射频大作业报告——基于PSpice仿真的振幅调制电路设计.doc

射频大作业报告
——基于PSpice仿真的振幅调制电路设计

论题一：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。

一．具有恒流源的差动电路的工作原理和传输特性
1.1差动放大器的传输特性
差动放大器的传输特性是值放大器的电流或输出电压与差摸输入电压之间的函数关系。如图1.1，设恒流源电流电流I小于差放管的集电极临界饱和电流，从而使差放管的工作点偏向截止区。在此条件下，图中两个差放管V1,V2的射极电流分别为

图1.1简化的差动放大电路
由图可知

即有

由于，进而可以推得

和与成双曲正切函数的关系。输出电压的表达式为

可以绘出差动放大器的输出电流和与之间的传输特性曲线，如图1.2所示。

图1.2差动放大器的转移特性
由图可知，传输特性具有非线性特性。在静态工作点附近，当时，即室温下，，传输特性近似为一条直线。当时，即超过100mv时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平，呈现开关状态。当时，传输特性处于非线性状态。

1.2差动电路的放大特性
1.2.1双端输出的差动电路的放大特性
在差动电路的两个输入端加上一对大小相等的，相位相反的差模信号，得到在双端输出的情况下，差摸电压的放大倍数为

其差摸输入电阻为：
其差摸输出电阻为：
1.2.2单端输出的差动电路的放大特性
在差动电路的两个输入端加上一对大小相等的，相位相反的差模信号，得到在单端输出的情况下，差摸电压的放大倍数为

其差摸输入电阻为：
其差摸输出电阻为：
1.3差分放大器的具体设计
(1)基本差分放大器的设计
我们以载波为Uc=100cos(10π*10^6t)mv,调制信号取为=2cos(2π*10^5t)V为参考波形进行电路的设计。对于LC并联谐振回路，为了使调幅效果更好，我们取其谐振频率与载波频率相同,即=10π*10^6 rad/s，即=5MHZ,带宽为=4π*10^3 rad/s。根据并联谐振回路的频率计算公式=,取L=1.3uH,C=800pF，R=2kΩ即可，首先使用PSPICE画出基本差分放大器电路图：

设计如图1.5的差动放大器，通过pspice仿真得到波形输出。

图1.5差动放大电路

1>.时域波形图：

2>.得到的傅里叶仿真波形如下：

由波形图可知，单端输出的电压为10v,双端输出的电压幅度为20v，而输入电压的幅度为0.1v。通过计算可得，单端输出的电压放大倍数为100倍，双端输出的电压放大倍数为200倍。

二．差动放大器调幅的设计原理
2.1单端输出的差分对放大器调幅电路的设计原理
如图2.1为单端输出的差分对放大器调幅原理电路图，为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管的基极之间，控制电流源的电流，即晶体管的集电极电流。
图2.2所示的转移特性给出了的集电极电流与和之间的关系。根据差分对放大器的电流方程，有
(2.1)
其中为热电压。对电流源的分析得:
(2.2)
代入上式得到
(2.3)
其中
(2.4)

图2.1单端输出的差分对放大器调幅原理电路图

图2.2差动放大器的转移特性
以下分三种情况讨论和中的双正切函数:
(1) 当时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为自变量：
(2.5)
(2) 当时，差动放大器工作在开关状态，双曲正切函数的取值是1或-1，即
(2.6)
其中为双向开关函数。
(3) 当函数取值位于情况(1)和情况(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：
(7)
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)和情况三(3)下，中包含频率为、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。
2.2双端输出的差分对放大器调幅电路的设计原理
双端输出差分放大调幅电路如图2.3所示：

图2.3 双端输出差分放大调幅电路
根据差分对放大器的电流方程，晶体管V1和V2的集电极电流为：
(2.7)
(2.8)
其中为晶体管V3提供电流源电流。
(2.9)
和中的电流成分在电路中的流向相反，输出电流将在LC并联回路上产生的输出电压，实现平衡对消。

论题二：参考例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。

三．双端输出的差分对放大器调幅电路的设计及仿真
1.基于2.2中双端输出的差分放大器调幅电路的设计思路，设计的电路图如下：

图4.8双端输出的差分对放大器调幅电路

2.仿真得到的时域波形如下：

其频谱图如下：

通过该电路设计，可以很好体现平衡对消技术在电路中的作用，晶体管Q5和Q6的集电极电流中的电源直流分量在LC回路中流向相反，产生的电压也反向抵消，实现了平衡对消。

论题三：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。

V1=2.5MEG，V12=20MHZ

1>.时序仿真波形：

由此可以看出，当UΩm<Ut的工作条件不满足时，双边带调幅信号出现明显失真。
双端输出的差分放大电路一般适用于将载波作为直流电源控制电压，而且调制信号振幅较小时，此时利用平衡对消技术可以达到较好的调幅效果。

2>.傅里叶仿真波形如下：

论题四：参考例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。

1．电路图如下：

2．仿真波形如下：
、

1>.时序仿真波形：

2>.傅里叶仿真波形如下：

由图可见，对比平衡对消来说，利用平衡对消技术可以达到较好的调幅效果

参考文献：
1. 孙肖子等.模拟电子电路及技术基础.西安：西安电子科技大学出版社，2008年
2. 邓军等.射频电路基础.西安：西安电子科技大学出版社，2010年