射频电路大作业

射频电路基础大作业目录第一部分基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析1、单端输出的差分对放大器及其基本参数------------------------------12、线性时变电路调幅------------------------------------------------43、差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性----------------64、双端输出的差分对放大器-----------------------------------------135、总结-----------------------------------------------------------166、参考资料-------------------------------------------------------16第二部分数字调制与解调的集成器件1、概述-----------------------------------------------------------172、振幅键控调制（ASK）--------------------------------------------173、频移键控调制（FSK）--------------------------------------------184、针对窄带系统的单片射频发射器CC1070简介及应用------------------201）概述--------------------------------------------------------202）特性--------------------------------------------------------203）封装引脚----------------------------------------------------214）典型应用----------------------------------------------------225、总结-----------------------------------------------------------226、参考资料-------------------------------------------------------22第一部分基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析摘要本文主要介绍了利用PSpice电路仿真软件，实现振幅调制的过程，以及对电路性能的分析。主要完成了四个部分：测算单端输出的差分对放大器的基本参数；实现线性时变电路调幅；测量差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性；实现双端输出的差分对放大器。关键词：振幅调制差动放大器PSpice仿真1基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析仿真任务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。4、参考课本例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和效果。一、单端输出的差分对放大器及其基本参数差分对放大器的基本结构参考课本140页图5.3.15。选取参数：𝑈𝐷𝐷=8𝑉,𝑈𝐸𝐸=−8𝑉𝐿=1.3𝜇𝐻,𝐶=800𝑝𝐹,𝑅𝑒=2𝑘𝛺输入信号：𝑈𝑐𝑚=0.1𝑉,𝑓=5𝑀𝐻𝑧恒流源:𝐼=20𝑚𝐴单端输入的差分对放大器如下图所示：仿真结果：输入电压的波形和频谱：2测量结果：输入电压为99.194mV输入电流的波形和频谱：3测量结果：输入电流为206.278uA输出电压的波形和频谱：测量结果：输出电压为7.6382V综合上面三次测量结果𝑈𝑖𝑚=99.194𝑚𝑉𝐼𝑖𝑚=206.278𝜇𝐴𝑈𝑜𝑚=7.6382𝑉4可以计算电压放大倍数和差模输入电阻分别为𝐴𝑑=𝑈𝑜𝑚𝑈𝑖𝑚=77.0𝑅𝑖=𝑈𝑖𝑚𝐼𝑖𝑚=480.9𝛺二、线性时变电路调幅(a)原理电路；(b)转移特性用载波作为差模输入电压，调制信号作为电流源控制电压，线路图如下：5参数选择：𝑈𝐷𝐷=8𝑉,𝑈𝐸𝐸=−8𝑉𝐿=1𝜇𝐻,𝐶=1000𝑝𝐹,𝑅𝑒=𝑅𝐸=2𝑘𝛺载波：𝑈𝑐𝑚=0.1𝑉,𝑓=5𝑀𝐻𝑧调制信号：𝑈𝛺𝑚=2𝑉,𝑓=100𝑘𝐻𝑧,𝑈𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡=−3𝑉仿真结果：载波波形调制信号波形已调波波形6已调波的频谱三、差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性改变载波振幅，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。如图所示，1V和2V的集电极电流1Ci和2Ci与cu和3Ci之间的关系符合双曲正切函数。根据差分对放大器的电流方程，有：31(1)22CcCTiuithU其中，TU为热电压。对电流源进行分析可得到：()33EEBEonCEEUUuiiR代入得：()1()0(1)221(1)(1)2222()()EEBEoncCETEEBEonccETETUUuuithRUUUuuththuRURUItgtu其中：()0()(1)22EEBEoncETUUuItthRU71()(1)22cETugtthuRU以下分三种情况讨论0()()Itgt和中的双曲正切函数：（1）当cmTUU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：22ccTTuuthUU（2）当cmTUU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：21(0)()1(0)2ccccTuuthktuU其中2()ckt称为双向开关函数。（3）当cmU的取值介于情况（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：211cos(21)2ccmncnTTuUthntUU情况（1）下，1Ci中包含频率为cc、的载频分量和上下边频分量，情况（2）和情况（3）下，1Ci中包含频率为(21)(21)ccnn、（其中1,2,3,...n）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。8根据以上理论，构建线路图如下：调整载波振幅，分别使差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区。1.线性区令𝑈𝑐𝑚=10𝑚𝑉𝑈𝑇=26𝑚𝑉，仿真结果如下：输出电流𝐼𝑐输出电压𝑈𝑜9输出电压𝑈𝑜频谱2.非线性区令𝑈𝑐𝑚=50𝑚𝑉,𝑈𝑇𝑈𝑐𝑚4𝑈𝑇，仿真结果如下：输出电流𝐼𝑐输出电压𝑈𝑜10输出电压𝑈𝑜频谱3.开关区令𝑈𝑐𝑚=150𝑚𝑉4𝑈𝑇=104𝑚𝑉，仿真结果如下：输出电流𝐼𝑐输出电压𝑈𝑜11输出电压𝑈𝑜频谱静态时变电流和时变电导𝐼0(𝑡)=𝑈𝐸𝐸−𝑈𝑏𝑒(𝑜𝑛)2𝑅𝐸(1+𝑡ℎ𝑢𝑐2𝑈𝑇)𝑔(𝑡)=12𝑅𝐸(1+𝑡ℎ𝑢𝑐2𝑈𝑇)1.线性区：𝑈𝑐𝑚=10𝑚𝑉𝑈𝑇=26𝑚𝑉静态时变电流12时变电导2.非线性区：𝑈𝑐𝑚=50𝑚𝑉,𝑈𝑇𝑈𝑐𝑚4𝑈𝑇静态时变电流时变电导133.开关区：𝑈𝑐𝑚=150𝑚𝑉4𝑈𝑇=104𝑚𝑉静态时变电流时变电导四、双端输出的差分对放大器双端输出的差分对放大器原理图如右图所示。调整参数：𝑈𝐷𝐷=8𝑉,𝑈𝐸𝐸=−8𝑉𝐿=1𝜇𝐻,𝐶=986𝑝𝐹,𝑅𝑒=𝑅𝐸=2𝑘𝛺载波：𝑈𝑐𝑚=10𝑚𝑉,𝑓=5𝑀𝐻𝑧调制信号：𝑈𝛺𝑚=2𝑉,𝑓=100𝑘𝐻𝑧,𝑈𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡=−3𝑉14仿真线路为：根据差分对放大器的电流方程，晶体管1Q和2Q的集电极电流分别为33313332(1)22222(1)22222CCCCTTCCCCTTiiiuuiththUUiiiuuiththUU其中晶体管3Q提供电流源电流：()33EEBEoncCEEUUuiiR由各个电流成分在电路中的分布得输出电流:322CoTiuithU将在LC并联谐振回路上产生输出电压ou，而1Ci和2Ci各自的32Ci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ou中去除了载频分量。当cmTUU时，有：15()33222222EEBEoncCCoTTETUUuiiuuuithUURU其中包括频率为c的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当cmTUU条件不满足时，2TuthU包含u的谐波分量，和cu相乘后频谱分布在c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。仿真结果：输出波形输出信号频谱从频谱上可看出，该输出信号是一双边带调幅信号。频谱中去除了载频分量，只保留了上、下边频分量，且上下边频分量大小相等。16五、总结本次仿真实验借助OrCAD10.5软件（PSpice），对用差分对放大器实现振幅调制进行了仿真，并测算单端输出的差分对放大器的基本参数，测量了差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性，最后实现了双端输出的差分对放大器。这次仿真实验使我对振幅调制和计算机电路仿真有了更深刻的理解。六、参考资料【1】赵建勋，陆曼如，邓军，《射频电路基础》，西安电子科技大学出版，2010年9月【2】孙肖子，张企民，赵建勋等，《模拟电子电路及技术基础（第二版）》，西安电子科技大学出版社，2008年1月【3】楼顺天，姚若玉，沈俊霞，《MATLAB7.x程序设计语言（第二版）》，西安电子科技大学出版社，2007年8月17第二部分数字调制与解调的集成器件一、概述数字频带传输中，载波可以由正弦波振荡器产生，包括振幅、频率和相位三个基本参数。数字调制可以对这三个参数进行，分别实现振幅键控（ASK）调制、频移键控（FSK）调制和相移键控（PSK）调制。数字基带信号的码元一般是二进制码元，对应的调制称为二进制调制，生成的已调波有两种离散状态。在二进制码元的基础上，为了获得多进制码元，发射机在调制前增加了2-M电平转换电路，将二进制数字代码序列转换成多进制数字基带信号，接收机解调后，再通过M-2电平转换电路将多进制数字基带信号转换回二进制数字代码序列。如果将每N位二进制码元编为一组进行电平转换，则每个多进制码元有M=2N种取值，当N=2，3，4，…时分别实现四进制调制、八进制调制、十六进制调制等。本文主要介绍振幅键控（ASK）调制、频移键控（FSK）调制和采用这两种调制方式工作的射频芯片CC1070。二、振幅键控调制（ASK）振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”和“1”的振幅键控成为二进制振幅键控（BASK）。最为常用的是一种称为通-断键控(OOK)的方式，其表达式为0,0;1,coscsmBASKkkAAtUu其波形为：uBASK的波形18BASK的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法，如下图所示。(a)模拟调制法（乘法器）(b)键控法BASK信号的解调通常有两种：包络检波法和相干解调法，原理如下图。包络检波法相干解调法三、频移键控调制（FSK）二进制数字基带信号作