基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析.doc

射频大作业

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题目一：基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析

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

第1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

1.2 差模放大倍数与差模输入电阻

第2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

第1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

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2kΩ；采用单管电流源,R3=3kΩ，R4=2kΩ，R5=5kΩ。

1.2 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：

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， 差模输入电阻≈8.42kΩ。

第2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

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、Ω的载频分量和上下边频分量。情况（2）和（3）下，中包含频率为、Ω（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。

2.2 单端输出的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=2kΩ。直流电压为8V和-8V，R2=2kΩ。
幅频特性如下图：

调制信号波形如下图：

调制信号频谱如下图：

载波波形如下图：

载波频谱如下图：

已调波波形如下图：

已调波频谱如下图：

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

电路图如上图。：
（1） 将V2交流电压幅度改为15mV<，此时差动放大器工作在线性区。
已调波波形如下图：

Q2集电极电流频谱如下图：

如图，Q2集电极电流包含频率为、Ω的载频分量和上下边频分量
时变电流波形：

时变电导波形为：

（2） 将V2交流电压幅度改为0.5V>4，此时差动放大器工作在开关状态。已调波波形如下图：

Q2集电极电流频谱如下图：

Q2集电极电流中包含频率为、Ω（n=1,2,3，…） 的载频分量和上下边频分量。
时变电流波形：

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：

Q2集电极电流频谱如下图：

Q2集电极电流中包含频率为、Ω（n=1,2,3，…） 的载频分量和上下边频分量。
时变电流波形：

时变电导波形：

2.4 双端端输出的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。
其中，。
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
其中，晶体管提供电流源电流：
和各个电流成分在电路中的分布如上图（b）所示，输出电流：

将在LC并联谐振回路上产生输出电压，而和各自的在LC回路中流向相反，产生的电压反向抵消，实现平衡对消，在中去除了载频分量。在<时，有：

其中包括频率为±Ω的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当<条件不满足时，包含的谐波分量，和相乘后频谱分布在±Ω附近，如果滤波输出，则将是双边带调幅信号发生线性失真。

2.5 双端端输出的差分对放大器调幅电路仿真

电路参数如图。

输出电压波形为：

平衡对消前频谱为：

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

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。
U2793B 300MHz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
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30kΩ，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30Ω。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50Ω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
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。

图1 U2793B引脚封装形式

图2 U2793B内部结构框图

引脚
符号
功能
1

电源导通控制输入
2,5

交流接地
3

接地
4

RF输出
6,7

电源电压输入
8

电源导通建立时间
9

基带输入A
10

反相基带输入A
11

基带输入B
12

反相基带输入B
13

基准电压（2.5V）
14

LO输入
15

LO反相输入，一般接地
16,17,18

接地
19

低通输出和电源控制
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低通输出和电源控制
表1 U2793B的引脚功能

3. U2793B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所示，应用电路所用元件的参数如表2所示。

图3 U2793B应用电路的电原理图

图四 U2793B的应用电路PCB元件布局图

元件符号
参数
C1，C2，C3，C4，C6
1 nF
C7，C8
100pF
C5
100 nF
C9
1~10pF
—
50Ω微带线
表2 U2793B应用电路所用元件的参数

附英文资料原文：

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