射频大作业(调幅)

图 6 双端输出差分放大器调幅仿真
7
仿真波形图
图7
双端输出差分放大器调幅仿真波形图
输出频谱图
图 8 双端输出差分放大器调幅仿真频谱图
由频谱图可以看出中心频率为 4MHZ，符合谐振要求。 由此， 对比图 4 与图 7 可以看出采用平衡对消技术的差分放大器调幅比单端 输出差分放大器调幅效果更好，调幅度更高。 4.3 问题三：单二极管调幅电路设计
图 16 单平衡二极管调幅仿真频谱图
由频谱图可以看出输出为普通调幅波，其中中心频率为 6MHZ，双边带频率 分别为 5.9MHZ 和 6.1MHZ,符合题目要求。 由此，对比图 12，图 16 及图 13，图 17 可以看出采用平衡对消技术的二极 管调幅比普通二极管调幅效果更好，调幅度更高。
关键词：振幅调制
差分放大器
二极管
1
一、问题的重述
1.1 基本要求 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。 1.2 实践任务 (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。 1.3 问题的提出 根据实践任务提出的要求，要求设计如下电路： 问题一：选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，实现单端输出的差分对 放大器调幅电路设计。 问题二：在问题一的基础上修改电路为双端输出，以实现双端输出的差分对 放大器调幅电路设计，继而对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 问题三：选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，实现晶体二极管调幅电 路的设计。 问题四： 在问题三的基础上修改电路为双回路， 以实现二极管调幅电路设计， 继而对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。
三、符号说明
符号
ic U
说 明
集电极电流 热电压（室温下为 26mV） 导通电压 调制信号 载波信号 载波振幅 时变静态电流 时变电导 发射极电阻 输出电流 集电极电阻 负载电阻
T
U
U U
U
BE on

c
cm
i0 t g t
RE
i0 Rc
RL
3
四、问题的求解
4.1 问题一：单端输出的差分对放大器调幅电路设计 4.1.1 理论分析
UL
（b）二极管调幅电路 图 10 二极管调幅基本电路图
带通滤波器参数 低通频率 5MHZ,低通截止频率 3MHZ,高通频率 7MHZ,高通截止频率 8MHZ. 二极管调幅电路参数 载波频率为 6MHZ,电压有效值为 5V，调制信号频率为 100KHZ，电压有效 值为 1V。
4.3.2.2 最终仿真电路图及仿真波形 最终仿真电路图
750Ω rsource Ui 288.8nH LCL1
6.275µ H LLL1 2.436nF CCC1
112.1pF CLC1 408.4nH LCL2
1.523µ H LLL2 1.723nF CCC2
462.1pF CLC2
50Ω rload
Uo
（a）带通滤波器电路图
9
D1 V1 1 Vrms 100kHz 0° V2 5 Vrms 6MHz 0° 1N4148 R1 2kΩ
基于 MUltisim 仿真的振幅调制电路设计
摘 要
本文研究了基于 MUltisim 仿真的振幅调制电路设计，其中主要讨论了差分 放大器调幅和二极管调幅电路的设计。 差分放大器调幅分为单端输出的差分对放 大器调幅和双端输出的差分对放大器调幅， 二极管调幅分为单二极管调幅和平衡 二极管调幅。 针对差分放大器调幅，载波作为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管 V1 和 V2 基极之间，调制信号控制电流源的电流，调整谐振网络 LC 输出载波频 率， 如图 1。 通过理论分析与仿真可以看出差分放大器能够实现振幅调制， 其次， 对比研究单端输出和双端输出的差分对放大器调幅发现， 双端输出的差分对放大 器调幅在 LC 回路中产生的电压反相抵消，实现平衡对消，在 U O 中去除了载频 分量。因此，可以得出双端输出的差分对放大器调幅度更高的结论。 针对二极管调幅，载波和调制信号串联作为信号源，在， U c m

c
U
m
，

时 V D 的导通和截止近似取决于 U c 的正负， 如图 9。 通过理论分析与仿真
可以看出二极管能够实现振幅调制， 另外对比研究单二极管调幅和平衡二极管调 幅发现，平衡二极管调幅去除了 i L 中的调制信号分量，实现了平衡对消。因此， 可以得出平衡二极管调幅度更高的结论。
+ _ A
50Ω rload
+ _ B + Ext Trig _
图 11 二极管调幅电路图
10
仿真波形图
图 12 二极管调幅仿真波形图
输出频谱图
图 13 二极管调幅仿真频谱图
由频谱图可以看出输出为普通调幅波，其中中心频率为 6MHZ，双边带频率 分别为 5.9MHZ 和 6.1MHZ,符合题目要求。
fc 1 2 LC 2 1 .8 1 0 1
6
900 10
12
4MHZ
故得出最终输出频率为 4MHZ。 4.1.2.2 最终仿真电路图及仿真波形 最终仿真电路图
VCC 8V
XSA1
L1 1.8µ H
C1 900pF
R2 2kΩ
R3 1kΩ
IN T
Q1 V1 0.1 Vrms 4MHz 0° Q3 2N2222 2N2222
VCC 8V L1 0.9µ H XSC1
A _ +
L2 R1 0.9µ H XSA2
IN T
2kΩ C2 900pF
B _
+
Ext Trig +
Q1
_
Q2
V1 0.1 Vrms 2N2222 4MHz 0° V2 Q3 2N2222
5 Vrms 100kHz 0°
2N2222 R2 2kΩ
VEE -8V
图 5 单端输出差分放大器调幅仿真频谱图
由频谱图可以看出中心频率为 4MHZ，符合题目要求。 4.2 问题二：双端输出的差分对放大器调幅电路设计 4.2.1 理论分析 具体理论分析见 4.1，此处只是采用平衡对消技术，将问题一的单端输出改 为双端输出。 4.2.2
Multisim 电路仿真
元件参数同问题一。 仿真电路图
2
Uo
4
图 14 单平衡二极管调幅电路
4.4.2
Multisim 电路仿真
仿真电路图
XSA1
D1 1N4148 T2
0 2 4 T1 1
750Ω rsource 6.275µH LLL1 288.8nH LCL1 2.436nF CCC1 112.1pF CLC1 408.4nH LCL2 1.523µH 462.1pF LLL2 CLC2 1.723nF CCC2
IN T
XSC1
+
V1 5 Vrms 6MHz 0°
1
V3 R1
3
1N4148
图 15 单平衡二极管调幅电路图
仿真波形图
图 15 单平衡二极管调幅仿真波形图
12
+ Ex t Trig
4
1 Vrms 100kHz 0° D2
2
0
_ _
B
3
500Ω
+
R2 2kΩ
50Ω rload
_
A
输出频谱图
二、问题的分析
2.1 问题一的分析 问题一通过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，然后观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。
2
2.2 问题二的分析 问题二是在问题一的基础上完成的， 只是把问题一中搭建好的电路修改为双 端输出，以研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 2.3 问题三的分析 问题三通过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。 2.4 问题四的分析 问题四是把问题三中的电路修改为双二极管调幅电路， 以研究平衡对消技术 在该电路中的应用效果。
XSA1
IN T
V1 1 Vrms 100kHz 0°
D1 1N4148 V2 5 Vrms 6MHz 0° 750Ω rsource R1 288.8nH 2kΩ LCL1 6.275µH LLL1 2.436nF CCC1 112.1pF CLC1 408.4nH LCL2 1.523µH LLL2 1.723nF CCC2 XSC1 462.1pF CLC2
图 1 单端输出的差分放大器调幅
根据差分对放大器的电流方程，有：
ic 1 ic 3 uc 1 th 2 2U T
(1)
ic 3 i E 3
U
EE
U
BE on
u
(2)
RE
u uc 1 th 2U T
由以上两公式可以得到三极管集电极电流方程为;
I0 t g t u
I
0
t
1 R L rD
k1 w ct u c
(7)
g t
1 R L rD
k1 w ct
(8)
故由电流方程可以看出，该电路可以滤波输出普通调幅信号。 4.3.2
Multisim 电路仿真
4.3.2.1 电路基本系统及参数
8
4.3.1 理论分析
图 9 二极管调幅原理电路
由原理图可以得出输入电流为:
iD
ui R L rD
k1 w ct 1 R L rD k1 w ct u c 1 R L rD k1 w ct u
(6)
u uc R L rD
k1 w ct
ic 1 U U
EE
U
BE on
2RE
EE

U 2RE
BE on
uc uc 1 1 th 1 th u 2U T 2 R E 2U T
（3）
I0 t g t u
其中：
I
0
t
U
EE
U 2 RE
BE on
uc 1 th 2U T
（4）
g t
uc 1 th 2RE 2U T 1
(5)
故由式（3）可以看出，该电路可以滤波输出普通调幅信号。
4
4.1.2
Multisim 电路仿真
VCC 8V
4.1.2.1 仿真电路图及元件参数
Q2
XSC1
A _ +
B
V2 2N2222 5 Vrms 100kHz 0°
Ext Trig +
_
_
+
R1 2kΩ
VEE -8V
图3
单端输出差分放大器调幅电路图
5
仿真波形图
(a) 输入载波波形图
（b）输出调幅波波形图
图4
（c）输入输出对比波形图 单端输出差分放大器调幅仿真波形图
6
输出频谱图
L1 1.8µ H
C1 900pF
R2 2kΩ
R3 1kΩ
Q1 V1 0.1 Vrms 4MHz 0° Q3 2N2222 2N2222
Q2
V2 2N2222 R1 2kΩ 5 Vrms 100kHz 0°
VEE -8V
图2
仿真电路图
由仿真电路图可以看出载波频率为 4MHZ, 电压有效值为 0.1V，调制信号频 率为 100KHZ，电压有效值为 5V。又可看出谐振输出频率为：
4.4 问题四：平衡二极管调幅电路设计
4.4.1 理论分析 具体理论分析见 4.3，此处只是采用平衡对消技术，将问题三的单二极管调 幅改为平衡二极管调幅，具体见图 14。
11
D1 1N4148 V1 5 Vrms 6MHz 0°
1
T2
0 2
4
T1 1 R2 10kΩ
0
V3 R1
3
3
Байду номын сангаас
500Ω 1 Vrms 100kHz 0° D2 1N4148