波形的调制信号变化完全对应.由图8中C波形和A波形对比可知，已调波频率与高频载波频率相同，相位相反.因为交流通路，中本电路为共射电路，所以AC波形互为反相.由图8中标尺所标AC波形，高频载波振幅约为1V，已调波信号振幅约为12V.图7中B波形所示，低频载波振幅约为4V.对比图5和图8中C图波形，可知二极管平衡调幅电路已调波输出振幅电压为nV数量级，而三极管集电极调幅电路已调波输出振幅为V数量级.所以前者是低电平调幅，而后者是高电平调幅.

4 总结

4.1 关于multisim软件

通过上述仿真过程及仿真结果，我们可以看出，multisim是一款功能非常强大的软件.通过它可以方便的实现电路构建及仿真.同时本软件元器件库中提供了大量的虚拟元器件以及虚拟仪器，如虚拟电阻、电容、电感、二极管、三极管等虚拟元件以及虚拟万用表、函数信号发生器、示波器、频率计等虚拟仪器.为电子学习者提供了一个非常方便的实验平台.可以自己设计电路并进行仿真验证.

4.2 关于调幅电路

调幅电路是广播发射中非常重要的电路之一，也是高频电子课程中的重要学习内容，以往的学习中理论知识理解起来比较抽象，难于入门理解.本文通过构建调幅电路并进行仿真，在示波器输出相应波形，通过对比分析输入的低频调制信号，高频载波以及输出已调波的波形振幅，频率等参数，将调幅原理，调幅电路，输入输出信号有机的结合在一起.大大的增加了学习的兴趣和效率.为电子信息专业内容学习方法提供一个参考途径.

〔1〕胡宴如，耿苏燕.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2010.

〔2〕张新喜，许军，王新忠，等.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

〔3〕张肃文.高频电子线路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，1979.

〔4〕郭锁利，刘延飞，李琪，等.基于M ultisim的电子系统设计、仿真与综合应用（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2012.