通信電子線路PSpice仿真的研究與實現

摘 要:應用PSpice電子輔助仿真設計軟件系統對通信電子線路進行仿真，仿真中采用了含小信號調諧放大的集電極調幅及二極管檢波綜合電路，并對電路元件參數優化要求進行分析，對各電路參量進行仿真測量。仿真效果表明，通信電子線路的可行性設計可充分結合PSpice仿真平臺的高效性進行優化設計。

關鍵詞:PSpice; 通信電子線路; 諧振回路; 檢波電路

中圖分類號:TP393.01 文獻標識碼:A

文章編號: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電子輔助仿真設計軟件經過多年的快速發展，具備了強大的電路設計與仿真能力，提供了大量的電子元器件模型[1]，能實現各電路參量的測試、分析功能及電氣規則檢查與器件庫的構建功能。在掌握電路原理的基礎上，能方便地利用電子輔助仿真設計軟件PSpice完成所需電路的模擬。本文通過通信電子線路電路仿真，證明PSpice輔助設計有利于完成電路的設計、分析、優化、調試和測量。

1 通信電子線路中PSpice仿真的作用

在完成既定的非線性電路設計的基礎上，逐步全面掌握電子輔助仿真軟件的使用，完善非線性電路的分析方法，從而有助于熟練掌握通信電子線路電路設計要求。通過完成通信電子線路中小信號調諧放大器的設計，理解高頻線路中各元器件參數的選擇，同時，利用軟件掌握對放大器處于諧振時各項技術指標的測試。在完成二極管開關混頻器[2-3]的設計中，學會利用電子輔助仿真軟件進行電路頻譜分析;在高頻正弦波振蕩器設計測試中，通過電子輔助仿真軟件可以實現實際電路中未能觀察到的極短時間電路起振過程;PSpice能很好地完成變容二極管調頻、集成模擬乘法器等高頻電子電路的各電參量掃描和仿真。對通信電子線路中綜合電路的仿真實現，更能提高對電路的全面分析、設計能力。下面通過通信電子線路中含小信號調諧放大的集電極調幅及二極管檢波的電路進行仿真分析。

2 通信電子線路PSpice仿真電子原理圖

圖1所示為PSpice電路原理圖:集電極調幅及二極管檢波的電路。高頻小信號Vc經諧振放大電路后作為集電極調幅電路的載波信號輸入，調制低頻信號則從調幅電路集電極輸入，再把調幅輸出信號輸送到二極管檢波電路解調[4-6]，因Q1級作為高頻小信號放大級，放大電路可工作在甲類狀態，諧振回路作為輸出，就具有選頻作用。而集電極調幅放大級作為既要考慮功率放大作用，又要起到調制作用，所以采用丙類放大工作狀態，如圖1中的Q2級放大所示。檢波采用的二極管檢波電路能夠滿足大信號的解調。

在確定好電路基本功能結構后，需要設置每一電子元器件的具體參數，而優化元器件參數的具體過程最能提高學習者的電路設計能力。如圖1中，Q1級甲類放大電路，要考慮好交、直流通路的合理設置，選擇好放大電路的靜態工作點，而且LC諧振回路的諧振頻率要滿足在載波信號頻率上。

圖1 含小信號調諧放大的集電極調幅及

二極管檢波的PSpice原理圖

集電極調幅級放大電路的參數需滿足較大的功率輸出、較高的放大器輸出效率、較好的信號調制效果。要滿足這些條件，要求元器件參數:

Q2級放大器處于丙類放大工作狀態;在低頻調制信號幅值為零時，調節好高頻載波信號的大小，使Q2級放大器處于過壓工作狀態，此時流經Q2級放大器發射極電流Ie波形成下凹，以確保放大器處于過壓工作狀態，這樣才能更好地實現集電極的調幅效果。

二極管檢波電路首先要考慮采用的檢波二極管PN結的結電容要盡量小，以減少結電容對二極管檢波結果的影響;其次應注意要達到一定功率輸出時，交直流負載的大小選擇優化，避免檢波的負峰值切割失真;再需設置好檢波電路中電阻與電容，滿足相應的時間常數，避免檢波的惰性失真。

3 PSpice仿真分析

圖1中的載波信號Vc為10.7 MHz的正弦波;VΩ為1 kHz的調制正弦信號。選用輸入導納與輸出導納都小的晶體管，以及在接入系數小的情況下，兩級諧振頻率須在10.7 MHz處。

fp=12πLCT=12πL(C+P21Coe1+P22Cie2)

式中:P1為本級晶體管輸出端對諧振回路的接入系數[3];P2為下級晶體管輸出端對諧振回路的接入系數;Coe1為晶體管的輸出電容;Cie2為下級晶體管的輸入電容。據此可以確定L，C并聯諧振回路的電感、電容值。當圖1中C11=120 pF時，變壓器TX1的初級電感量約為2 μH。設置好參數后可以利用PSpice的交流分析掃描出電路的幅頻特性圖。圖2為Q1級諧振放大電路的PSpice幅頻特性。從圖2中能直觀地測定電路諧振點。

調整Q2級放大器工作狀態時，可以利用PSpice的電壓探針[7-10]測量出Q2級E極電流波形，使電流波形產生下凹，達到放大器工作在過壓狀態，以便調幅成功。從變壓器TX輸出的調幅信號如圖3所示。該調幅信號經二極管檢波電路后的解調輸出如圖4所示。

圖2 調諧放大電路PSpice掃描的幅頻特性圖

圖3 集電極調幅波形圖

圖4 二極管檢波輸出波形

二極管檢波時，若把高頻載波信號描述為:

Vc=Vcmcos(ωct)

(1)

低頻調制信號為:

VΩ=VΩmcos(ωΩt)

(2)

則已調波表示為:

VAM=Vcm\\cos(ωct)

(3)

式中:ma為調幅系數;

Ω為調制信號VΩ的角頻率;Vcm為高頻信號Vc的振幅;VΩm為調制信號VΩ的振幅;VAM為調幅波的振幅。

令二極管檢波電路中的直流負載為RL，交流負載為Rg，為克服惰性失真，則電路的時間常數RLC大小受到限制[7]。要求:

RLC≤(1-m2a)/(maΩ)

(4)

否則會產生圖5所示的PSpice仿真出的檢波對角線失真波形圖。

當輸入低頻信號比較大，形成調幅波電壓的調幅系數ma較大，此時若設置二極管檢波電路中的交、直流負載不適當時，造成交、直流負載較大差異，輸出的檢波信號就會在其負峰值附近被切平，形成如圖6所示 PSpice仿真的檢波負峰切割失真波形。

圖5 檢波對角線失真

圖6 檢波負峰切割失真

在PSpice仿真過程中，可以更好地掌握電路各分立元件的參量設置如何影響到電路輸出效果，從而避免所設計的電路產生對角線切割失真現象和負峰切割失真現象。通過對電路中電參量波形的測量，易于理解產生各種現象的原因。

4 結 語

利用PSpice分析含小信號調諧放大的集電極調幅

及二極管檢波電路，通過電路設計目標和元件參數要求及仿真結果來綜合體現PSpice電子輔助仿真設計系統應用于通信電子線路仿真的高效性，進而利用電子輔助仿真設計軟件提供的可自由開發、設計、檢驗平臺，進行創新性電路設計。

參考文獻

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