西电射频大作业题目一

班级021171

射频电路基础期中大作业

学院电子工程学院

专业遥感科学与技术

学生姓名（02117017）

（02117019）

（02117024）

老师姓名朱天桥老师

题目一：基于PSpice仿真的振幅调制电路设计

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。

摘要

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。仿真过程中对器件有一定的要求，相同类型的不同型号的器件有可能导致完全不同的结果，因此本设计通过对实验原理的深入研究和对器件特性的全面解释对上述问题予以分析。

关键词：振幅调制PSpice差分对放大器二极管振幅调制电路平衡对消技术

理论分析与仿真分析

1、单端输出的差分对放大器

单端输出的差分对放大器调幅原理电路如图1所示，V2为载波作为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管Q1和Q2的基极之间；V1为调制信号控制电流源的电流，即晶体管Q3的集电极电流。

根据差分对放大器的电流方程，有：

(1)

其中，UT为热电压。对电流源进行分析可得到：

(2)

代入（1）式

(3)

其中

以下分三种情况讨论I0(t)和g(t)中的双曲正切函数。

(1)当Ucm

(2)当Ucm>4UT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，k2(wct)称为双向开关函数，其傅里叶级数展开式为

（3）当Ucm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，ic1中包含频率为wc、wc、+Ω的载频分量和上下边频分量。情况（2）和（3）下，ic1中包含频率为(2n-1)wc、(2n-1)wc+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。

以下对各处波形做一分析：

载波：频率fc=5MHz幅度可以在线性区、开关区、非线性区调整。

频谱：为单频率5MHz

调制信号：频率：fΩ=100kHz幅度2V。

频谱：为单频率100KHz

得到的输出已调波分为以下三种情况：

（1）U2<0.026V时，为线性区；

频谱：为三条谱线，除了载频分量，还分别有上边频和下边频。此时调制效果最佳。

（2）U2>0.026*4V时，为开关区；

频谱：开关区所用到的开关函数有许多频率分量，LC滤波器很难完全滤除无用频率分量，因此会使波形略有失真。

（3）U2介于其间时，为非线性区；

频谱：非线性区同样含有无数频率分量，同样会给调幅波造成失真。

由上可见，无论哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号，其频谱也相近。

2、双端输出的差分对放大器

双端输出的差分对放大器调幅电路如图2所示。其中U2=uΩ=UΩm cosΩt，

U1=U

C =Ucmcosw

C

t。

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：

ic1和ic2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uo，而ic1和ic2各自的ic

3

/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uo中去除了载频分量。

在UΩm

T

时，有：

其中包括频率为wc±Ω的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当U

Ωm

T 条件不满足时，它包含UΩ的谐波分量，和U

c

相乘后频谱分布在wc±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。

以下对已调波做一分析：

（1）U2<0.026V时，为线性区；

频谱：输出结果是对称的上下边频分量，此时输出的双边带信号失真最小，调幅效果最佳。

（2）U2>0.026*4V时，为开关区；（注：输出波形略有限幅）

频谱：（注：输出双边带频谱又夹杂了相邻边带分量）

（3）U2介于其间时，为非线性区；

频谱：非线性函数使上下边频又引入相邻的频率分量，但是通过平衡对消基本上使得双边带信号没有太大的失真。

由上可见，由于应用了平衡对消技术，不论差分对放大器处于何种状态，都能够输出双边带已调波，提高了调幅电路的性能和效果。