射频电路基础大作业(基于pspice的差分对和二极管调幅电路设计和仿真

射频电路基础大作业---------基于 PSpice 仿真的振幅调制电路设计摘摘 要要射频简称射频简称 RF 射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称每秒变化小于每秒变化小于 1000 次的交流电称为低频电流，大于次的交流电称为低频电流，大于 1000 次的称为高频电流，次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流本论文主要探究了而射频就是这样一种高频电流本论文主要探究了差差分分对对放放大大器器调调幅幅和和二二极极管管调调幅幅电电路路对对一一小小信信号号载载波波信信号号的的调调幅幅其其中中差差分分对对调调幅幅电电路路分分别别探探究究了了单单端端输输出出和和双双端端输输出出差差分分对对调调幅幅电电路路，，二二极极管管调调幅幅包包括括单单回回路路和和双双回回路路的的调调幅幅在在二二极极管管调调幅幅电电路路中中，，为为使使电电路路简简单单直直观观，，采采用用了了等等效效电电路路其其中中载载波波信信号号采采用用0 0. .0 01 1v v4 4M ME EG G 和和5 5M ME EG G 的的高高频频小小信信号号，，调调制制信信号号采采用用频频率率为为 1 10 00 0k k 的的大大信信号号。

所所有有的的电电路路设设计计采采用用 P Ps sp pi ic ce e 进进行行仿仿真真测测试试，，并并对对结结果果做做了了分分析析关键字】 射频电路 调幅 差分对 频谱 Pspice一，问题描述一，问题描述：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) 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二、电路设计与仿真二、电路设计与仿真1，单端输出的差分对放大器振幅调制电路设计与仿真，单端输出的差分对放大器振幅调制电路设计与仿真1.1 差分对放大器调幅电路的设计理论差分对放大器调幅电路的设计理论如上图所示的单端输出的差分对放大器调幅原理电路中，为cu差模输入电压，在交流通路中加在晶体管和的基极之间；控1V2Vu制电流源的电流，即晶体管的集电极电流3V3ci图 5.3.15（b）所示的转移特性给出了和的集电极电流1V2V和与和之间的关系根据差分对放大器的电流方程，有：1ci2cicu3ci（2.1.1）131(1)22c cc TuiithU其中，为热电压对电流源进行分析可得到：TU() 33EEBE on cE EUUuiiR代入式（2.1.1） ，得：() 1()0(1)22 1(1)(1)2222 ( )( )EEBE onc c ETEEBE onccETETUUuuithRU UUuuththuRURU I tg t u其中，() 0( )(1)22EEBE oncETUUuI tthRU1( )(1)22cETug tthRU转移特性为：以下分三种情况讨论和中的双曲正切函数。

0( )I t( )g t（1）当时，差动放大器工作性区，双曲正切函数近似cmTUU为其自变量：≈2cTuthU2cTu U(2) 当时，差动放大器工作在开关状态，双曲正切函数的取4cmTUU值为 1 或-1，即≈2cTuthU21(0)()1(0)c c cuk w tu其中，称为双向开关函数，其傅里叶级数展开式为2()ck w t1214()( 1)cos(21)(21) 444coscos3cos5...35nccnccck w tnw tnw tw tw t的波形和频谱如下图所示2()ck w t（3）当的取值介于情况（1）和（2）之间时，差动放大器工作cmU在非线性区，双曲正切函数可以展开成傅里叶级数：211()cos(21)2ccm nc TTnuUthnw tUU情况（1）下，中包含频率为、Ω 的载频分量和上下边频分1cicwcw量情况（2）和（3）下，中包含频率为、1ci(21)cnwΩ（n=1,2,3，…） 的载频分量和上下边频分量无论(21)cnw哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号1.2 电路设计如下：L11.3uVR12K0V5 8R2 2kQ3Q2N222200Q4Q2N2222V2 -8Q2Q2N22220V1FREQ = 5MHZVAMPL = 0.1vVOFF = 0C1800PVV4FREQ = 100KVAMPL = 2VVOFF = -3VV电路图如上图，载波频率 5MHz，振幅 0.1V；调制信号频率100KHz，直流偏置-3V，振幅 2V。

L1=1.3uH，C1=800pF，R1=2kΩ直流电压为 8V 和-8V，R2=2kΩ电路仿真如下：1.2.1，幅频特性如下：Frequency0H z100KH z200KH z300KH z400KH z500KH z600KH z700KH z V(Q 4:b)V(Q 3:b)V(R 2:1)0V5V10V1.2.2，调制信号波形如下图：Ti m e0s50us100us V(Q 3: b)-5. 0V-2. 5V0V1.2.3, 调制信号频谱如下图：Frequency0H z100KH z200KH z300KH z400KH z500KH z600KH z700KH z V(Q 3:b)0V2.0V4.0V1.2.4, 载波波形如下图：Ti m e0s0. 25us0. 50us0. 75us1. 00us V (V 1: +)-100m V0V100m V1.2,5, 载波频谱如下图：Frequency-500KH z-400KH z-300KH z-200KH z-100KH z-0KH z100KH z200KH z300KH z400KH z500KH z V(R 2:1)0V5V10V1.2.6, 已调波波形如下图：Ti m e0s50us100usV (R 2: 1)7. 996V8. 000V8. 004V1.2.7,已调波频谱如下图：Frequency0H z20M H z40M H z V(R 2:1)0V5V10V2，，双端输出的差分对放大器振幅调制电路设计与仿真2.12.1 双端输出的差分对放大器振幅调制电路设计0V5 80VV1FREQ = 5MEGVAMPL = 0.1vVOFF = 0R1 2kR4 5kQ4Q2N2222Q2Q2N22220Q3Q2N2222VR3 5kR53kV28vdc0R2 2kV1 为输入电压源，频率设置为 5MHz，振幅为 0.1V，则差模输入电压为 0.1V；直流电压源分别为 8V 和-8V；R1，R2 均为 2kΩ；采用单管电流源,R3=5kΩ，R4=5kΩ，R5=3kΩ。

2.22.2 双端输出的差分对放大器振幅调制电路仿真2.2.1输入电压波形如下图：Ti m e0s0.5us1.0us V(V1:+)-100m V0V100m V2.2.2 输出电压波形如下图：Ti m e0s0.2us0.4us0.6us0.8us1.0us V(R 2:1)6.8V7.2V7.6V8.0V3，单二极管振幅调制电路的搭建与仿真，单二极管振幅调制电路的搭建与仿真3.1，，单二极管振幅调制电路的理论设计单二极管电路如下图所示当二极管两端的电压UD大于二极管的导通电压时，二极管导通，流过二极管的电流与加在两端的电压成正比；当二极管两端的电压UD小于二极管的导通电压时，二极管截止，电流为0；二极管等效为一个受控开关控制电压为二极管两端电压UD当Ucm>>UΩm且Ucm为大信号（>0.5V）时，可进一步认为二极管的通断主要由Uc控制一般情况下二极管的开启电压UP较小，有Ucm>>UP，可令UP近似为0或在电路中加一固定偏置电压来抵消UP忽略输出电压的反作用，用开关函数分析法则可得到tUgtUgtUgtUgUgtUtUttguutkgiccmD ccmDmD ccmD cmDmccmccDccD4cos1522cos32cos2cos2coscos3cos32cos2 21)(   tntnUngttUgttUgtnUnngccmdnccmdccmdccmDn12cos12cos121...3cos3cos3coscos2cos12122111可得到相应的频谱图如下：将它通过以 ωc为中心、通频带 2Ω 的带通滤波器后，可得到调幅波。

3.2，，单二极管振幅调制电路的设计与仿真3.2.1，单二极管振幅调制电路的设计V1FREQ = 100KVAMPL = 5VOFF = 2R6200L1200uH12R71kR110k210KK4COUPLING = 11V2FREQ = 5MEGVAMPL = 0.01VOFF = 0L810mH12VL610mHVL910mH12KK3 COUPLING = 1 1KK1COUPLING = 1K_LinearC40.16mf12R2 200L710mH0R31kD2D1N4002L510mH0R4200L410mHV3.2.11，载波信号电压如下图：Ti m e0s1.0us2.0us3.0us4.0us5.0us V(R 6:1)-10m V0V10m V幅频特性如下：Frequency0H z2.0M H z4.0M H z6.0M H z8.0M H z10.0M H z V(L8:2)V(R 6:1)0V5m V10m V3.2.12，调制信号电压如下图：Ti m e0s10us20us30us40us50us V(R 2:1)-4.0V0V4.0V8.0V幅频特性如下：Frequency0H z4M H z8M H z12M H z16M H z20M H z24M H z28M H z V(R 2:1)0V2.5V5.0V3.2.13，已调波信号电压如下图：Ti m e0s1.0m s2.0m s3.0m s4.0m s5.0m s V(L8:2)-50uV0V50uV幅频特性如下：Frequency0H z2.0M H z4.0M H z6.0M H z8.0M H z10.0M H z V(L8:2)0V10uV20uV4，双回路二极管振幅调制电路的搭建与仿真，双回路二极管振幅调制电路的搭建与仿真4.1，，双回路二极管振幅调制电路的理论设计双回路原理电路如下图：该电路由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器 Tr1、Tr2 接成平衡电路。

电路上下两部分完全一样控制信号（载波信号）加在两个变压器的中心抽头处，输入信号（调制信号）接在输入变压器，即载波信号同相加到 D1、D2上；调制信号 u2 反相加到 D1、D2上输出变压器接滤波器。