基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析.doc

基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析基本要求：参考教材《射频电路基础》139页的差分对放大器调幅的原理，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。具体任务：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、电阻、电容和电感，搭建单端输出的差分对放大器，实现差模输入和恒定电流源下的工作，根据输入电压电流和输出电压波形计算放大器的基本参数，包括电压放大倍数和差模输入电阻。2、用载波作为差模输入电压，调制信号作为电流源控制电压，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、调整过程，以及调制信号、载波和已调波的波形和频谱。3、改变载波振幅，分别使差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区，观察记录电路参数、已调波的波形和频谱。一单端输出差分对放大器1.1单端输出差分放大器电路及参数选择1.2差模放大倍数与差模输入电阻二差分对放大器调幅电路2.1差分对放大器调幅电路的设计理论2.2单端输出的差分对放大器调幅电路2.3单端输出的差分对放大器条幅电路在线性区、开关状态和非线性区的仿真2.4双端端输出的差分对放大器调幅电路2.5双端端输出的差分对放大器调幅电路仿真第1章单端输出差分对放大器1.1单端输出差分放大器电路及参数选择如图，V1为输入电压源，频率设置为1kHz，振幅为10mV，则差模输入电压为10mV；直流电压源分别为8V和-8V；R1，R2均为2kΩ；采用单管电流源,R3=3kΩ，R4=2kΩ，R5=5kΩ。1.2差模放大倍数与差模输入电阻输入电压波形如下图：输入电流波形如下图：输出电压波形如下图：根据波形图可以计算出单端输出差模放大倍数≈39.4，差模输入电阻≈8.42kΩ。第2章差分对放大器调幅电路2.1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，为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管和的基极之间；控制电流源的电流，即晶体管的集电极电流。图5.3.15（b）所示的转移特性给出了和的集电极电流和与和之间的关系。根据差分对放大器的电流方程，有：（2.1.1）其中，为热电压。对电流源进行分析可得到：代入式（2.1.1），得：其中，转移特性为：以下分三种情况讨论和中的双曲正切函数。当时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为其自变量：≈(2)当时，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，称为双向开关函数，其傅里叶级数展开式为的波形和频谱如下图所示。（3）当的取值介于情况（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，中包含频率为、Ω的载频分量和上下边频分量。情况（2）和（3）下，中包含频率为、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。2.2单端输出的差分对放大器调幅电路电路图如上图，载波频率4MHz，振幅0.1V；调制信号频率100KHz，直流偏置-3V，振幅2V。L1=1.6uH，C1=1000pF，R1=2kΩ。直流电压为8V和-8V，R2=2kΩ。幅频特性如下图：调制信号波形如下图：调制信号频谱如下图：载波波形如下图：载波频谱如下图：已调波波形如下图：已调波频谱如下图：单端输出的差分对放大器条幅电路在线性区、开关状态和非线性区的仿真电路图如上图。：将V2交流电压幅度改为15mV<，此时差动放大器工作在线性区。已调波波形如下图：Q2集电极电流频谱如下图：如图，Q2集电极电流包含频率为、Ω的载频分量和上下边频分量时变电流波形：时变电导波形为：将V2交流电压幅度改为0.5V>4，此时差动放大器工作在开关状态。已调波波形如下图：Q2集电极电流频谱如下图：Q2集电极电流中包含频率为、Ω（n=1,2,3，…）的载频分量和上下边频分量。时变电流波形：时变电导波形：将V2交流电压幅度改为70mV，此时差动放大器工作在非线性区。已调波波形如下图：Q2集电极电流频谱如下图：Q2集电极电流中包含频率为、Ω（n=1,2,3，…）的载频分量和上下边频分量。时变电流波形：时变电导波形：2.4双端端输出的差分对放大器调幅电路双端输出的差分对放大器调幅电路如上图（a）所示。其中，。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：和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，而和各自的在LC回路中流向相反，产生的电压反向抵消，实现平衡对消，在中去除了载频分量。在<时，有：其中包括频率为±Ω的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当<条件不满足时，包含的谐波分量，和相