模拟电路仿真LTspice(随笔):收音机调谐LC并联特性曲线讲解

本文主要是介绍模拟电路仿真LTspice(随笔):收音机调谐LC并联特性曲线讲解,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

最早的收音机元件是很少的——一根天线、一个矿石检波器、一个耳机、一根地线。

那么天线接收那么多频率,如何选择其中想要的频率呢,即某个电台或广播的AM(调幅)信号。常用LC并联组成调谐电路,首先来看看其LC并联特性曲线。其谐振频率:

\bg_red f_{0}=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}

图1 LC并联曲线

仿真结果:

图2 LC并联幅频和相频曲线


可以将LC并联曲线理解为带通滤波器,只有接近谐振频率才有输出,否则就会被LC并联“吸收”或“过滤”。

假设输入Vin的频率是1KHz,那么是否有输出信号呢?

如图:当输入为Vin=5sin(10k*t*2*Pi)时,输出信号波形如图,有人可能会这不是还有信号吗?其实看幅度的话,可以很明显发现最大值才30mV左右,基本上Vout没有信号了。

如图:输入频率为2MHz时,可得其幅度只有0.4V,基本上也是低电平。

如图:当输入频率为159kHz时,输出幅度为5V,基本上与输入一致,没有波形“损耗”。

所以:LC并联电路输出接近谐振频率的信号,达到一个LC选频的作用。

最后我们来模拟一下收音机接收信号及解调信号的过程:

假设收音机接收的AM调幅信号,载波159KHz,5V,声音信号10KHz,5V,如下图设置好对应参数。

调制后仿真结果:

接收到的信号仿真结果:

最终解调或检波就是调制的逆过程,将有用信号从载波中剥离出来,在通过喇叭播放。AM解调可用二极管和电容搭建,二极管导通后,C2充电,由于二极管两端压差不大,所以电容C2上基本上有一个直流分量,加上声音信号的变化。

由图可得:红色曲线有用信号的宽度基本上与载波中的信号一致,这样就将信号提取出来啦。这里要注意的是C2和R2的选择,由于R2本为喇叭,但仿真软件没有,所以选择一个电阻代替,C2和R2过大会造成Vout平滑(充放电太快),即将有用信号过滤掉了,如下图将C2变大5倍后的仿真结果。

最后顺带提一下为什么要进行调制?

根据电磁波波长的计算公式:\lambda =\frac{c}{f},c为光速300M m/s,f为信号频率。

假设要发射的信号频率为f=1kHz,那么\lambda =\frac{c}{f}=\frac{3\times 10^{5}}{1\times 10^{3}}=300km,而天线的长度L要求大于等于波长\lambda的1/4,即:

L\geq \lambda /4,即天线最小长度为300km/4=75km,这么长的天线得用多少钱啊。

模拟信号的调制主要是AM(幅度调制)、FM(频率调制)、PM(相位调制),搬运工的信号称为“载波”。

单管收音机电路图

与仿真图相比,后续还有三极管放大和电源滤波电路,这样分解来看就可以很好的理解收音机的电路啦。

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