北京航空航天大學(xué)通信電路原理上機實驗報告

.精品.實用文檔精品.精品CAD實驗一2-12．用有源RC電路實現(xiàn)習(xí)題2-11所得低通濾波器，并用PSpice程序分析其中所用運算放大器的參數(shù)對濾波器頻率特性的影響，這些參數(shù)包括：（1）輸入與輸出電阻；（2）增益；（3）頻率特性（只考慮單極點運算放大器）。清對分析結(jié)果作簡單說明。[注]運算放大器用宏觀模型表示，參考宏模型示于下。一、設(shè)計電路：設(shè)計的Butterworth濾波器如下所示對上圖節(jié)點列方程：又有.精品.精品.精品實現(xiàn)此方程組的功能框圖如下根據(jù)上面的計算，有源RC低通濾波器電路的電路圖如下所示。.精品.精品.精品二、宏模型仿真放大器宏模型及仿真電路如下1.輸入電阻的影響：Rin=10時：Rin=1k時：.精品.精品.精品Rin=10k時：Rin=1M時：對比可知：輸入電阻的變化對輸出的影響很小，但是，可以發(fā)現(xiàn)隨著輸入電阻的增大，幅頻特性也隨之變大，但是，低通效果卻越來越差。相頻特性變化不明顯。2．輸出電阻的影響：Ro=10時：.精品.精品.精品Ro=1k時：Ro=10K時：Ro=1M時：.精品.精品.精品由圖知輸出電阻對輸出的影響很小,與輸入電阻影響類似。3．電容對輸出的影響：宏模型中電容值分別為：1uF,1mF,1pF時，輸出曲線如下：.精品.精品.精品由圖知，運放內(nèi)部的電容質(zhì)的改變對輸出的影響很小。4．頻率特性：當(dāng)外電路電容分別變?yōu)椋?.1127mF、0.1127pF時，輸出為分別為：對比可知：外電路電容對輸出曲線有很大的影響，電容值得增大會使通頻帶變窄。5、總結(jié)在一定的增益帶寬積下，輸入阻抗越大，輸出阻抗越小，效果越好。而只要GBW達到一定的值，再提高增益帶寬積對低通濾波器的改善并不很大（電容改變影響不大），要更多地改善低通濾波器只能靠設(shè)計更高階的Butterworth濾波器等等其他的濾波器（改變外電容）。.精品.精品.精品CAD實驗二3-17．題圖所示為單管共射極放大電路的原理圖。設(shè)晶體管的參數(shù)為：，，，，。調(diào)節(jié)偏置電壓使。用Pspice程序求解：（1）計算電路的上限頻率和增益帶寬積；（2）將改為200Ω，其他參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（3）將改為1KΩ，其他參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（4）將改為9pF，其他參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；（5）將從400MHz改為800MHz，其他參數(shù)不變，重復(fù)（1）的計算；根據(jù)上述結(jié)果討論、、、對高頻特性的影響。.精品.精品.精品一、仿真結(jié)果（1）計算電路的上限頻率和增益帶寬積；當(dāng)時，。，，（2）將改為200Ω，其他參數(shù)不變；當(dāng)時，。，，.（3）將改為1KΩ，其他參數(shù)不變；當(dāng)時，。.精品.精品.精品，，（4）將改為9pF，其他參數(shù)不變；當(dāng)時，。，，（5）將從400MHz改為800MHz，其他參數(shù)不變；當(dāng)時，。，，二、結(jié)果分析根據(jù)上述結(jié)果可知、、、對高頻特性的影響如下：：由于基極體電阻會消耗能量，產(chǎn)生負反饋，而且高頻時將對fH有所影響，所以增大引起降低；.精品.精品.精品：由于電源內(nèi)阻會消耗能量，而且在高頻時的電容效應(yīng)顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致?lián)p耗加大，所以增大引起降低；：由于B-C結(jié)零偏置耗盡電容跨接在輸入、輸出之間，構(gòu)成放大器內(nèi)部反饋通路，在高頻時引起強烈的負反饋，晶體管的頻率特性大受影響，所以增大引起降低；：特征頻率高于截止頻率，約等于的倍；表示雙極型晶體管在共發(fā)射極運用時能得到電流增益的最高頻率極限，所以截止頻率的上升能增大。所以，為了使三極管得到好的頻率特性，盡量減小、、，增大。CAD實驗三3-22．考慮一個被噪聲污染的信號，很難看出它所包含的頻率分量。應(yīng)用Matlab中的傅立葉變換可以在噪聲中發(fā)現(xiàn)淹沒在其中的信號。Y=fft（X,n）即是采用n點的FFT變換。舉例：一個由50MHz和120MHz正弦信號構(gòu)成的信號，受零均值隨機噪聲的干擾，數(shù)據(jù)采樣率為1000Hz.現(xiàn)可通過fft函數(shù)來分析其信號頻率成份。一、程序：>>t=0:0.001:0.6;>>X=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t);>>y=X+1.5*randn(1,length(t));>>Y=fft(y,512);>>P=Y.*conj(Y)/512;>>f=1000*(0:255)/512;>>plot(f,P(1:256))信號功率密度譜.精品.精品.精品三、分析小結(jié)由功率譜密度可以看出，譜線最大的兩條對應(yīng)輸入的50Hz和120Hz，并受隨機噪聲的干擾。與題意相符。CAD實驗四4-35．利用Matlab程序和尖頂余弦脈沖的分解公式：畫出尖頂余弦脈沖分解系數(shù)圖。一、Matlab程序：t=0:0.001:1;rad=t*pi;.精品.精品.精品n=6;A=zeros(6,1001);A(1,:)=(sin(rad)-rad.*cos(rad))/pi./(1-cos(rad));A(2,:)=(rad-sin(rad).*cos(rad))/pi./(1-cos(rad));fori=3:nA(i,:)=2*(sin(i*rad).*cos(rad)-i*cos(i*rad).*sin(rad))/i/pi/(i*i-1)./(1-cos(rad));end;t=t*180;plot(t,A(1,:),'r');holdon;plot(t,A(2,:),'b');holdon;plot(t,A(3,:),'g');holdon;plot(t,A(4,:),'m');holdon;plot(t,A(5,:),'k');holdon;gridon;xlabel('θ°');ylabel('αn');title('余弦脈沖的諧波分解系數(shù)');二、余弦脈沖的諧波分解系數(shù)圖.精品.精品.精品CAD實驗五4-35．利用Matlab程序和尖頂余弦脈沖的分解公式：畫出尖頂余弦脈沖分解系數(shù)圖。一、Matlab程序：t=0:0.001:1;rad=t*pi;n=6;.精品.精品.精品A=zeros(6,1001);A(1,:)=(sin(rad)-rad.*cos(rad))/pi./(1-cos(rad));A(2,:)=(rad-sin(rad).*cos(rad))/pi./(1-cos(rad));fori=3:nA(i,:)=2*(sin(i*rad).*cos(rad)-i*cos(i*rad).*sin(rad))/i/pi/(i*i-1)./(1-cos(rad));end;t=t*180;plot(t,A(1,:),'r');holdon;plot(t,A(2,:),'b');holdon;plot(t,A(3,:),'g');holdon;plot(t,A(4,:),'m');holdon;plot(t,A(5,:),'k');holdon;gridon;xlabel('θ°');ylabel('αn');title('余弦脈沖的諧波分解系數(shù)');二、余弦脈沖的諧波分解系數(shù)圖.精品.精品.精品CAD實驗六5-20．題圖所示是實驗電路：電容串聯(lián)改進型三點式振蕩電路（克拉潑電路）的電路圖，其中，是可變電容。振蕩頻率主要由決定，。由于電路中串入了比小很多的電容，故晶體管集電極與振蕩回路的耦合比電容三點式反饋電路要弱很多。用Pspice程序分析不同靜態(tài)工作電流、不同反饋系數(shù)對振蕩器特性的影響。設(shè)晶體管參數(shù)為：。（1）調(diào)節(jié)電阻，使；（2）調(diào)節(jié)，計算振蕩頻率的變化范圍，并確定=6.5MHz時的取值；.精品.精品.精品（3）和取如下不同值（反饋系數(shù)），研究它們對起振點的影響；①；②；③；④。（4）改變電路靜態(tài)工作電流，例如取0.5mA，1mA，3mA，5mA時研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響；（5）改變負載電阻，例如取33kW、10kW、4.7kW，研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響。一、仿真結(jié)果（1）調(diào)節(jié)電阻，使，即。C3(pF)fo(MHz)206.1216010.5584.86.5（2）和取如下不同值（反饋系數(shù)），研究它們對起振點的影響；RL=110KΩ,C3=84.8pF(53%of160pF).精品.精品.精品C1(pF)C2(pF)ICQ(mA)起振點Vop-p(V)Rb1max=50K10015000.0630.5540.68323%11010000.0990.3670.36329%1206800.1500.2500.26734%6801200.8500.3900.02928%注：①為防止震蕩穩(wěn)定對靜態(tài)工作點的影響，靜態(tài)工作點均用DCSweep測得。實驗中可知，震蕩穩(wěn)定后的Icq要比起振時的Icq低。②為了快速確定起振點，測試時先使之震蕩，不斷減小Ve，直到某點不再震蕩。（3）改變電路靜態(tài)工作電流，例如取0.5mA，1mA，3mA，5mA時研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響；C1=120pF，C2=680pF，RL=110KΩ，C3=84.8pF(53%of160pF)ICQ(mA)0.500.992.023.024.004.233Rb1(Ω)12.2k7.4k3.15k625550fo(MHz)6.246.266.43000Vop-p(V)1.503.353.53000隨靜態(tài)工作點增加，輸出頻率與幅度均變大，但當(dāng)靜態(tài)工作點過大，電路不起振。（4）改變負載電阻，例如取33kW、10kW、4.7kW，研究它對振蕩頻率和振蕩幅度的影響。C1=120pF，C2=680pF，，C3=84.8pFRL(kΩ)11033104.7fo(MHz)6.476.506.5316.77Vop-p(V)3.4923.3113.2042.347二、結(jié)果分析1、環(huán)路的起振條件是AF>1,當(dāng)輸入輸出電阻確定時，較大的反饋系數(shù)F可以保證有較小的A和β就可以起振，從實驗結(jié)果也可以看出，環(huán)路反饋系數(shù)F較大(前三組比較)時，起振點較小，即容易起振；但F越大，使晶體管輸入電阻反饋到輸出端的等效電阻越小，使總電阻變小，而放大器放大倍數(shù)隨之下降，環(huán)路不易起振，且因A減小，起振后的波形幅度也偏小。所以反饋系數(shù)F只在一段范圍適合振蕩器工作，必須合理選擇。2、電路靜態(tài)工作電流影響震蕩輸出頻率和幅度。因為由起振到進入穩(wěn)態(tài)的過程中，放大電路的各個動態(tài)參數(shù)是由靜態(tài)工作點決定的。所以不同的靜態(tài)工作點對應(yīng)不同的輸出狀況。.精品.精品.精品3、改變負載電阻，可以改變回路Q值，負載越大，回路Q值越高，越利于起振；大負載也使放大器放大倍數(shù)更高，因此負載越大，穩(wěn)定輸出震蕩波形幅度越大。由相位頻率特性可知，Q值的降低會使震蕩頻率有所提高。CAD實驗七6-8．采用SPICE程序中非線性受控源構(gòu)成的理想相乘器宏模型如題圖所示，其中，和為輸入信號，為輸出信號。為非線性受控源VCVS。（1）為實現(xiàn)題圖所示的受控源，VCVS的參數(shù)應(yīng)如何設(shè)定。（2）用理想相乘器宏模型產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制和抑制載波幅度調(diào)制的波形，載波頻率為10KHz，調(diào)制頻率為1KHz，調(diào)幅度分別為0.3和1.0。（3）實際相乘器的兩個輸入端都具有一定的頻率特性，假定他們的頻域傳輸函數(shù)相同且等于，請在宏模型中增加相應(yīng)的電路模擬該頻率特性。一、實驗仿真1如圖所示，把相乘器的放大增益設(shè)為1即可。2(1)標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 ，,m=0.3時波形：.精品.精品.精品 ，,m=1時波形： (2)抑制載波調(diào)幅波形，3實際相乘器的兩個輸入端都具有一定的頻率特性，假定他們的頻域傳輸函數(shù)相同且等于，在宏模型中增加相應(yīng)的電路模擬該頻率特性，電路如下：.精品.精品.精品，輸出波形為：，輸出波形為：.精品.精品.精品二、仿真小結(jié)1、由標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(SAM)和抑制載波調(diào)幅(DSBAM)輸出圖像可以看出，SAM和DSBAM的區(qū)別就是在零點附近的波形，SAM沒有反向，DSBAM在零點的波形反向了。2、信號經(jīng)R=1kΩ,和C=1uF構(gòu)成的低通濾波器再進入相乘器輸入端,當(dāng)輸入端兩個信號頻率較高時濾波器放大增益迅速見小,且輸出波形起始時會有失真。所以在混頻器前端，應(yīng)按輸入信號選用相應(yīng)頻帶濾波器以防失真。CAD實驗八CAD8幅度調(diào)制器電路的軟件仿真幅度調(diào)制是使高頻信號的振幅正比于一個低頻信號的瞬時值的過程，通常稱高頻信號為載波信號，低頻信號為調(diào)制信號，調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。本實驗采用集成模擬相乘器1496來構(gòu)成調(diào)幅器，圖(a)一為1496集成片的內(nèi)部電路圖，它是一個四象限模擬相乘器的基本電路。由差動放大器、、驅(qū)動雙差放大器組成，、和為差動放大器、的恒流源，進行調(diào)幅時，載波信號加在雙差動放大器的輸入端即引出腳⑧、⑩之間，調(diào)制信號加在差動放大器、的輸入端即①和④腳之間，、的兩發(fā)射極之間（即引出腳②、③之間）外接1k電阻，以擴大調(diào)制信號的動態(tài)范圍，已調(diào)信號取自雙差動放大器的兩集電極之間（即引出腳⑥、(12)之間）輸出。用1496集成片構(gòu)成的調(diào)幅器電路如圖(b)所示，圖中用來調(diào)節(jié)引出腳①和④之間的平衡，用來調(diào)節(jié)⑧、⑩腳之間的平衡，三極管3DG6為射極跟隨器，以提高調(diào)幅器帶負載的能力。（1）根據(jù)圖(a)和圖(b)畫出調(diào)幅器的電路圖；（2）實現(xiàn)全載波調(diào)幅（）；（3）實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅?！咎崾尽克虞斎胄盘栒垍⒖紝嶒炛v義。.精品.精品.精品題圖CAD8（補充）（a）1496模擬相乘器內(nèi)部電路題圖CAD8（補充）（b）相乘器調(diào)幅器一、仿真電路1496模擬相乘器內(nèi)部電路.精品.精品.精品相乘器實現(xiàn)調(diào)幅電路二、仿真結(jié)果1、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅.精品.精品.精品·（+）=（1+）·(1)時，即,,(2)時，即,,(3)抑制載波調(diào)幅,,.精品.精品.精品三、仿真小結(jié)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅m=1 抑制載波調(diào)幅經(jīng)過放大，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(SAM)m=1時波形和抑制載波調(diào)幅(DSBAM)輸出波形相比，SAM和DSBAM的區(qū)別就是在零點附近的波形，SAM沒有反向，DSBAM在零點的波形反向了。CAD實驗九實驗四調(diào)幅信號的解調(diào)電路的軟件仿真。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程，通常稱之為檢波。同步檢波與二極管峰值包絡(luò)檢波是常用的兩種調(diào)幅波解調(diào)電路。本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器，電路如圖（a）所示，載波信號經(jīng)電容加在⑧、⑩腳之間，相乘后的信號由12腳輸出，經(jīng)過、與組成的低通濾波器后，在解調(diào)輸出端得到恢復(fù)出來的調(diào)制信號。二極管包絡(luò)檢波器適合于解調(diào)含有較大載波分量的調(diào)幅信號，它具有電路簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，本實驗電路如圖（b）所示，它主要由檢波二極管D及RC低通濾波器組成，由于它是利用二極管的單向?qū)щ娂癛C元件的充放電特性實現(xiàn)檢波的。因此，RC時間常數(shù)的選取很關(guān)鍵，若RC時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真，若RC時間常數(shù)過小，高頻分量會濾除不干凈，綜合考慮要求滿足下式：式中m為調(diào)幅系數(shù)，為載波頻率，為調(diào)制信號角頻率。（1）根據(jù)1496集成片構(gòu)成解調(diào)器的電路，利用題CAD8的方法產(chǎn)生全載波調(diào)幅信號和抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號作為解調(diào)器的VAMIN端口的輸入信號，進行解調(diào)電路的軟件仿真。（2）根據(jù)二極管包絡(luò)檢波器的電路，進行對全載波調(diào)幅信號和抑制載波信號的軟件仿真。.精品.精品.精品題圖CAD9（補充）（a）相乘器解調(diào)器.精品.精品.精品題圖CAD9（補充）（b）二極管包絡(luò)檢波器一、仿真電路1496模擬相乘器內(nèi)部電路相乘器實現(xiàn)調(diào)幅電路.精品.精品.精品用相乘器實現(xiàn)調(diào)幅波的解調(diào)電路二、仿真結(jié)果1、同步解調(diào)（使用相乘器）標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制的解調(diào)：時，即，，。.精品.精品.精品已調(diào)信號的波形圖：調(diào)制信號的波形圖：解調(diào)信號的波形圖：可知解調(diào)器將調(diào)制信號解調(diào)出來。因為仿真用的都是虛擬元件，實際解調(diào)輸出波形不會這么干凈，會因通過濾波器未濾除雜波分量而有一定失真。2、二極管包絡(luò)解調(diào)時，即，，。已調(diào)信號的波形圖：.精品.精品.精品調(diào)制信號的波形圖：解調(diào)信號的波形圖：選擇合適的延遲時間RC,可以進行無失真解調(diào)。三、仿真總結(jié)：實際解調(diào)的波形不會是單一頻率波形，由于電路的頻率特性所限，輸出波形會有一定旁頻未濾除干凈。但為觀察方便，采用交流檔觀察輸出波形，而解調(diào)波形是有直流分量的。CAD實驗十CAD10單頻正弦信號調(diào)制的調(diào)頻波頻譜的MATLAB仿真分析.精品.精品.精品（1）編寫第一類Bessel函數(shù)與mF(0~10)的函數(shù)關(guān)系圖?！咎崾尽坷肕ATLAB中的第一類貝塞爾函數(shù)Besselj求得Jn(mF)的值。（2）畫出mF=0.5,1.0,3.0,5.0時，單頻正弦調(diào)制的調(diào)頻波的幅度頻譜。一、仿真結(jié)果1、編寫第一類Bessel函數(shù)與mF(0~10)的函數(shù)關(guān)系圖。（1）程序n=10;u=0:0.05:14;fori=0:nJ=besselj(i,u);h=plot(u,J);set(h,'Color',[rand,rand,rand]);holdon;endxlabel('mf');ylabel('Jn(mf)');title('Besselfunction');gridon;(2)圖形.精品.精品.精品2、畫出mF=0.5,1.0,3.0,5.0時，單頻正弦調(diào)制的調(diào)頻波的幅度頻譜。MATLAB的m程序源程序如下：function[]=fm(mf,wc,wf);ifmf<0error('pleasei