基于Multisim12的高頻調(diào)諧放大器的仿真分析

摘 要：針對高頻調(diào)諧放大電路參數(shù)不易調(diào)節(jié)的問題，利用Multisim12仿真軟件可方便地對高頻小號放大電路進(jìn)行仿真。在理論分析的基礎(chǔ)上，使用虛擬儀器儀表對電路參數(shù)進(jìn)行靈活的動態(tài)測量，對電路的電壓增益、頻譜特性等進(jìn)行有效分析。通過改變輸入信號和諧振回路的參數(shù)可獲得既定的信號放大效果。實驗結(jié)果表明，利用Multisim12對高頻電子線路進(jìn)行設(shè)計、分析，均取得較好的效果。

關(guān)鍵詞：Multisim12；高頻電路；諧振放大器；仿真

引言

高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信和其他電子設(shè)備中[1-2]，主要功能是從眾多的微弱信號中選出有用信號進(jìn)行放大，工作頻率一般從幾兆到幾百兆赫茲之間。在無線通信中，接收到的信號一般是毫伏級的微弱信號，在傳統(tǒng)的電路實驗中，由于元器件內(nèi)部噪聲和電子工藝造成的影響，測試結(jié)果容易受到干擾[3-4]。隨著仿真技術(shù)的快速發(fā)展，如今的各種仿真軟件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計中，從模擬電路到數(shù)字電路、從分立元件到集成電路，都能夠進(jìn)行實時動態(tài)的仿真分析，極大地提高了電路設(shè)計的質(zhì)量和效率。文章利用仿真軟件multisim12來設(shè)計調(diào)諧放大電路，并分析電路的相關(guān)參數(shù)。

1 Multisim12軟件的功能介紹

Multisim12是一款功能齊全，設(shè)計效果可靠的電路虛擬仿真軟件，擁有電路設(shè)計中常用的元器件、儀器儀表，如有模擬電路設(shè)計常用的電容、電阻、電感、二極管和三極管等；也有數(shù)字電路常用的觸發(fā)器、邏輯集成芯片，如74系列、OP系列集成運放、MCU等集成芯片；還有常用的儀器儀表，如萬用表、示波器、頻譜分析儀、字發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真分析儀等；此外，Multisim12還有實驗室沒有的測量工具，如AC分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析等[5-6]，這些功能都能很好地協(xié)助開發(fā)人員設(shè)計電路，提高開發(fā)效率。

2 高頻調(diào)諧放大電路的仿真分析

2.1 LC選頻放大電路的原理

LC選頻放大電路是由電容和電感線圈構(gòu)成閉合回路組成的，對一定范圍頻率的信號增益較大，而對其他頻率信號起到抑制的作用，諧振電路的中心頻率為：

2.2 原理圖的建立

高頻調(diào)諧放大電路可對微弱混頻信號進(jìn)行放大，對特定范圍頻率的信號放大效果明顯，因此也常用在無線通信系統(tǒng)的接收端的初級部分。為了確保三極管不進(jìn)入截止區(qū)，要求三極管工作在甲類狀態(tài)，電路原理圖如圖1所示。

圖1中，電源電壓為5V，通過R1和R2進(jìn)行直流分壓，給三極管的基極提供偏置電壓。要滿足中心頻率的要求，可通過式（1）計算出諧振回路L和C的值，此電路取L2=2.2uH，C3=100pF，反饋電阻R3=1k？贅。

2.3 輸出波形

對圖1進(jìn)行仿真測試，用虛擬示波器觀察輸入與輸出波形如圖2所示。從圖中可看出，當(dāng)輸入為固定的信號，幅度U=20mV，頻率fs=10.7MHz，信號經(jīng)過諧振放大之后，輸出信號沒有出現(xiàn)失真現(xiàn)象。此時，輸出波形如圖2所示，輸出幅度達(dá)最大值，輸入與輸出信號的相位相反。

2.4 頻率特性曲線測試

由于在通信系統(tǒng)中，信號并非為單一頻率，而是占有一定頻帶的信號，當(dāng)所有信號經(jīng)過諧振回路時，由于幅頻特性曲線的不均勻性，對不同頻率的信號增益和延遲不相同，從而產(chǎn)生的相位差也不相同，使得輸出電壓不可避免地產(chǎn)生失真，為了限制諧振回路頻率失真的大小而引入了通頻帶[7]。

先打開仿真按鈕，使用虛擬頻譜儀測試電路的幅頻特性和相頻特性，觀察電路的信號增益、帶寬等參數(shù)。調(diào)出虛擬頻譜儀的幅頻特性曲線如圖3所示，移動屏幕左邊的讀數(shù)針到增益最大處，此時諧振頻率為10.7MHz，增益為32.3dB。按照通頻帶計算公式，向兩邊下降3dB，也就是諧振放大器的電壓增益從最大值向兩邊下降0.707倍，所對應(yīng)的上截止頻率fH=11.87MHz，下截止頻率fL=9.52MHz，從上面數(shù)據(jù)中可測得諧振回路的帶寬=2.35MHz。

相頻特性反映輸出信號與輸入信號相位之間的關(guān)系，不同頻率的信號相位差是不相同的。在通頻帶內(nèi)，信號的相頻特性可認(rèn)為是線性關(guān)系，文章的輸入頻率為單一頻率，在中心頻率處相位相差為175.6°，如圖4所示。而在實物電路的測試當(dāng)中，元器件對信號的延遲是不能忽略的，輸入輸出信號相位差一般不等于180°。

3 結(jié)束語

本實驗是利用Multisim12設(shè)計調(diào)諧放大電路，能很好地測量電路的各個參數(shù)，解決了實物電路中由于儀器的損壞、電路故障等使得實驗難以進(jìn)行的問題。通過對調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點和諧振回路的參數(shù)，就能輕松測得電路新的幅頻和相頻特性。Multisim12功能強大，測量儀器齊全，對提高電路設(shè)計效率起到重要的作用。

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作者簡介：韋濤（1984-），男，碩士研究生，研究方向：模式識別、無線通信。