北京航空航天大學(xué)通信電路原理上機實驗報告

./CAD實驗一2-12．用有源RC電路實現(xiàn)習(xí)題2-11所得低通濾波器,并用PSpice程序分析其中所用運算放大器的參數(shù)對濾波器頻率特性的影響,這些參數(shù)包括：〔1〕輸入與輸出電阻；〔2〕增益；〔3〕頻率特性〔只考慮單極點運算放大器〕。清對分析結(jié)果作簡單說明。[注]運算放大器用宏觀模型表示,參考宏模型示于下。一、設(shè)計電路：設(shè)計的Butterworth濾波器如下所示對上圖節(jié)點列方程：又有實現(xiàn)此方程組的功能框圖如下根據(jù)上面的計算,有源RC低通濾波器電路的電路圖如下所示。二、宏模型仿真放大器宏模型與仿真電路如下1.輸入電阻的影響：Rin=10時：Rin=1k時：Rin=10k時：Rin=1M時：對比可知：輸入電阻的變化對輸出的影響很小,但是,可以發(fā)現(xiàn)隨著輸入電阻的增大,幅頻特性也隨之變大,但是,低通效果卻越來越差。相頻特性變化不明顯。2．輸出電阻的影響：Ro=10時：Ro=1k時：Ro=10K時：Ro=1M時：由圖知輸出電阻對輸出的影響很小,與輸入電阻影響類似。3．電容對輸出的影響：宏模型中電容值分別為：1uF,1mF,1pF時,輸出曲線如下：由圖知,運放內(nèi)部的電容質(zhì)的改變對輸出的影響很小。4．頻率特性：當(dāng)外電路電容分別變?yōu)椋?.1127mF、0.1127pF時,輸出為分別為：對比可知：外電路電容對輸出曲線有很大的影響,電容值得增大會使通頻帶變窄。5、總結(jié)在一定的增益帶寬積下,輸入阻抗越大,輸出阻抗越小,效果越好。而只要GBW達到一定的值,再提高增益帶寬積對低通濾波器的改善并不很大〔電容改變影響不大〕,要更多地改善低通濾波器只能靠設(shè)計更高階的Butterworth濾波器等等其他的濾波器〔改變外電容〕。CAD實驗二3-17．題圖所示為單管共射極放大電路的原理圖。設(shè)晶體管的參數(shù)為：,,,,。調(diào)節(jié)偏置電壓使。用Pspice程序求解：〔1〕計算電路的上限頻率和增益帶寬積；〔2〕將改為200Ω,其他參數(shù)不變,重復(fù)〔1〕的計算；〔3〕將改為1KΩ,其他參數(shù)不變,重復(fù)〔1〕的計算；〔4〕將改為9pF,其他參數(shù)不變,重復(fù)〔1〕的計算；〔5〕將從400MHz改為800MHz,其他參數(shù)不變,重復(fù)〔1〕的計算；根據(jù)上述結(jié)果討論、、、對高頻特性的影響。一、仿真結(jié)果〔1〕計算電路的上限頻率和增益帶寬積；當(dāng)時,。,,〔2〕將改為200Ω,其他參數(shù)不變；當(dāng)時,。,,.〔3〕將改為1KΩ,其他參數(shù)不變；當(dāng)時,。,,〔4〕將改為9pF,其他參數(shù)不變；當(dāng)時,。,,〔5〕將從400MHz改為800MHz,其他參數(shù)不變；當(dāng)時,。,,二、結(jié)果分析根據(jù)上述結(jié)果可知、、、對高頻特性的影響如下：：由于基極體電阻會消耗能量,產(chǎn)生負(fù)反饋,而且高頻時將對fH有所影響,所以增大引起降低；：由于電源內(nèi)阻會消耗能量,而且在高頻時的電容效應(yīng)顯現(xiàn)出來,導(dǎo)致?lián)p耗加大,所以增大引起降低；：由于B-C結(jié)零偏置耗盡電容跨接在輸入、輸出之間,構(gòu)成放大器內(nèi)部反饋通路,在高頻時引起強烈的負(fù)反饋,晶體管的頻率特性大受影響,所以增大引起降低；：特征頻率高于截止頻率,約等于的倍；表示雙極型晶體管在共發(fā)射極運用時能得到電流增益的最高頻率極限,所以截止頻率的上升能增大。所以,為了使三極管得到好的頻率特性,盡量減小、、,增大。CAD實驗三3-22．考慮一個被噪聲污染的信號,很難看出它所包含的頻率分量。應(yīng)用Matlab中的傅立葉變換可以在噪聲中發(fā)現(xiàn)淹沒在其中的信號。Y=fft〔X,n〕即是采用n點的FFT變換。舉例：一個由50MHz和120MHz正弦信號構(gòu)成的信號,受零均值隨機噪聲的干擾,數(shù)據(jù)采樣率為1000Hz.現(xiàn)可通過fft函數(shù)來分析其信號頻率成份。一、程序：>>t=0:0.001:0.6;>>X=sin<2*pi*50*t>+sin<2*pi*120*t>;>>y=X+1.5*randn<1,length<t>>;>>Y=fft<y,512>;>>P=Y.*conj<Y>/512;>>f=1000*<0:255>/512;>>plot<f,P<1:256>>信號功率密度譜三、分析小結(jié)由功率譜密度可以看出,譜線最大的兩條對應(yīng)輸入的50Hz和120Hz,并受隨機噪聲的干擾。與題意相符。CAD實驗四4-35．利用Matlab程序和尖頂余弦脈沖的分解公式：畫出尖頂余弦脈沖分解系數(shù)圖。一、Matlab程序：t=0:0.001:1;rad=t*pi;n=6;A=zeros<6,1001>;A<1,:>=<sin<rad>-rad.*cos<rad>>/pi./<1-cos<rad>>;A<2,:>=<rad-sin<rad>.*cos<rad>>/pi./<1-cos<rad>>;fori=3:nA<i,:>=2*<sin<i*rad>.*cos<rad>-i*cos<i*rad>.*sin<rad>>/i/pi/<i*i-1>./<1-cos<rad>>;end;t=t*180;plot<t,A<1,:>,'r'>;holdon;plot<t,A<2,:>,'b'>;holdon;plot<t,A<3,:>,'g'>;holdon;plot<t,A<4,:>,'m'>;holdon;plot<t,A<5,:>,'k'>;holdon;gridon;xlabel<'θ°'>;ylabel<'αn'>;title<'余弦脈沖的諧波分解系數(shù)'>;二、余弦脈沖的諧波分解系數(shù)圖CAD實驗五4-35．利用Matlab程序和尖頂余弦脈沖的分解公式：畫出尖頂余弦脈沖分解系數(shù)圖。一、Matlab程序：t=0:0.001:1;rad=t*pi;n=6;A=zeros<6,1001>;A<1,:>=<sin<rad>-rad.*cos<rad>>/pi./<1-cos<rad>>;A<2,:>=<rad-sin<rad>.*cos<rad>>/pi./<1-cos<rad>>;fori=3:nA<i,:>=2*<sin<i*rad>.*cos<rad>-i*cos<i*rad>.*sin<rad>>/i/pi/<i*i-1>./<1-cos<rad>>;end;t=t*180;plot<t,A<1,:>,'r'>;holdon;plot<t,A<2,:>,'b'>;holdon;plot<t,A<3,:>,'g'>;holdon;plot<t,A<4,:>,'m'>;holdon;plot<t,A<5,:>,'k'>;holdon;gridon;xlabel<'θ°'>;ylabel<'αn'>;title<'余弦脈沖的諧波分解系數(shù)'>;二、余弦脈沖的諧波分解系數(shù)圖CAD實驗六5-20．題圖所示是實驗電路：電容串聯(lián)改進型三點式振蕩電路〔克拉潑電路〕的電路圖,其中,是可變電容。振蕩頻率主要由決定,。由于電路中串入了比小很多的電容,故晶體管集電極與振蕩回路的耦合比電容三點式反饋電路要弱很多。用Pspice程序分析不同靜態(tài)工作電流、不同反饋系數(shù)對振蕩器特性的影響。設(shè)晶體管參數(shù)為：?！?〕調(diào)節(jié)電阻,使；〔2〕調(diào)節(jié),計算振蕩頻率的變化X圍,并確定=6.5MHz時的取值；〔3〕和取如下不同值〔反饋系數(shù)〕,研究它們對起振點的影響；①；②；③；④。〔4〕改變電路靜態(tài)工作電流,例如取0.5mA,1mA,3mA,5mA時研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響；〔5〕改變負(fù)載電阻,例如取33kW、10kW、4.7kW,研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響。一、仿真結(jié)果〔1〕調(diào)節(jié)電阻,使,即。C3<pF>fo<MHz>206.1216010.5584.86.5〔2〕和取如下不同值〔反饋系數(shù)〕,研究它們對起振點的影響；RL=110KΩ,C3=84.8pF<53%of160pF>C1<pF>C2<pF>ICQ<mA>起振點Vop-p<V>Rb1max=50K10015000.0630.5540.68323%11010000.0990.3670.36329%1206800.1500.2500.26734%6801200.8500.3900.02928%注：①為防止震蕩穩(wěn)定對靜態(tài)工作點的影響,靜態(tài)工作點均用DCSweep測得。實驗中可知,震蕩穩(wěn)定后的Icq要比起振時的Icq低。②為了快速確定起振點,測試時先使之震蕩,不斷減小Ve,直到某點不再震蕩?！?〕改變電路靜態(tài)工作電流,例如取0.5mA,1mA,3mA,5mA時研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響；C1=120pF,C2=680pF,RL=110KΩ,C3=84.8pF<53%of160pF>ICQ<mA>0.500.992.023.024.004.233Rb1<Ω>12.2k7.4k3.15k625550fo<MHz>6.246.266.43000Vop-p<V>1.503.353.53000隨靜態(tài)工作點增加,輸出頻率與幅度均變大,但當(dāng)靜態(tài)工作點過大,電路不起振。〔4〕改變負(fù)載電阻,例如取33kW、10kW、4.7kW,研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響。C1=120pF,C2=680pF,,C3=84.8pFRL<kΩ>11033104.7fo<MHz>6.476.506.5316.77Vop-p<V>3.4923.3113.2042.347二、結(jié)果分析1、環(huán)路的起振條件是AF>1,當(dāng)輸入輸出電阻確定時,較大的反饋系數(shù)F可以保證有較小的A和β就可以起振,從實驗結(jié)果也可以看出,環(huán)路反饋系數(shù)F較大<前三組比較>時,起振點較小,即容易起振；但F越大,使晶體管輸入電阻反饋到輸出端的等效電阻越小,使總電阻變小,而放大器放大倍數(shù)隨之下降,環(huán)路不易起振,且因A減小,起振后的波形幅度也偏小。所以反饋系數(shù)F只在一段X圍適合振蕩器工作,必須合理選擇。2、電路靜態(tài)工作電流影響震蕩輸出頻率和幅度。因為由起振到進入穩(wěn)態(tài)的過程中,放大電路的各個動態(tài)參數(shù)是由靜態(tài)工作點決定的。所以不同的靜態(tài)工作點對應(yīng)不同的輸出狀況。3、改變負(fù)載電阻,可以改變回路Q值,負(fù)載越大,回路Q值越高,越利于起振；大負(fù)載也使放大器放大倍數(shù)更高,因此負(fù)載越大,穩(wěn)定輸出震蕩波形幅度越大。由相位頻率特性可知,Q值的降低會使震蕩頻率有所提高。CAD實驗七6-8．采用SPICE程序中非線性受控源構(gòu)成的理想相乘器宏模型如題圖所示,其中,和為輸入信號,為輸出信號。為非線性受控源VCVS。〔1〕為實現(xiàn)題圖所示的受控源,VCVS的參數(shù)應(yīng)如何設(shè)定?！?〕用理想相乘器宏模型產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制和抑制載波幅度調(diào)制的波形,載波頻率為10KHz,調(diào)制頻率為1KHz,調(diào)幅度分別為0.3和1.0?！?〕實際相乘器的兩個輸入端都具有一定的頻率特性,假定他們的頻域傳輸函數(shù)相同且等于,請在宏模型中增加相應(yīng)的電路模擬該頻率特性。一、實驗仿真1如圖所示,把相乘器的放大增益設(shè)為1即可。2<1>標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制,,m=0.3時波形：,,m=1時波形：<2>抑制載波調(diào)幅波形,3實際相乘器的兩個輸入端都具有一定的頻率特性,假定他們的頻域傳輸函數(shù)相同且等于,在宏模型中增加相應(yīng)的電路模擬該頻率特性,電路如下：,輸出波形為：,輸出波形為：二、仿真小結(jié)1、由標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅<SAM>和抑制載波調(diào)幅<DSBAM>輸出圖像可以看出,SAM和DSBAM的區(qū)別就是在零點附近的波形,SAM沒有反向,DSBAM在零點的波形反向了。2、信號經(jīng)R=1kΩ,和C=1uF構(gòu)成的低通濾波器再進入相乘器輸入端,當(dāng)輸入端兩個信號頻率較高時濾波器放大增益迅速見小,且輸出波形起始時會有失真。所以在混頻器前端,應(yīng)按輸入信號選用相應(yīng)頻帶濾波器以防失真。CAD實驗八CAD8幅度調(diào)制器電路的軟件仿真幅度調(diào)制是使高頻信號的振幅正比于一個低頻信號的瞬時值的過程,通常稱高頻信號為載波信號,低頻信號為調(diào)制信號,調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。本實驗采用集成模擬相乘器1496來構(gòu)成調(diào)幅器,圖<a>一為1496集成片的內(nèi)部電路圖,它是一個四象限模擬相乘器的基本電路。由差動放大器、、驅(qū)動雙差放大器組成,、和為差動放大器、的恒流源,進行調(diào)幅時,載波信號加在雙差動放大器的輸入端即引出腳⑧、⑩之間,調(diào)制信號加在差動放大器、的輸入端即①和④腳之間,、的兩發(fā)射極之間〔即引出腳②、③之間〕外接1k電阻,以擴大調(diào)制信號的動態(tài)X圍,已調(diào)信號取自雙差動放大器的兩集電極之間〔即引出腳⑥、<12>之間〕輸出。用1496集成片構(gòu)成的調(diào)幅器電路如圖<b>所示,圖中用來調(diào)節(jié)引出腳①和④之間的平衡,用來調(diào)節(jié)⑧、⑩腳之間的平衡,三極管3DG6為射極跟隨器,以提高調(diào)幅器帶負(fù)載的能力?！?〕根據(jù)圖<a>和圖<b>畫出調(diào)幅器的電路圖；〔2〕實現(xiàn)全載波調(diào)幅〔〕；〔3〕實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅。[提示]所加輸入信號請參考實驗講義。題圖CAD8〔補充〕〔a〕1496模擬相乘器內(nèi)部電路題圖CAD8〔補充〕〔b〕相乘器調(diào)幅器一、仿真電路1496模擬相乘器內(nèi)部電路相乘器實現(xiàn)調(diào)幅電路二、仿真結(jié)果1、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅·〔+〕=〔1+〕·<1>時,即,,<2>時,即,,<3>抑制載波調(diào)幅,,三、仿真小結(jié)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅m=1 抑制載波調(diào)幅經(jīng)過放大,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅<SAM>m=1時波形和抑制載波調(diào)幅<DSBAM>輸出波形相比,SAM和DSBAM的區(qū)別就是在零點附近的波形,SAM沒有反向,DSBAM在零點的波形反向了。CAD實驗九實驗四調(diào)幅信號的解調(diào)電路的軟件仿真。解調(diào)是調(diào)制的逆過程,調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程,通常稱之為檢波。同步檢波與二極管峰值包絡(luò)檢波是常用的兩種調(diào)幅波解調(diào)電路。本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器,電路如圖〔a〕所示,載波信號經(jīng)電容加在⑧、⑩腳之間,相乘后的信號由12腳輸出,經(jīng)過、與組成的低通濾波器后,在解調(diào)輸出端得到恢復(fù)出來的調(diào)制信號。二極管包絡(luò)檢波器適合于解調(diào)含有較大載波分量的調(diào)幅信號,它具有電路簡單,易于實現(xiàn)等優(yōu)點,本實驗電路如圖〔b〕所示,它主要由檢波二極管D與RC低通濾波器組成,由于它是利用二極管的單向?qū)щ娕cRC元件的充放電特性實現(xiàn)檢波的。因此,RC時間常數(shù)的選取很關(guān)鍵,若RC時間常數(shù)過大,則會產(chǎn)生對角切割失真,若RC時間常數(shù)過小,高頻分量會濾除不干凈,綜合考慮要求滿足下式：式中m為調(diào)幅系數(shù),為載波頻率,為調(diào)制信號角頻率?！?〕根據(jù)1496集成片構(gòu)成解調(diào)器的電路,利用題CAD8的方法產(chǎn)生全載波調(diào)幅信號和抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號作為解調(diào)器的VAMIN端口的輸入信號,進行解調(diào)電路的軟件仿真?！?〕根據(jù)二極管包絡(luò)檢波器的電路,進行對全載波調(diào)幅信號和抑制載波信號的軟件仿真。題圖CAD9〔補充〕〔a〕相乘器解調(diào)器題圖CAD9〔補充〕〔b〕二極管包絡(luò)檢波器一、仿真電路1496模擬相乘器內(nèi)部電路相乘器實現(xiàn)調(diào)幅電路用相乘器實現(xiàn)調(diào)幅波的解調(diào)電路二、仿真結(jié)果1、同步解調(diào)〔使用相乘器〕標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制的解調(diào)：時,即,,。已調(diào)信號的波形圖：調(diào)制信號的波形圖：解調(diào)信號的波形圖：可知解調(diào)器將調(diào)制信號解調(diào)出來。因為仿真用的都是虛擬元件,實際解調(diào)輸出波形不會這么干凈,會因通過濾波器未濾除雜波分量而有一定失真。2、二極管包絡(luò)解調(diào)時,即,,。已調(diào)信號的波形圖：調(diào)制信號的波形圖：解調(diào)信號的波形圖：選擇合適的延遲時間RC,可以進行無失真解調(diào)。三、仿真總結(jié)：實際解調(diào)的波形不會是單一頻率波形,由于電路的頻率特性所限,輸出波形會有一定旁頻未濾除干凈。但為觀察方便,采用交流檔觀察輸出波形,而解調(diào)波形是有直流分量的。CAD實驗十CAD10單頻正弦信號調(diào)制的調(diào)頻波頻譜的MATLAB仿真分析〔1〕編寫第一類Bessel函數(shù)與mF<0~10>的函數(shù)關(guān)系圖。[提示]利用MATLAB中的第一類貝塞爾函數(shù)Besselj求得Jn<mF>的值?！?〕畫出mF=0.5,1.0,3.0,5.0時,單頻正弦調(diào)制的調(diào)頻波的幅度頻譜。一、仿真結(jié)果1、編寫第一類Bessel函數(shù)與mF<0~10>的函數(shù)關(guān)系圖?！?〕程序n=10;u=0:0.05:14;fori=0:nJ=besselj<i,u>;h=plot<u,J>;set<h,'Color',[rand,rand,rand]>;holdon;endxlabel<'mf'>;ylabel<'Jn<mf>'>;title<'Besselfunction'>;gridon;<2>圖形2、畫出mF=0.5,1.0,3.0,5.0時,單頻正弦調(diào)制的調(diào)頻波的幅度頻譜。MATLAB的m程序源程序如下：function[]=fm<mf,wc,wf>;ifmf<0error