基于PSpice仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì)與性能分析(大作業(yè))

1、射頻大作業(yè)班 級(jí) ： 021113學(xué) 號(hào) ： 02111244姓 名 ： 馬飛 題目一：基于PSpice仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計(jì)與性能分析基本要求：參考教材射頻電路基礎(chǔ)139頁(yè)的差分對(duì)放大器調(diào)幅的原理，選擇元器件、調(diào)制信號(hào)和載波參數(shù)，完成PSpice電路設(shè)計(jì)、建模和仿真，實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制信號(hào)的輸出和分析。具體任務(wù)：1、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、電阻、電容和電感，搭建單端輸出的差分對(duì)放大器，實(shí)現(xiàn)差模輸入和恒定電流源下的工作，根據(jù)輸入電壓電流和輸出電壓波形計(jì)算放大器的基本參數(shù)，包括電壓放大倍數(shù)和差模輸入電阻。2、用載波作為差模輸入電壓，調(diào)制信號(hào)作為電流源控制

2、電壓，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)整過程，以及調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)波的波形和頻譜。3、改變載波振幅，分別使差動(dòng)放大器工作在線性區(qū)、開關(guān)狀態(tài)和非線性區(qū)，觀察記錄電路參數(shù)、已調(diào)波的波形和頻譜。一單端輸出差分對(duì)放大器1.1 單端輸出差分放大器電路及參數(shù)選擇1.2 差模放大倍數(shù)與差模輸入電阻二 差分對(duì)放大器調(diào)幅電路2.1 差分對(duì)放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)理論2.2 單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路2.3 單端輸出的差分對(duì)放大器條幅電路在線性區(qū)、開關(guān)狀態(tài)和非線性區(qū)的仿真2.4 雙端端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路2.5 雙端端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路仿真第1章 單端輸出差分

3、對(duì)放大器1.1 單端輸出差分放大器電路及參數(shù)選擇如圖，V1為輸入電壓源，頻率設(shè)置為1kHz，振幅為10mV，則差模輸入電壓為10mV；直流電壓源分別為8V和-8V；R1，R2均為2k；采用單管電流源,R3=3k，R4=2k，R5=5k。1.2 差模放大倍數(shù)與差模輸入電阻輸入電壓波形如下圖：輸入電流波形如下圖：輸出電壓波形如下圖：根據(jù)波形圖可以計(jì)算出單端輸出差模放大倍數(shù)39.4， 差模輸入電阻8.42k。第2章 差分對(duì)放大器調(diào)幅電路2.1 差分對(duì)放大器調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)理論如上圖所示的單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅原理電路中，為差模輸入電壓，在交流通路中加在晶體管和的基極之間；控制電流源的電流，即晶體管

4、的集電極電流。圖5.3.15（b）所示的轉(zhuǎn)移特性給出了和的集電極電流和與和之間的關(guān)系。根據(jù)差分對(duì)放大器的電流方程，有： （2.1.1）其中，為熱電壓。對(duì)電流源進(jìn)行分析可得到： 代入式（2.1.1），得：其中，轉(zhuǎn)移特性為：以下分三種情況討論和中的雙曲正切函數(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)近似為其自變量：(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)的取值為1或-1，即其中，稱為雙向開關(guān)函數(shù)，其傅里葉級(jí)數(shù)展開式為的波形和頻譜如下圖所示。（3）當(dāng)?shù)娜≈到橛谇闆r（1）和（2）之間時(shí)，差動(dòng)放大器工作在非線性區(qū)，雙曲正切函數(shù)可以展開成傅里葉級(jí)數(shù)：情況（1）下，中包含頻率為、的載頻

5、分量和上下邊頻分量。情況（2）和（3）下，中包含頻率為、（n=1,2,3，） 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 單端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路電路圖如上圖，載波頻率4MHz，振幅0.1V；調(diào)制信號(hào)頻率100KHz，直流偏置-3V，振幅2V。L1=1.6uH，C1=1000pF，R1=2k。直流電壓為8V和-8V，R2=2k。幅頻特性如下圖：調(diào)制信號(hào)波形如下圖：調(diào)制信號(hào)頻譜如下圖：載波波形如下圖：載波頻譜如下圖：已調(diào)波波形如下圖：已調(diào)波頻譜如下圖：2.3 單端輸出的差分對(duì)放大器條幅電路在線性區(qū)、開關(guān)狀態(tài)和非線性區(qū)的仿真電路圖如上圖。：（1） 將V2交流電壓

6、幅度改為15mV<，此時(shí)差動(dòng)放大器工作在線性區(qū)。已調(diào)波波形如下圖：Q2集電極電流頻譜如下圖：如圖，Q2集電極電流包含頻率為、的載頻分量和上下邊頻分量時(shí)變電流波形：時(shí)變電導(dǎo)波形為：（2） 將V2交流電壓幅度改為0.5V>4，此時(shí)差動(dòng)放大器工作在開關(guān)狀態(tài)。已調(diào)波波形如下圖：Q2集電極電流頻譜如下圖：Q2集電極電流中包含頻率為、（n=1,2,3，） 的載頻分量和上下邊頻分量。時(shí)變電流波形：時(shí)變電導(dǎo)波形：（3） 將V2交流電壓幅度改為70mV，此時(shí)差動(dòng)放大器工作在非線性區(qū)。 已調(diào)波波形如下圖：Q2集電極電流頻譜如下圖：Q2集電極電流中包含頻率為、（n=1,2,3，） 的載頻分量和上下邊頻分

7、量。時(shí)變電流波形：時(shí)變電導(dǎo)波形：2.4 雙端端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路雙端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路如上圖（a）所示。其中，。根據(jù)差分對(duì)放大器的電流方程，晶體管V1和V2的集電極電流分別為 其中，晶體管提供電流源電流： 和各個(gè)電流成分在電路中的分布如上圖（b）所示，輸出電流： 將在LC并聯(lián)諧振回路上產(chǎn)生輸出電壓，而和各自的在LC回路中流向相反，產(chǎn)生的電壓反向抵消，實(shí)現(xiàn)平衡對(duì)消，在中去除了載頻分量。在<時(shí)，有：其中包括頻率為±的上、下邊頻分量，對(duì)其濾波輸出雙邊帶調(diào)幅信號(hào)；當(dāng)<條件不滿足時(shí)，包含的諧波分量，和相乘后頻譜分布在±附近，如果濾波輸出，則將是雙邊帶調(diào)幅信

8、號(hào)發(fā)生線性失真。2.5 雙端端輸出的差分對(duì)放大器調(diào)幅電路仿真電路參數(shù)如圖。輸出電壓波形為：平衡對(duì)消前頻譜為：平衡對(duì)消之后頻譜為：由圖分析可知，平衡對(duì)消之后，去除了1MHz的載波分量參 考 文 獻(xiàn)1 射頻電路基礎(chǔ)趙建勛 陸曼如 鄧軍 編著 西安電子科技大學(xué)出版社2 電路的計(jì)算機(jī)輔助分析 MATLAB與PSPICE應(yīng)用技術(shù) 戚新波 劉宏飛 鄭先鋒 等 編著 電子工業(yè)出版社. 3 模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ) 孫肖子 主編 西安電子科技大學(xué)出版社器件學(xué)習(xí)二：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的集成1、學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的基本原理，主要是原理框圖和波形。 2、上網(wǎng)查詢英文資料，選擇一種數(shù)字調(diào)制或解調(diào)的集成芯片，根據(jù)芯片資料學(xué)習(xí)

9、其性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及相關(guān)電路。U2793B 300MHz正交調(diào)制器電路U2793B是一個(gè)300MHz的正交調(diào)制器芯片，具有低的電流消耗，單端形式的RF端口，適用于GSM、PCN、JDC和WLAN所有的數(shù)字無線通訊系統(tǒng)。1. U2793B的主要技術(shù)性能與特點(diǎn)U2793B的基帶輸入電壓（峰峰值）范圍（差分形式）為10001500mV，輸入阻抗為30k，輸入頻率范圍為050MHz；LO輸入頻率范圍為30300MHz，輸入電平為-15-5dBm；RF輸出電平為-3+2dBm，LO抑制為3245dB，電壓駐波比為1.42，相位誤差小于1°，幅度誤差小于±0.25dB，噪聲基底為-1

10、37 -143dBm/Hz；基準(zhǔn)電壓為2.5V，輸出阻抗為30。連接Atmel公司的U2795B混頻器，可以上變頻到2GHz。電源電壓為5V，電流消耗為15mA，具有低功耗模式，擁有50的單端LO和RF端口。工作溫度范圍為-40+85。2. U2793B的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)U2793B采用SSO-20的封裝形式。其引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖分別如圖1和圖2所示，引腳功能見表1。芯片內(nèi)部包含有3個(gè)放大器、2個(gè)混頻器、加法器、0°/90°移相器、占空系數(shù)再生器、頻率倍加器和控制環(huán)路等電路。 圖1 U2793B引腳封裝形式 圖2 U2793B內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖引腳符號(hào)功能 1 電源導(dǎo)通控制輸入 2,5 交流接地 3 接地 4 RF輸出 6,7 電源電壓輸入 8 電源導(dǎo)通建立時(shí)間 9 基帶輸入A 10 反相基帶輸入A 11 基帶輸入B 12 反相基帶輸入B 13 基準(zhǔn)電壓（2.5V） 14 LO輸入 15 LO反相輸入，一般接地 16,17,18 接地 19 低通輸出和電源控制 20 低通輸出和電源控制 表1 U2793B的引腳功能3. U2793B的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)U2793B的基帶輸入可以采用交流耦合或者直流耦合的形式。U27