通信电子线路PSpice仿真的研究与实现

摘 要:应用PSpice电子辅助仿真设计软件系统对通信电子线路进行仿真,仿真中采用了含小信号调谐放大的集电极调幅及二极管检波综合电路,并对电路元件参数优化要求进行分析,对各电路参量进行仿真测量。仿真效果表明,通信电子线路的可行性设计可充分结合PSpice仿真平台的高效性进行优化设计。

关键词:PSpice; 通信电子线路; 谐振回路; 检波电路

中图分类号:TP393.01 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)11-0094-03

Realization of Experimental Simulation of Communication Electronic Circuit Based on PSpice

ZHANG Yi-Xiong1, WU Jun-hao1, HONG Zheng-bing2

(1. Deparment of Physics and Electronic Engineering, Hanshan Normal University, Chaozhou 521041, China;

2. Network and Educational Technology Center, Hanshan Normal University, Chaozhou 521041, China)

Abstract: The simulation of a communication electronic circuit was performed with PSpice in an experiment. The synthesis circuit including the circuit of collecting anode amplitude modulation and diode envelope detection was adopted to measure all the circuit parameters during the simulation experiment. The result of simulation shows that the PSpice system is efficient, and that the optimization design for communication electronic circuits can be implemented in combination with high efficiency of PSpice simulation platform.

Keywords: PSpice; communication electronic circuit; resonance circuit; detecting circuit

OrCAD/PSpice电子辅助仿真设计软件经过多年的快速发展,具备了强大的电路设计与仿真能力,提供了大量的电子元器件模型[1],能实现各电路参量的测试、分析功能及电气规则检查与器件库的构建功能。在掌握电路原理的基础上,能方便地利用电子辅助仿真设计软件PSpice完成所需电路的模拟。本文通过通信电子线路电路仿真,证明PSpice辅助设计有利于完成电路的设计、分析、优化、调试和测量。

1 通信电子线路中PSpice仿真的作用

在完成既定的非线性电路设计的基础上,逐步全面掌握电子辅助仿真软件的使用,完善非线性电路的分析方法,从而有助于熟练掌握通信电子线路电路设计要求。通过完成通信电子线路中小信号调谐放大器的设计,理解高频线路中各元器件参数的选择,同时,利用软件掌握对放大器处于谐振时各项技术指标的测试。在完成二极管开关混频器[2-3]的设计中,学会利用电子辅助仿真软件进行电路频谱分析;在高频正弦波振荡器设计测试中,通过电子辅助仿真软件可以实现实际电路中未能观察到的极短时间电路起振过程;PSpice能很好地完成变容二极管调频、集成模拟乘法器等高频电子电路的各电参量扫描和仿真。对通信电子线路中综合电路的仿真实现,更能提高对电路的全面分析、设计能力。下面通过通信电子线路中含小信号调谐放大的集电极调幅及二极管检波的电路进行仿真分析。

2 通信电子线路PSpice仿真电子原理图

图1所示为PSpice电路原理图:集电极调幅及二极管检波的电路。高频小信号Vc经谐振放大电路后作为集电极调幅电路的载波信号输入,调制低频信号则从调幅电路集电极输入,再把调幅输出信号输送到二极管检波电路解调[4-6],因Q1级作为高频小信号放大级,放大电路可工作在甲类状态,谐振回路作为输出,就具有选频作用。而集电极调幅放大级作为既要考虑功率放大作用,又要起到调制作用,所以采用丙类放大工作状态,如图1中的Q2级放大所示。检波采用的二极管检波电路能够满足大信号的解调。

在确定好电路基本功能结构后,需要设置每一电子元器件的具体参数,而优化元器件参数的具体过程最能提高学习者的电路设计能力。如图1中,Q1级甲类放大电路,要考虑好交、直流通路的合理设置,选择好放大电路的静态工作点,而且LC谐振回路的谐振频率要满足在载波信号频率上。

图1 含小信号调谐放大的集电极调幅及

二极管检波的PSpice原理图

集电极调幅级放大电路的参数需满足较大的功率输出、较高的放大器输出效率、较好的信号调制效果。要满足这些条件,要求元器件参数:

Q2级放大器处于丙类放大工作状态;在低频调制信号幅值为零时,调节好高频载波信号的大小,使Q2级放大器处于过压工作状态,此时流经Q2级放大器发射极电流Ie波形成下凹,以确保放大器处于过压工作状态,这样才能更好地实现集电极的调幅效果。

二极管检波电路首先要考虑采用的检波二极管PN结的结电容要尽量小,以减少结电容对二极管检波结果的影响;其次应注意要达到一定功率输出时,交直流负载的大小选择优化,避免检波的负峰值切割失真;再需设置好检波电路中电阻与电容,满足相应的时间常数,避免检波的惰性失真。

3 PSpice仿真分析

图1中的载波信号Vc为10.7 MHz的正弦波;VΩ为1 kHz的调制正弦信号。选用输入导纳与输出导纳都小的晶体管,以及在接入系数小的情况下,两级谐振频率须在10.7 MHz处。

fp=12πLCT=12πL(C+P21Coe1+P22Cie2)

式中:P1为本级晶体管输出端对谐振回路的接入系数[3];P2为下级晶体管输出端对谐振回路的接入系数;Coe1为晶体管的输出电容;Cie2为下级晶体管的输入电容。据此可以确定L,C并联谐振回路的电感、电容值。当图1中C11=120 pF时,变压器TX1的初级电感量约为2 μH。设置好参数后可以利用PSpice的交流分析扫描出电路的幅频特性图。图2为Q1级谐振放大电路的PSpice幅频特性。从图2中能直观地测定电路谐振点。

调整Q2级放大器工作状态时,可以利用PSpice的电压探针[7-10]测量出Q2级E极电流波形,使电流波形产生下凹,达到放大器工作在过压状态,以便调幅成功。从变压器TX输出的调幅信号如图3所示。该调幅信号经二极管检波电路后的解调输出如图4所示。

图2 调谐放大电路PSpice扫描的幅频特性图

图3 集电极调幅波形图

图4 二极管检波输出波形

二极管检波时,若把高频载波信号描述为:

Vc=Vcmcos(ωct)

(1)

低频调制信号为:

VΩ=VΩmcos(ωΩt)

(2)

则已调波表示为:

VAM=Vcm\cos(ωct)

(3)

式中:ma为调幅系数;

Ω为调制信号VΩ的角频率;Vcm为高频信号Vc的振幅;VΩm为调制信号VΩ的振幅;VAM为调幅波的振幅。

令二极管检波电路中的直流负载为RL,交流负载为Rg,为克服惰性失真,则电路的时间常数RLC大小受到限制[7]。要求:

RLC≤(1-m2a)/(maΩ)

(4)

否则会产生图5所示的PSpice仿真出的检波对角线失真波形图。

当输入低频信号比较大,形成调幅波电压的调幅系数ma较大,此时若设置二极管检波电路中的交、直流负载不适当时,造成交、直流负载较大差异,输出的检波信号就会在其负峰值附近被切平,形成如图6所示 PSpice仿真的检波负峰切割失真波形。

图5 检波对角线失真

图6 检波负峰切割失真

在PSpice仿真过程中,可以更好地掌握电路各分立元件的参量设置如何影响到电路输出效果,从而避免所设计的电路产生对角线切割失真现象和负峰切割失真现象。通过对电路中电参量波形的测量,易于理解产生各种现象的原因。

4 结 语

利用PSpice分析含小信号调谐放大的集电极调幅

及二极管检波电路,通过电路设计目标和元件参数要求及仿真结果来综合体现PSpice电子辅助仿真设计系统应用于通信电子线路仿真的高效性,进而利用电子辅助仿真设计软件提供的可自由开发、设计、检验平台,进行创新性电路设计。

参考文献

[1]赵雅兴.PSpice与电子器件模型[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.

[2]严国萍,卢占超.通信电子线路[M].北京:科学出版社,2007.

[3]胡宴如,耿苏燕.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,2009.

[4]谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路非线性部分[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5]张肃文.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,2004.

[6]刘静波.高频电子线路实践教学的建设和探索[J].电气电子教学学报,2006,28(4):87-90.

[7]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001.

[8]高远,姚澄,朱昌平.高频电子线路仿真实验的设计与实现[J].实验室研究与探索,2009,28(2):85-89.

[9]吴少琴,宋宁.PSpice仿真中收敛问题研究[J].现代电子技术,2008,31(20):91-93.

[10]高燕梅.基于PSpice的振荡器起振特性的仿真研究[J].实验技术与管理,2007,24(2):91-93.

推荐访问:仿真 通信 电子线路 研究 PSpice