基于PSpice仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì)

1、射頻大作業(yè)報(bào)告 基于PSpice仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì) 學(xué)院：電子工程班級(jí): 0210*班學(xué)號(hào)：0210*姓名：*論題一：選擇合適的調(diào)制信號(hào)和載波的振幅、頻率，通過理論計(jì)算分析，正確選擇晶體管和其它元件；搭建單端輸出的差分對(duì)放大器，實(shí)現(xiàn)載波作為差模輸入電壓，調(diào)制信號(hào)控制電流源情況下的振幅調(diào)制；調(diào)整二者振幅，實(shí)現(xiàn)基本無失真的線性時(shí)變電路調(diào)幅；觀察記錄電路參數(shù)、調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)波的波形和頻譜。一具有恒流源的差動(dòng)電路的工作原理和傳輸特性1.1差動(dòng)放大器的傳輸特性差動(dòng)放大器的傳輸特性是值放大器的電流或輸出電壓與差摸輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系。如圖1.1，設(shè)恒流源電流電流I小于差放管的集電極臨界飽和電流

2、，從而使差放管的工作點(diǎn)偏向截止區(qū)。在此條件下，圖中兩個(gè)差放管V1,V2的射極電流分別為圖1.1簡化的差動(dòng)放大電路由圖可知即有由于，進(jìn)而可以推得 和與成雙曲正切函數(shù)的關(guān)系。輸出電壓的表達(dá)式為 可以繪出差動(dòng)放大器的輸出電流和與之間的傳輸特性曲線，如圖1.2所示。圖1.2差動(dòng)放大器的轉(zhuǎn)移特性由圖可知，傳輸特性具有非線性特性。在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，當(dāng)時(shí)，即室溫下，傳輸特性近似為一條直線。當(dāng)時(shí)，即超過100mv時(shí)，傳輸特性明顯彎曲，而后趨于水平，呈現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，傳輸特性處于非線性狀態(tài)。1.2差動(dòng)電路的放大特性1.2.1雙端輸出的差動(dòng)電路的放大特性 在差動(dòng)電路的兩個(gè)輸入端加上一對(duì)大小相等的，相位相反的差模

3、信號(hào)，得到在雙端輸出的情況下，差摸電壓的放大倍數(shù)為其差摸輸入電阻為：其差摸輸出電阻為：1.2.2單端輸出的差動(dòng)電路的放大特性在差動(dòng)電路的兩個(gè)輸入端加上一對(duì)大小相等的，相位相反的差模信號(hào)，得到在單端輸出的情況下，差摸電壓的放大倍數(shù)為其差摸輸入電阻為：其差摸輸出電阻為：1.3差分放大器的具體設(shè)計(jì)(1)基本差分放大器的設(shè)計(jì)我們以載波為Uc=100cos(10*106t)mv,調(diào)制信號(hào)取為U=2cos(2*105t)V為參考波形進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。對(duì)于LC并聯(lián)諧振回路，為了使調(diào)幅效果更好，我們?nèi)∑渲C振頻率與載波頻率相同,即0=10*106 rad/s，即f0=5MHZ,帶寬為BWBFP=4*103 rad

4、/s。根據(jù)并聯(lián)諧振回路的頻率計(jì)算公式ft=1LC,取L=1.3uH,C=800pF，R=2k即可，首先使用PSPICE畫出基本差分放大器電路圖：設(shè)計(jì)如圖1.5的差動(dòng)放大器，通過pspice仿真得到波形輸出。圖1.5差動(dòng)放大電路1>.時(shí)域波形圖：2>.得到的傅里葉仿真波形如下：由波形圖可知，單端輸出的電壓為10v,雙端輸出的電壓幅度為20v，而輸入電壓的幅度為0.1v。通過計(jì)算可得，單端輸出的電壓放大倍數(shù)為100倍，雙端輸出的電壓放大倍數(shù)為200倍。二差動(dòng)放大器調(diào)幅的設(shè)計(jì)原理2.1單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)原理如圖2.1為單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅原理電路圖，為差模輸入電壓

5、，在交流通路中加在晶體管的基極之間，控制電流源的電流，即晶體管的集電極電流。圖2.2所示的轉(zhuǎn)移特性給出了的集電極電流與和之間的關(guān)系。根據(jù)差分對(duì)放大器的電流方程，有(2.1)其中為熱電壓。對(duì)電流源的分析得:(2.2)代入上式得到(2.3)其中(2.4)圖2.1單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅原理電路圖圖2.2差動(dòng)放大器的轉(zhuǎn)移特性以下分三種情況討論和中的雙正切函數(shù):(1) 當(dāng)時(shí)，差動(dòng)放大器工作在線性區(qū)，雙曲正切函數(shù)近似為自變量：(2.5)(2) 當(dāng)時(shí)，差動(dòng)放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，雙曲正切函數(shù)的取值是1或-1，即(2.6)其中為雙向開關(guān)函數(shù)。(3) 當(dāng)函數(shù)取值位于情況(1)和情況(2)之間時(shí)，差動(dòng)放大器工作

6、在非線性區(qū)，雙曲正切函數(shù)可以展開成傅里葉級(jí)數(shù)： (7)情況(1)下，中包含頻率為、的載頻分量和上下邊頻分量；情況(2)和情況三(3)下，中包含頻率為、的載頻分量和上下邊頻分量，無論哪種情況都可以濾波輸出普通調(diào)幅信號(hào)。2.2雙端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)原理雙端輸出差分放大調(diào)幅電路如圖2.3所示：圖2.3 雙端輸出差分放大調(diào)幅電路根據(jù)差分對(duì)放大器的電流方程，晶體管V1和V2的集電極電流為： (2.7)(2.8)其中為晶體管V3提供電流源電流。(2.9)和中的電流成分在電路中的流向相反，輸出電流將在LC并聯(lián)回路上產(chǎn)生的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)平衡對(duì)消。論題二：參考例5.3.1，修改電路為雙端輸出，對(duì)比

7、研究平衡對(duì)消技術(shù)在該電路中的應(yīng)用效果。三雙端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)及仿真1.基于2.2中雙端輸出的差分放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)的電路圖如下：圖4.8雙端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路2.仿真得到的時(shí)域波形如下：其頻譜圖如下：通過該電路設(shè)計(jì)，可以很好體現(xiàn)平衡對(duì)消技術(shù)在電路中的作用，晶體管Q5和Q6的集電極電流中的電源直流分量在LC回路中流向相反，產(chǎn)生的電壓也反向抵消，實(shí)現(xiàn)了平衡對(duì)消。論題三：選擇合適的調(diào)制信號(hào)和載波的振幅、頻率，通過理論計(jì)算分析，正確選擇二極管和其它元件；搭建單二極管振幅調(diào)制電路，實(shí)現(xiàn)載波作為大信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為小信號(hào)情況下的振幅調(diào)制；調(diào)整二者振幅，實(shí)現(xiàn)基本無失真的線性時(shí)變電路調(diào)幅；觀察記錄電路參數(shù)、調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)波的波形和頻譜。V1=2.5MEG，V12=20MHZ1>.時(shí)序仿真波形：由此可以看出，當(dāng)Um<Ut的工作條件不滿足時(shí)，雙邊帶調(diào)幅信號(hào)出現(xiàn)明顯失真。雙端輸出的差分放大電路一般適用于將載波作為直流電源控制電壓，而且調(diào)制信號(hào)振幅較小時(shí)，此時(shí)利用平衡對(duì)消技術(shù)可以達(dá)到較好的調(diào)幅效果。2>.傅里葉仿真波形如下：論題四：參考例5.3.2，修改電路為雙回路，對(duì)比研究平衡對(duì)消技術(shù)在該電路中的應(yīng)用效果。1電路圖如下：2仿真波形如下：、1>.時(shí)序仿真波形：2>