射频电路基础大作业(基于Pspice的差分对和二极管调幅电路设计和仿真.doc

射频电路基础大作业 -基于PSpice仿真的振幅调制电路设计 摘 要 射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于1000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。本论文主要探究了差分对放大器调幅和二极管调幅电路对一小信号载波信号的调幅。其中差分对调幅电路分别探究了单端输出和双端输出差分对调幅电路，二极管调幅包括单回路和双回路的调幅。在二极管调幅电路中，为使电路简单直观，采用了等效电路。其中载波信号采用0.01v。4MEG和5MEG的高频小信号，调制信号采用频率为100k的大信号。所有的电路设计采用Pspice进行仿真测试，并对结果做了分析。【关键字】 射频电路 调幅 差分对 频谱 Pspice一，问题描述：参考教材射频电路基础第五章振幅调制与解调中有关差分对放大器调幅和二极管调幅的原理，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。(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，正确选择晶体管和其它元件；搭建单端输出的差分对放大器，实现载波作为差模输入电压，调制信号控制电流源情况下的振幅调制；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、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。(2) 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效果。(3) 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，正确选择二极管和其它元件；搭建单二极管振幅调制电路，实现载波作为大信号，调制信号为小信号情况下的振幅调制；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、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。(4) 参考例5.3.2，修改电路为双回路，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。二、电路设计与仿真1，单端输出的差分对放大器振幅调制电路设计与仿真1.1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，为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管和的基极之间；控制电流源的电流，即晶体管的集电极电流。图5.3.15（b）所示的转移特性给出了和的集电极电流和与和之间的关系。根据差分对放大器的电流方程，有： （2.1.1）其中，为热电压。对电流源进行分析可得到： 代入式（2.1.1），得：其中，转移特性为：以下分三种情况讨论和中的双曲正切函数。（1） 当时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为其自变量：(2)当时，差动放大器工作在开关状态，双曲正切函数的取值为1或-1，即其中，称为双向开关函数，其傅里叶级数展开式为的波形和频谱如下图所示。（3）当的取值介于情况（1）和（2）之间时，差动放大器工作在非线性区，双曲正切函数可以展开成傅里叶级数：情况（1）下，中包含频率为、的载频分量和上下边频分量。情况（2）和（3）下，中包含频率为、（n=1,2,3，） 的载频分量和上下边频分量。无论哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号。1.2电路设计如下：电路图如上图，载波频率5MHz，振幅0.1V；调制信号频率100KHz，直流偏置-3V，振幅2V。L1=1.3uH，C1=800pF，R1=2k。直流电压为8V和-8V，R2=2k。电路仿真如下：1.2.1，幅频特性如下：1.2.2，调制信号波形如下图： 1.2.3, 调制信号频谱如下图： 1.2.4, 载波波形如下图： 1.2,5, 载波频谱如下图： 1.2.6, 已调波波形如下图：1.2.7,已调波频谱如下图：2，双端输出的差分对放大器振幅调制电路设计与仿真2.1 双端输出的差分对放大器振幅调制电路设计V1为输入电压源，频率设置为5MHz，振幅为0.1V，则差模输入电压为0.1V；直流电压源分别为8V和-8V；R1，R2均为2k；采用单管电流源,R3=5k，R4=5k，R5=3k。2.2 双端输出的差分对放大器振幅调制电路仿真2.2.1输入电压波形如下图：2.2.2输出电压波形如下图：3，单二极管振幅调制电路的搭建与仿真3.1，单二极管振幅调制电路的理论设计单二极管电路如下图所示。当二极管两端的电压UD大于二极管的导通电压时，二极管导通，流过二极管的电流与加在两端的电压成正比；当二极管两端的电压UD小于二极管的导通电压时，二极管截止，电流为0；二极管等效为一个受控开关。控制电压为二极管两端电压UD。 当UcmUm且Ucm为大信号（0.5V）时，可进一步认为二极管的通断主要由Uc控制。一般情况下二极管的开启电压UP较小，有UcmUP，可令UP近似为0或在电路中加一固定偏置电压来抵消UP。忽略输出电压的反作用，用开关函数分析法则可得到可得到相应的频谱图如下：将它通过以c为中心、通频带2的带通滤波器后，可得到调幅波。3.2，单二极管振幅调制电路的设计与仿真3.2.1，单二极管振幅调制电路的设计 3.2.11，载波信号电压如下图：幅频特性如下：3.2.12，调制信号电压如下图： 幅频特性如下：3.2.13，已调波信号电压如下图：幅频特性如下：4，双回路二极管振幅调制电路的搭建与仿真4.1，双回路二极管振幅调制电路的理论设计双回路原理电路如下图：该电路由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器Tr1、Tr2接成平衡电路。电路上下两部分完全一样。控制信号（载波信号）加在两个变压器的中心抽头处，输入信号（调制信号）接在输入变压器，即载波信号同相加到D1、D2上；调制信号u2反相加到D1、D2上输出变压器接滤波器，用以滤除无用的频率分量。从Tr2次向右看的负载电阻为RL。则该电路可等效成如左的原理电路形式。 由于加到两个二极管的控制电压是同相的，利用开关函数分析法，可得到负载上总电流为其频谱图如下（ 与单二极管电路相比，i含有频谱：、1、31、，经中心角频率为c的3dB带宽为2 的LC带通滤波器后，可在负载RL得到频谱c 电压分量，可见是实现了DSB调制。这是不难理解的，由于控制电压uC同相地加在两个二极管的两端。当电路完全对称时，两个相等的C分量互相抵消，因此在输出中不再有C及其谐波分量。即在输出中，不必要的频率分量进一步减少了。4.2，双回路二极管振幅调制电路的设计与仿真4.2.1，单二极管振幅调制电路的设计 4.2.11，载波信号电压如下图：幅频特性如下：4.2.12，调制信号电压如下图： 幅频特性如下：4.2.13，已调波信号电压如下图：幅频特性如下：三、实验结果分析上述实验完成了差分对放大器调幅和二极管调幅电路对小信号载波电路的大信号调幅，通过对载波信号、调制信号合已调波信号的理论分析和pspice软件仿真，可以比较好的看到整个试验在普遍意义上比较成功的，各个电路的设计基本都达到了预期的结果。只是在单端输出差分对的调幅电路中输出信号带有不可忽略的杂波，波形包络不是十分平滑。在二极管调幅电路中，这种情况有所改善。通过频域的分析，可以清楚的看到平衡对消技术很好的消除了一部分电路自身的影响。四，实验收获 通过此次试验，我对高频模拟电路的设计有了一个更加深入的了解，加强了系统与工程的概念，对微电子方面的知识有了新的理解和掌握。射频电路基础这门课侧重于器件的内特征与外特征的分析，采用了工程近似的方法、似