基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析(大作业)

射频大作业射频大作业 班班 级级 学学 号号 学生姓名学生姓名 题目一 基于 PSpice 仿真的振幅调 制电路设计与性能分析 2 基本要求 参考教材 射频电路基础 139 页的差分对放大器调 幅的原理 选择元器件 调制信号和载波参数 完成 PSpice 电路设 计 建模和仿真 实现振幅调制信号的输出和分析 具体任务 1 选择合适的调制信号和载波的振幅 频率 通过理论计算分析 正确选择晶体管 电阻 电容和电感 搭建单端输出的差分对放大器 实现差模输入和恒定电流源下的工作 根据输入电压电流和输出电压 波形计算放大器的基本参数 包括电压放大倍数和差模输入电阻 2 用载波作为差模输入电压 调制信号作为电流源控制电压 调整二 者振幅 实现基本无失真的线性时变电路调幅 观察记录电路参数 调整过程 以及调制信号 载波和已调波的波形和频谱 3 改变载波振幅 分别使差动放大器工作在线性区 开关状态和非线 性区 观察记录电路参数 已调波的波形和频谱 4 参考例 5 3 1 修改电路为双端输出 对比研究平衡对消技术在该 电路中的应用和效果 目录目录 第第 1 1 章章 单端输出差分对放大器 1 1 单端输出差分放大器电路及参数选择 3 1 2 差模放大倍数与差模输入电阻 第第 2 2 章章 差分对放大器调幅电路 2 1 差分对放大器调幅电路的设计理论 2 2 单端输出的差分对放大器调幅电路 2 3 单端输出的差分对放大器条幅电路在线性区 开关状态和非线 性区的仿真 2 4 双端端输出的差分对放大器调幅电路 2 5 双端端输出的差分对放大器调幅电路仿真 4 第第 1 1 章章 单端输出差分对放大器单端输出差分对放大器 1 11 1 单端输出差分放大器电路及参数选择单端输出差分放大器电路及参数选择 如图 V1 为输入电压源 频率设置为 1kHz 振幅为 10mV 则差模输入电 压为 10mV 直流电压源分别为 8V 和 8V R1 R2 均为 2k 采用 单管电流源 R3 3k R4 2k R5 5k 5 1 21 2 差模放大倍数与差模输入电阻差模放大倍数与差模输入电阻 输入电压波形如下图 输入电流波形如下图 6 输出电压波形如下图 根据波形图可以计算出单端输出差模放大倍数 39 4 udA 差模输入电阻 8 42k idR 7 第第 2 2 章章 差分对放大器调幅电路差分对放大器调幅电路 2 12 1 差分对放大器调幅电路的设计理论差分对放大器调幅电路的设计理论 如上图所示的单端输出的差分对放大器调幅原理电路中 为cu 差模输入电压 在交流通路中加在晶体管和的基极之间 控1V2Vu 制电流源的电流 即晶体管的集电极电流 3V3ci 图 5 3 15 b 所示的转移特性给出了和的集电极电流1V2V 和与和之间的关系 根据差分对放大器的电流方程 有 1ci2cicu3ci 2 1 1 13 1 1 22 c cc T u iith U 其中 为热电压 对电流源进行分析可得到 TU 33 EEBE on cE E UUu ii R 代入式 2 1 1 得 8 1 0 1 22 1 1 1 2222 EEBE onc c ET EEBE oncc ETET UUuu ith RU UUuu ththu RURU I tg t u 其中 0 1 22 EEBE onc ET UUu I tth RU 1 1 22 c ET u g tth RU 转移特性为 以下分三种情况讨论和中的双曲正切函数 0 I t g t 1 当时 差动放大器工作在线性区 双曲正切函数近似cmTUU 为其自变量 2 c T u th U2 c T u U 2 当时 差动放大器工作在开关状态 双曲正切函数的取4cmTUU 值为 1 或 1 即 2 c T u th U 2 1 0 1 0 c c c u k w t u 其中 称为双向开关函数 其傅里叶级数展开式为2 ck w t 9 1 2 1 4 1 cos 21 21 444 coscos3cos5 35 n cc n ccc k w tnw t n w tw tw t 的波形和频谱如下图所示 2 ck w t 3 当的取值介于情况 1 和 2 之间时 差动放大器工作cmU 在非线性区 双曲正切函数可以展开成傅里叶级数 21 1 cos 21 2 ccm nc TT n uU thnw t UU 情况 1 下 中包含频率为 的载频分量和上下边频分1cicwcw 量 情况 2 和 3 下 中包含频率为 1ci 21 cnw n 1 2 3 的载频分量和上下边频分量 无论 21 cnw 哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号 10 2 22 2 单端输出的单端输出的差分对放大器调幅电路差分对放大器调幅电路 电路图如上图 载波频率 4MHz 振幅 0 1V 调制信号频率 100KHz 直流偏置 3V 振幅 2V L1 1 6uH C1 1000pF R1 2k 直流电压为 8V 和 8V R2 2k 幅频特性如下图 11 调制信号波形如下图 调制信号频谱如下图 12 载波波形如下图 载波频谱如下图 13 已调波波形如下图 14 已调波频谱如下图 2 32 3单端输出的差分对放大器条幅电路在线性区 开关状态和非单端输出的差分对放大器条幅电路在线性区 开关状态和非 线性区的仿真线性区的仿真 电路图如上图 15 1 将 V2 交流电压幅度改为 15mV4 此时差动放大器工作在开关状态 TU 已调波波形如下图 Q2 集电极电流频谱如下图 18 Q2 集电极电流中包含频率为 21 cnw n 1 2 3 的载频分量和上下边频分量 21 cnw 时变电流波形 19 时变电导波形 3 将 V2 交流电压幅度改为 70mV 此时差动放大器工作在非线性区 已调波波形如下图 20 Q2 集电极电流频谱如下图 Q2 集电极电流中包含频率为 21 cnw n 1 2 3 的载频分量和上下边频分量 21 cnw 时变电流波形 时变电导波形 21 2 42 4 双端端输出的双端端输出的差分对放大器调幅电路差分对放大器调幅电路 双端输出的差分对放大器调幅电路如上图 a 所示 22 其中 cosmuUt cosccmcuUw t 根据差分对放大器的电流方程 晶体管 V1 和 V2 的集电极电流分别 为 333 1 1 22222 ccc c TT iuiiu ithth UU 333 2 1 22222 ccc c TT iuiiu ithth UU 其中 晶体管提供电流源电流 3 cBE onEE c E uUU i R 和各个电流成分在电路中的分布如上图 b 所示 输出电流 1ci2ci 3 22 c o T iu ith U 将在 LC 并联谐振回路上产生输出电压 而和各自的在 LCou1ci2ci 3 2 ci 回路中流向相反 产生的电压反向抵消 实现平衡对消 在中去ou 除了载频分量 在 时 有 mU TU 33 222 222 cccBE onEE o TTET iuiuuUUu ith UURU 其中包括频率为 的上 下边频分量 对其滤波输出双边带调cw 幅信号 当 条件不满足时 包含的谐波分量 和mU TU 2T u th U u 相乘后频谱分布在 附近 如果滤波输出 则将是双边带调cucw 幅信号发生线性失真 2 52 5 双端端输出的双端端输出的差分对放大器调幅电路仿真差分对放大器调幅电路仿真 23 电路参数如图 输出电压波形为 24 平衡对消前频谱为 25 平衡对消之后频谱为 由图分析可知 平衡对消之后 去除了 1MHz 的载波分量 参 考 文 献 1 射频电路基础 赵建勋 陆曼如 邓军 编著 西安电子科技大学出版社 2 电路的计算机辅助分析 MATLAB 与 PSPICE 应用技术 戚新波 刘宏飞 郑先锋 等 编著 电子工业出版社 3 模拟电子电路及技术基础 孙肖子 主编 西安电子科技大学出版社 26 题目二 数字调制与解调 的集成器件学习 具体任务 1 学习数字调制与解调的基本原理 主要是原理框图和波形 2 上网查询英文资料 选择一种数字调制或解调的集成芯片 根据芯 片资料学习其性能 结构设计 以及相关电路 U2793BU2793B 300MHz300MHz 正交调制器电路正交调制器电路 U2793B 是一个 300MHz 的正交调制器芯片 具有低的电流消耗 单端形式的 RF 端口 适用于 GSM PCN JDC 和 WLAN 所有的数字无线通讯系统 1 U2793B 的主要技术性能与特点的主要技术性能与特点 U2793B 的基带输入电压 峰峰值 范围 差分形式 为 1000 1500mV 输入阻抗为 30k 输入频率范围为 0 50MHz LO 输入频率范围为 30 300MHz 输入电平为 15 5dBm RF 输出电平为 3 2dBm LO 抑制为 32 45dB 电压驻波比为 1 4 2 相位误差小于 1 幅度误差小于 0 25dB 噪声基底为 137 143dBm Hz 基准电压为 2 5V 输出阻抗为 30 连 接 Atmel 公司的 U2795B 混频器 可以上变频到 2GHz 电源电压为 5V 电流消耗为 15mA 具 有低功耗模式 拥有 50 的单端 LO 和 RF 端口 工作温度范围为 40 85 2 U2793B 的引脚功能与内部结构的引脚功能与内部结构 U2793B 采用 SSO 20 的封装形式 其引脚封装形式和内部结构框图分别如图 1 和图 2 所 示 引脚功能见表 1 芯片内部包含有 3 个放大器 2 个混频器 加法器 0 90 移相器 占空系数再生器 频率倍加器和控制环路等电路 27 图图 1 U2793B 引脚封装形式引脚封装形式 图图 2 U2793B 内部结构框图内部结构框图 28 引脚引脚符号符号功能功能 1 PU 电源导通控制输入 2 5 GNDAC 交流接地 3 GND 接地 4 ORF RF 输出 6 7 SV 电源电压输入 8 PUS 电源导通建立时间 9 AiBB 基带输入 A 10 AiBB 反相基带输入 A 11 BiBB 基带输入 B 12 BiBB 反相基带输入 B 13 Re fV 基准电压 2 5V 14 LOi LO 输入 15 LOi LO 反相输入 一般接地 16 17 18 GND 接地 19 2LP 低通输出和电源控制 20 1LP 低通输出和电源控制 表表 1 U2793B 的引脚功能的引脚功能 3 U2793B 的应用电路设计的应用电路设计 U2793B 的基带输入可以采用交流耦合或者直流耦合的形式 U2793B 的应用电路 电原理图和印制板图为别如图 3 和图 4