中周模型在Multisim中的实现

摘要：为了解决用Multisim仿真高频单谐调谐振放大模块无中周模型的问题，通过对高频小信号放大模块的理论分析，总结出用LC电路模型替代中周电路模型的方法，做了高频单谐调谐振放大模块的仿真实验，获得了正确的仿真实验结果，该方法对用Multisim仿真高频谐调谐振放大模块具有借鉴意义。
关键词：高频电子；谐振放大器；中周；Multisim仿真

0 引言
高频单谐调谐振放大器实验是高频电子教学的一个重要组成部分。中周在该实验中损耗较多，增加了学生从理论上分析高频小信号放大器的难度。
随着计算机仿真软件的发展，Multisim仿真教学实验方式逐渐兴起。Multisim包含丰富的虚拟仪器和电子元件库，学生可方便地完成原理图的设计、仿真、原型设计和测试。但在Multisim中没有中周模型，通过对单谐调谐振放大器的原理分析，提出了中周模型仿真的替代方法，取得了满意的仿真效果，实验对Multisim仿真单谐调谐振放大模块具有借鉴意义。

1 高频单谐调谐振放大器的原理及参数
高频单谐调谐振电路图如图1所示。其主要指标如下：

1．1 谐振频率
电路的谐振频率f0的表达式为：

式中：L为电感线圈的电感量；C∑为调谐电路的总电容；为晶体管的输出电容，Cie为晶体管的输入电容，P1为初级线圈的抽头系数，P2为变压器T1的变比。
1．2 电压放大倍数
电压放大倍数Av0为：

1．3 通频带
电压放大倍数Av0下降到0．707倍所对应的频率范围称为放大器的通频带Bw，其表达式为：
Bw=2△f0.7=f0／QL (3)
式中QL为谐振电路的有载品质因数。
1．4 矩形系数
矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0．1倍的Av0时对应的频率与通频带Bw之比，即：
Kv0.1=2△f0.1／2△f0.7=2△f0.1／Bw (4)

2 仿真参数估算
放大器工作在高频条件下，根据晶体管的π参数模型设计谐振等效电路如图2所示。

[p]
晶体管参数yie，yoe，yfe和yre分别为：

式中：rb'b为基极体电阻，一般为几十欧姆；Cb'c为集电极电容，一般为几皮法；Cb'e为发射极结电容，一般为几十皮法至几百皮法。
晶体管高频分布参数与静态工作电流Ic、电流放大系数β和工作频率ω有关，晶体管手册中给出的参数是在上述条件给定的情况下测得的。高频电路的参数计算采用工程估算方法，如在f0=30 MHz，Ie=2 mA，Uce=8 V条件下测得3DG6C的参数为：gie=1／rie=2 mS，Cie=12 pF，goe=1／roe=250 mS，Coe=4 pF，|yfe|=40 mS，|yre|=350μS。

根据实验需要，输入信号的频率是12 MHz，从表1中选择3GD6C即可满足要求。估算时参照其在f0=30 MHz，Ie=2 mA和Uce=8 V条件下的工作参数。
图2所示的等效电路中，P1为晶体管集电极接入系数，P1=N1／N2；N2为电感L线圈的总匝数；P2为输出变压器T的副边与原边的匝数比，P2=N3／N2。
通常小信号放大器的下一级仍为放大器，放大器的输出负载电导gL将是下一级放大器的输入导纳gie2。并联回路的总电导g∑表达式为：

当放大器处于谐振时，谐振频率可以由式(1)算出。
[p]
3 电路仿真
根据估算参数，构造单回路谐振放大器的无中周仿真电路如图3所示。电路中的元件分别为：Q1为3DG6C；R1，R2是用于调节Q1工作点的偏置电阻；CT，C，R和L构成了选频网络，用于替代中周功能的模型；C1为隔直电容；Ce为发射极旁路电容；Ui为信号源。

根据上述电路结构，在Multisim软件中绘制如图4所示的高频小信号谐振放大器仿真电路。各元件的名称及标称值如表2所示。

4 性能参数分析
4．1 静态参数
放大器的直流工作点如表3所示。

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4．2 动态参数
4．2．1 电压增益
加入信号激励Ui，得到如图5所示的输入、输出波形，可以读出电压增益约为40倍。

4．2．2 矩形系数
谐振放大器特性曲线如图6所示。可以看出，谐振频率为11．99 MHz，上限截止频率为12．52 MHz，下限截止频率为11．42 MHz，通频带为1．11MHz。根据式(4)得出矩形系数约为10。

4．2．3 高频管的电流放大倍数β
集电极与基极电流如图7所示。由此可得，放大倍数β=4．071mA／22．596μA=180。

4．3 部分元件对电路的影响
通过仿真发现，发射极反馈电阻R5的改变对电路的通频带和输出增益有较大影响。在不影响放大器正常工作的情况下，增大R5，频带增大，输出增益减小；减小R5，频带减小，输出增益增大。
阻尼电阻R1增大，频带减小，输出增益增大；R1减小，频带增大，增益减小。当R1减小到一定程度，放大器不能正常工作，信号失真。中周等效阻尼电阻不仅影响系统的带宽，还能影响放大器的静态工作点，在设计电路时应合理选择它的阻值。
谐振回路中电感L1、电容C的选择应符合式(1)，使中周的工作频率为12 MHz，当电感取值为1μH，电容调至68 pF时，电路处于谐振状态，且输出增益最大。

5 结论
通过对高频谐调谐振电路的分析，总结出中周替换电路模型。对该电路模型进行了仿真，获得了理想的仿真波形，证明替换电路仿真模型是正确的。最后通过实际电路的制作与调试，并与仿真电路的参数做对比，验证了替换电路模型的可行性。