Multisim 在發(fā)射機(jī)維護(hù)中的應(yīng)用

鄭智耀

（廣州海岸電臺(tái)，廣州 510700）

1 Multisim 仿真軟件

隨著我國(guó)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新的需求，Multisim 仿真軟件在電路分析中的作用越來(lái)越重要。Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件，經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)版本的升級(jí)，至今已經(jīng)發(fā)展至Multisim14。Multisim 軟件操作界面方便友好、形象，具有如下基本功能：一是為用戶(hù)提供了豐富的電路元器件庫(kù)，它包含了現(xiàn)實(shí)器件和虛擬器件，能滿(mǎn)足電路設(shè)計(jì)要求；二是虛擬測(cè)量?jī)x器儀表種類(lèi)齊全，有電壓表、電流表、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、雙通道示波器等，能完成仿真電路參數(shù)的測(cè)量及輸出波形測(cè)試；三是具有強(qiáng)大的分析功能，提供了靜態(tài)工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、RF 分析等分析功能，可幫助設(shè)計(jì)者縮短電路分析時(shí)間。

中短波發(fā)射機(jī)的維護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，維護(hù)工作者在日常維護(hù)過(guò)程中，需要熟練的掌握電路理論和維護(hù)知識(shí)，對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題非常必要。隨著科技發(fā)展，Multisim 作為一款EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，給電路仿真帶來(lái)了新的生機(jī)。筆者利用Multisim 軟件根據(jù)電路和元器件參數(shù)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的部分電子線(xiàn)路進(jìn)行仿真，將理論知識(shí)與硬件操作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，以便更準(zhǔn)確的模擬運(yùn)行狀態(tài)，從而為日常維護(hù)提供依據(jù)；判斷實(shí)際故障提供思路；為抽象理論的驗(yàn)證提供具體的方案。

2 仿真應(yīng)用舉例

2.1 調(diào)幅信號(hào)的仿真

對(duì)于調(diào)幅發(fā)射機(jī)來(lái)講，信號(hào)要經(jīng)過(guò)振幅調(diào)制后再發(fā)射，普通調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)見(jiàn)式（1）。

式（1）表明，載波信號(hào)經(jīng)單一信號(hào)調(diào)制后將出現(xiàn)三個(gè)頻率分量，即載波頻率分量ωt，上邊頻分量（ω+Ω）t，下邊頻分量（ω-Ω）t。已調(diào)信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，無(wú)論是上邊帶還是下邊帶，都帶有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。調(diào)幅度m 指對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制的載波的幅度，當(dāng)0≤m≤1，調(diào)幅波的包絡(luò)能正確地表現(xiàn)出調(diào)制信號(hào)的變化，m＞1的情況稱(chēng)為過(guò)調(diào)制。由于載波本身不攜帶信息，故從消息傳送的角度看，可以只發(fā)射包含有用信息的上、下2個(gè)邊帶，而不發(fā)射載波。載波信號(hào)一般要求正弦載波的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)的帶寬，否則會(huì)發(fā)生混疊，使傳輸信號(hào)失真。因此，載波信號(hào)正常是調(diào)幅信號(hào)正常的必要條件，更是發(fā)射機(jī)正常播出的必要條件。

圖1是通過(guò)multisim 軟件選取MC1496集成模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能的仿真電路，調(diào)制信號(hào)為單音頻信號(hào)，通過(guò)設(shè)置調(diào)制信號(hào)幅度的大小，可得仿真的已調(diào)信號(hào)輸出波形如圖2、圖3所示。仿真結(jié)果表明，相較于設(shè)備維護(hù)人員在日常維護(hù)中借助示波器等設(shè)備來(lái)觀測(cè)發(fā)射機(jī)各級(jí)輸出載波的參數(shù)來(lái)判斷已調(diào)信號(hào)是否正常，仿真軟件構(gòu)建電路簡(jiǎn)單，改變電路參數(shù)方便，電路波形展示直觀，更為重要的是能夠模擬發(fā)射機(jī)各級(jí)電路的工作狀態(tài)，從而避免在加電狀態(tài)下測(cè)試帶來(lái)的安全隱患。

圖1 振幅調(diào)制電路

圖2 過(guò)調(diào)失真的調(diào)幅波形

圖3 m=0.5時(shí)的調(diào)幅波形

2.2 故障分析判斷

目前數(shù)字化全固態(tài)中波普遍應(yīng)用于發(fā)射臺(tái)站，具有穩(wěn)定性強(qiáng)，電路較為復(fù)雜等特點(diǎn)。這就要求技術(shù)人員既要有一定的理論支撐，又需要較多的經(jīng)驗(yàn)積累，才能做好發(fā)射機(jī)維護(hù)工作。如下說(shuō)明仿真軟件在維修中的作用。

故障現(xiàn)象1：發(fā)射機(jī)開(kāi)不了機(jī)，直流電壓表沒(méi)有電壓指示，中高壓?jiǎn)卧獌?nèi)有異味。不能上高壓。

故障分析：當(dāng)串聯(lián)穩(wěn)壓電路上取樣電路上的電阻斷開(kāi)，調(diào)整管基極電位為零，調(diào)整管就處于截止?fàn)顟B(tài)，電路就無(wú)輸出，輸出電壓為零，無(wú)法進(jìn)行加高壓操作。一般電阻燒穿有以下幾個(gè)因素：一是電阻的電壓和電流超過(guò)電阻的額定電壓值；二是工作環(huán)境無(wú)散熱片或冷卻裝置；三是工作時(shí)間較長(zhǎng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

故障仿真：圖4是串聯(lián)穩(wěn)壓電路的電路仿真，當(dāng)R1燒斷等效于R1開(kāi)路，雙擊R1在對(duì)話(huà)框中選“故障”、“開(kāi)路”，再進(jìn)行仿真。在圖5中看到此時(shí)的輸出波形不再是直流信號(hào)，此時(shí)的輸出電壓為零，負(fù)載無(wú)電壓，電路無(wú)法正常工作，綜合后端電路，便容易理解加不了高壓的原因，為故障分析提供了直觀性和便捷性。

圖4

圖5

2.3 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)驗(yàn)證

實(shí)際的電路都是來(lái)源于理論的設(shè)計(jì)。為了保證設(shè)計(jì)的可靠性，我們往往需要通過(guò)各種方法先行驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。對(duì)組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)是在門(mén)電路的輸入、輸出信號(hào)處于穩(wěn)態(tài)的邏輯電平下進(jìn)行的，而沒(méi)有考慮門(mén)電路的傳輸延遲對(duì)電路工作的影響。當(dāng)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的路徑傳輸?shù)酵粋€(gè)門(mén)電路時(shí)，由于信號(hào)所經(jīng)過(guò)的門(mén)電路的傳輸延遲所不同或者不同通路上門(mén)的級(jí)數(shù)不同，從而引起該門(mén)電路的輸出波形出現(xiàn)尖峰脈沖，產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出，這一現(xiàn)象稱(chēng)為組合邏輯中的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。理論上，當(dāng)Y=A+A'或者Y=A·A'時(shí)，A 的變化會(huì)引起冒險(xiǎn)。當(dāng)輸入變量較少時(shí)，冒險(xiǎn)現(xiàn)象可以通過(guò)邏輯函數(shù)式來(lái)判定，但是多數(shù)情況下輸入變量都有兩個(gè)以上同時(shí)改變狀態(tài)的可能或者更多的輸入變量，這就難于從邏輯函數(shù)式上簡(jiǎn)單地找出所有產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的情況了。為此，借助現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，將multisim 用于電路仿真，能幫助我們從原理上快速準(zhǔn)確地找到冒險(xiǎn)現(xiàn)象，保證設(shè)計(jì)的可靠性。

如圖6所示，輸出Y=AB+A'C，通過(guò)邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)可知，當(dāng)B=C=1時(shí)可化簡(jiǎn)為Y=A+A’，即A 的變化會(huì)引起冒險(xiǎn).再如圖7所示，Y 的輸出在A 由1變?yōu)?的時(shí)候產(chǎn)生了短暫的負(fù)脈沖，即發(fā)生了冒險(xiǎn)。通過(guò)Multisim 的仿真，直觀而又準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)了冒險(xiǎn)的存在及引起其冒險(xiǎn)的緣由，是一種有效的手段。

同樣的，不論是模擬電路還是數(shù)字電路，甚至是高頻電路，都能夠在Multisim 軟件中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖6

圖7

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)短波發(fā)射機(jī)維護(hù)中的3個(gè)應(yīng)用實(shí)例給予Multisim 軟件仿真分析，有利于對(duì)不同電路工作狀態(tài)的仿真，其仿真結(jié)果更為直觀，能夠增強(qiáng)維護(hù)人員對(duì)電子線(xiàn)路的理解，通過(guò)電子線(xiàn)路理論與電路仿真實(shí)踐相結(jié)合，使維護(hù)人員處理故障時(shí)會(huì)有事半功倍的效果。