基于Multisim的單失諧振幅鑒頻電路仿真

苗 倩，侯洪慶，于傳強(qiáng)

（第二炮兵工程大學(xué)，陜西西安 710025）

基于Multisim的單失諧振幅鑒頻電路仿真

苗 倩，侯洪慶，于傳強(qiáng)

（第二炮兵工程大學(xué)，陜西西安 710025）

利用Multisim軟件對(duì)單失諧振幅鑒頻電路進(jìn)行仿真分析，通過改變電路元件參數(shù)，對(duì)比分析了感性失諧和容性失諧波形的特點(diǎn)，以及二極管包絡(luò)檢波器正常檢波情況、惰性失真現(xiàn)象。通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以生動(dòng)、直觀地展現(xiàn)仿真結(jié)果，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解。實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，明顯改善了教學(xué)效果。

單失諧振幅鑒頻電路；Multisim；高頻電子線路

鑒頻器又稱頻率解調(diào)器，它的作用就是把已調(diào)波信號(hào)瞬時(shí)頻率的變化不失真地轉(zhuǎn)變成電壓變化，即實(shí)現(xiàn)頻率－電壓轉(zhuǎn)換。最簡(jiǎn)單的鑒頻方法就是振幅鑒頻器，或稱斜率鑒頻器。振幅鑒頻器的基本原理是把等幅調(diào)頻波通過頻率－幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換成振幅與頻率都隨調(diào)制信號(hào)而變化的FM－AM波，然后通過包絡(luò)檢波器根據(jù)FM－AM波的包絡(luò)變化，還原出原調(diào)制信號(hào)［1－3］。

最簡(jiǎn)單的振幅鑒頻器是單失諧回路振幅鑒頻器。這部分內(nèi)容理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)，傳統(tǒng)教學(xué)中只是注重理論知識(shí)的講解，比較抽象，學(xué)生很難掌握，教學(xué)效果比較差［4－8］。筆者將Multisim仿真軟件引入振幅鑒頻器教學(xué)中，把抽象的問題通過仿真簡(jiǎn)單化、形象化，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解［9－10］。

1 單失諧振幅鑒頻器工作原理

單失諧振幅鑒頻器的原理電路和波形如圖1所示。電路中的頻率－幅度變換器就是LC并聯(lián)諧振回路。

圖1 原理電路和波形圖

如果把并聯(lián)諧振回路的諧振頻率fp選得高于FM波的載波頻率f0時(shí)，對(duì)FM信號(hào)而言，將工作在并聯(lián)諧振回路的感性失諧區(qū)。工作在感性失諧區(qū)的并聯(lián)諧振回路，其幅頻特性曲線有一段以載頻f0為中心的傾斜區(qū)，如圖2所示。

圖2 幅頻特性曲線

當(dāng)FM波的電流流過回路時(shí)，不同的瞬時(shí)頻率回路失諧阻抗大小不同，因此LC回路的端電壓是一調(diào)頻－調(diào)幅波，其電壓振幅UFM－AM將隨FM波的瞬時(shí)頻偏Δf（t）而變化。當(dāng)f（t）＞f0時(shí)，回路失諧小，回路輸出電壓振幅UFM－AM大；當(dāng)f（t）＜f0時(shí)，回路失諧大，回路輸出UFM－AM小。當(dāng)FM波的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)調(diào)變時(shí)，回路阻抗的失諧度也隨之調(diào)變，使回路輸出電壓振幅受調(diào)變，它的包絡(luò)變化規(guī)律即可反映出調(diào)制信號(hào)的變化。再通過包絡(luò)檢波器進(jìn)行振幅檢波，便可還原出原調(diào)制信號(hào)，完成鑒頻過程。如果把并聯(lián)諧振回路的諧振頻率fp選得小于FM波的載波頻率f0時(shí)，對(duì)FM信號(hào)而言，將工作在并聯(lián)諧振回路的容性失諧區(qū)，其實(shí)現(xiàn)頻率－幅度變換與感性失諧時(shí)類似。

2 單失諧振幅鑒頻電路實(shí)現(xiàn)

圖3是單失諧振幅鑒頻電路。uFM－AM是幅值為11 V、中心頻率為1．1kHz、調(diào)制信號(hào)頻率為90Hz的輸入調(diào)頻波。L1和C1組成并聯(lián)諧振回路，實(shí)現(xiàn)頻率到幅度的線性變化。VD、R和C組成二極管峰值包絡(luò)檢波器，完成對(duì)FM－AM波的檢波。XSC1和XSC2是示波器，其中XSC1用來觀察輸入等幅調(diào)頻波和諧振回路輸出FM－AM波的波形，XSC2用來觀察FM－AM波和二極管包絡(luò)檢波輸出的波形。

3 單失諧振幅鑒頻電路仿真分析

3．1 頻率－幅度變換分析

要實(shí)現(xiàn)頻率－幅度的變換，L1、C1組成的諧振回路應(yīng)處于失諧狀態(tài)，諧振回路的諧振頻率應(yīng)小于或者大于輸入調(diào)頻波的中心頻率1．1kHz。

圖3 單失諧振幅鑒頻電路

（1）感性失諧分析。當(dāng)L1為105μH、C1為105 μF時(shí)，并聯(lián)諧振回路諧振頻率為1．52kHz，大于輸入調(diào)頻波的中心頻率，諧振回路感性失諧。調(diào)頻波經(jīng)過并聯(lián)諧振回路輸出為FM－AM波，在示波器XSC1可以觀察到FM－AM波形如圖4所示，圖中上部波形是輸入調(diào)頻波，下部波形是經(jīng)調(diào)頻－幅度變換的FM－AM波，實(shí)現(xiàn)了頻率到幅度的線性變換。

圖4 輸入調(diào)頻波和感性失諧輸出波形

（2）容性失諧分析。當(dāng)L1為225μH、C1為226 μF時(shí)，并聯(lián)諧振回路諧振頻率為0．71kHz，小于輸入調(diào)頻波的中心頻率，諧振回路容性失諧。調(diào)頻波經(jīng)過并聯(lián)諧振回路輸出為FM－AM波，在示波器XSC1可以觀察到FM－AM波形如圖5所示，圖中上部波形是輸入調(diào)頻波，下部波形是經(jīng)調(diào)頻－調(diào)幅變換的FM－AM波，實(shí)現(xiàn)了頻率到幅度的線性變換。

3．2 包絡(luò)檢波輸出

以感性失諧為例，當(dāng)R為9kΩ、C為60nF時(shí)，在示波器XSC2觀察二極管包絡(luò)檢波器輸出波形如圖6（a）所示；當(dāng)R為9kΩ、C為130nF時(shí)，檢波器輸出波形如圖6（b）所示。可以看出，此時(shí)電路雖然都能夠檢波出FM－AM的包絡(luò)信號(hào)，但隨著C值的增加，輸出信號(hào)的高頻波紋變小，更加接近光滑曲線。當(dāng)C分別為590nF、820nF時(shí)，檢波器輸出波形如圖6（c）和圖6（d）所示。可以看出，當(dāng)逐步增加C時(shí)，二極管包絡(luò)檢波器將產(chǎn)生惰性失真，且C越大，惰性失真越明顯（見表1）。

圖5 輸入調(diào)頻波和容性失諧輸出波形

表1 包絡(luò)檢波器（R＝9kΩ）仿真輸出對(duì)比表

通過仿真結(jié)果可以看出：（1）諧振回路在感性失諧和容性失諧時(shí)，輸出的FM－AM波的波形雖然都實(shí)現(xiàn)了頻率到幅度的變化，但是感性失諧時(shí)，F(xiàn)M－AM波的幅值變化和頻率變化一致，即頻率高則幅值大，頻率低則幅值小；而容性失諧時(shí)，F(xiàn)M－AM波的幅值變化和頻率變化不一致，即頻率高則幅值小，頻率低則幅值大；（2）利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載C的充放電過程實(shí)現(xiàn)檢波，C值的選擇很重要，C過大則會(huì)產(chǎn)生惰性失真，C太小則高頻波紋大。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)教學(xué)在講解利用諧振回路的失諧特性（感性失諧特性和容性失諧特性）實(shí)現(xiàn)頻率到幅度變換的輸出波形、二極管包絡(luò)檢波正常檢波和惰性失真的輸出波形的特點(diǎn)時(shí)，給學(xué)生的直觀印象不深。而通過將Multisim仿真軟件引入課程教學(xué)，可以很形象地表達(dá)出波形的特點(diǎn)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，教學(xué)效果明顯改善［11－14］。

圖6 檢波器輸出波形

（References）

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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

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61202121）

苗倩（1985—），女，陜西涇陽(yáng)，碩士，講師，研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理．