西电射频大作业(精心整理)

射频大作业基于PSpice仿真的振幅调制电路设计数字调制与解调的集成器件学习目录题目一：基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析一、实验设计要求 (3)二、理论分析1、问题的分析 (3)2、差动放大器调幅的设计理论 (4)2.1、单端输出差动放大器电路2.2、双端输出差动放大器电路2.3、单二极管振幅调制电路2.4、平衡对消二极管调幅电路三、PSpice仿真的振幅调制电路性能分析 (10)1、单端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形2、双端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形3、单二极管振幅调制电路设计图及仿真波形4、平衡对消二极管调幅电路设计图及仿真波形四、实验总结 (16)五、参考文献题目二数字调制与解调的集成器件学习一、实验设计要求 (17)二、概述 (17)三、引脚功能及组成原理 (18)四、基本连接电路 (20)五、参考文献 (21)六、英文附录 (21)题目一基于PSpice仿真的振幅调制电路设计摘要随着大规模集成电路的广泛发展,电子电路CAD及电子设计自动化（EDA）已成为电路分析和设计中不可缺少的工具。

此次振幅调制电路仿真设计基于PSpice，利用其丰富的仿真元器件库和强大的行为建模工具，分别设计了差分对放大器和二极管振幅调制电路，由此对线性时变电路调幅有了更进一步的认识；同时，通过平衡对消技术分别衍生出双端输出的差分对放大器和双回路二极管振幅调制电路，消除了没用的频率分量，从而得到了更好的调幅效果。

本文对比研究了单端输出和双端输出的差分对放大器调幅电路及单二极管和双回路二极管调幅电路，通过对比观察时域和频域波形图，可知平衡对消技术可以很好地减小失真。

关键词：PSpice 振幅调制差分对放大器二极管振幅调制电路平衡对消技术一、实验设计要求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 写作报告(1) 按论文形式撰写，包括摘要、正文和参考文献，等等。

(2) 正文包括振幅调制电路的设计原理、理论分析结果、实践任务中各阶段设计的电路、参数、波形和频谱，对观察记录的数据配以图像和表格，同时要有充分的文字做分析和对比，有规律性认识。

(3) 论文结构系统、完备、条理清晰、理论正确、数据翔实、分析完整。

1.4 相关提示(1) 所有电路和信号参数需要各人自行决定，各人有不同的研究结果，锻炼学生的独立研究和实验分析能力。

(2) 为了提高仿真精度和减小调试难度，可以将调制信号和载波的频率设置得较低。

二、理论分析1、问题的分析根据题目的要求，差分对放大器和二极管振幅调制电路目的都是实现基本无失真的线性时变电路调幅。

两种电路的主要组成部分均是振幅调制电路模块、选频电路模块、载波信号源、调制信号及直流电源等等。

振幅调制电路模块依照题目的要求，依次选择单端输出的差分对放大器、双端输出差分对放大器、单二极管振幅调制电路和双回路二极管振幅调制电路。

选频电路模块本文均采用LC 并联谐振回路。

本文通过PSpice 电路设计、建模和仿真，实现振幅调制信号的输出和分析。

2、差动放大器调幅的设计理论 2.1单端输出差动放大器电路如下图所示的单端输出的差分对放大器调幅原理电路中，c u 为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管1V 和2V 的基极之间；Ωu 控制电流源的电流，即晶体管3V 的集电极电流3C i 。

图1 单端输出的差分对放大器调幅(a) 原理电路； (b) 转移特性图1（b ）所示的转移特性给出了1V 和2V 的集电极电流1C i 和2C i 与c u 和3C i 之间的关系。

根据差分对放大器的电流方程，有：131(1)22c c c Tu i i th U =+ 其中，T U 为热电压。

对电流源进行分析可得到：()33EE BE on c E EU U u i i R Ω-+≈=代入上式中，得：()1()0(1)221(1)(1)2222()()EE BE on cc E TEE BE on c c E T E TU U u u i th R U U U u u th th u R U R U I t g t u ΩΩΩ-+=+-=+++=+其中：()0()(1)22EE BE on cE TU U u I t th R U -=+，1()(1)22c E T u g t th R U =+ 以下分三种情况讨论）（t I 0和g(t)中的双正切函数: (1)当cm U <T U 时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为自变量：22c c T Tu uthU U = (2)当cm U >4T U 时时，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210()102c cc c T u u thk t u U ω>⎧≈=⎨-<⎩其中）（t k c 2ω为双向开关函数。

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：211()cos(21)2c cm n c n T Tu Uthn t U U βω∞-==-∑(7) 情况(1)下，1C i 中包含频率为c ω、c ωΩ±的载频分量和上下边频分量；情况(2)和情况三(3)下，1C i 中包含频率为(2n-1)c ω、(2n-1)c ωΩ±(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双端输出差动放大器电路图2双端输出的差分对放大器调幅(a) 电路； (b) 电流分布为了获得更好得获得调幅信号，我们也可以采用双端输出的差分电路实现平衡对消，如图 2(a)晶体管V1和V2的集电极电流分别为：T ΩT ΩU u i i U u i i 2th 222th 12C3C3C3C1+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=T ΩT ΩU u i i U u i i 2th 222th 12C3C3C3C2-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=其中晶体管V3提供电流源电流：EEEBE(on)c C3R U U u i +-=各个电流成分在电路中的分布如图(b)所示，输出电流：TΩU ui i 2th 2C3o =将在LC 并联谐振回路上产生输出电压o u ，而1C i 和2C i 各自的3C i /2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o u 在中去除了载频分量。

当m U Ω<T U 时，有：TΩT ΩT ΩU u R U U u U u i U ui i 2 222th 2E EE BE(on)c C3C3o +-=≈=其中包括频率为c ωΩ±的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当m U Ω<T U 条件不满足时，）（TU 2U th Ω包含Ωu 的谐波分量，和c u 相乘后频谱分布在c ωΩ±附近，如果滤波输出，则将使双边带调幅信号发生非线性失真。

2.3单二极管振幅调制电路的设计理论下图所示的原理电路图3（a ）中，忽略二极管D V 的导通电压，并设带通滤波器的输入电阻已并联折算入负载电阻L R ，则得到图(b)所示的D V 与L R 串联支路的伏安特性。

导通状态下的伏安特性曲线近似为直线，斜率为Dr +L R 1，D r 为D V 的交流电阻。

在m cm U U Ω〉〉，Ω〉〉c ω时，D V 的导通和截止近似取决于c u 的正负。

图3二极管调幅 (a) 原理电路； (b) 伏安特性输入电流：ΩΩΩu t g t I u t k r R u t k r R t k r R u u t k r R u i )()()(1)(1)()(0c 1DL c c 1D L c 1D L c c 1D L ii +=+++=++=+≈ωωωω其中，时变静态电流和时变电导分别为cc 1DL 0)(1)(u t k r R t I ω+=)(1)(c 1DL t k r R t g ω+=i i 的频谱如下图4所示。

图4 频谱i i 在L R 上产生的负载电压L i L R i u =是i i 的各个频率分量分别乘以L R 后得到的各个电压频率分量的叠加，L u 经过中心频率0ω=（2n －1）c ω（n=1， 2， 3， …）， 带宽BPF BW ≥2Ω的带通滤波器，取出通频带内的频率分量，产生调幅信号。

n=1时输出普通调幅信号：tΩt m U t Ωr R U R tΩr R U R t r R U R k u u ΩΩc a sm c D L mLc D L mL c D L cm L F AM o cos )cos 1()cos()()cos()(cos )(2ωωπωπω+=⎥⎦⎤-+++++⎢⎣⎡+==其中：DL cm LF sm 21r R U R k U +=cmma π4U U m Ω=式中，F k 为滤波器的增益。

当n>1时，输出双边带调幅信号。

例如，当0ω=3c ω时，有：tΩt U t Ωr R U R t Ωr R U R k u u ΩΩc sm c D L mL c D L m L F DSB o cos cos )cos()(3)cos()(3ωωπωπ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++-==其中：D L mL F sm π32r R U R k U Ω+-=2.4 双回路二极管振幅调制电路原理分析采用平衡对消技术的二极管调幅电路如图5(a)所示，Tr1、Tr2和Tr3是宽频变压器，r1和Tr3为中心抽头。

忽略二极管1D V 和2D V 的导通电压，1D V 和2D V 的交流电阻为D r ，t cos U u c cm c ω=，t cos U u m Ω=ΩΩ，m cm U U Ω〉〉，Ω〉〉c ω。