北京航空航天大学通信电路原理上机实验报告.docx
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北京航空航天大学通信电路原理上机实验报告
......
CAD实验一
2-12．用有源RC电路实现习题2-11所得低通滤波器，并用PSpice程序分析其中所用运算
放大器的参数对滤波器频率特性的影响，这些参数包括：
（1）输入与输出电阻；
（2）增益；
（3）频率特性（只考虑单极点运算放大器）。
清对分析结果作简单说明。
[注]运算放大器用宏观模型表示，参考宏模型示于下。
一、设计电路：
设计的Butterworth滤波器如下所示
专业技术资料
......
对上图节点列方程
：
Vs（s）
V1（s）
V1（s）sC1
V1（s）V2（s）
Rs
sL2
V1（s）
V2（s）
V2（s）
sL2
RL
又有Rs
RL
V1（s）
1
（s）V1（s）V2（s）]
[Vs
sRLC1
V2（s）
RL[V1（s）
V2（s）]
sL2
实现此方程组的功能框图如下
R11R12R13R21R22RL600
专业技术资料
......
C11C10.118F
L2
C21RL20.188F
根据上面的计算，有源RC低通滤波器电路的电路图如下所示。
二、宏模型仿真
放大器宏模型及仿真电路如下
专业技术资料
......
1.输入电阻的影响：
Rin=10时：
Rin=1k时：
专业技术资料
......
Rin=10k时：
Rin=1M时：
对比可知：
输入电阻的变化对输出的影响很小，但是，可以发现随着输入电阻的增大，幅
频特性也随之变大，但是，低通效果却越来越差。
相频特性变化不明显。
2．输出电阻的影响：
专业技术资料
......
Ro=10时：
Ro=1k时：
Ro=10K时：
Ro=1M时：
专业技术资料
......
由图知输出电阻对输出的影响很小,与输入电阻影响类似。
3．电容对输出的影响：
宏模型中电容值分别为：
1uF,1mF,1pF时，输出曲线如下：
专业技术资料
......
由图知，运放内部的电容质的改变对输出的影响很小。
4．频率特性：
当外电路电容分别变为：
0.1127mF、0.1127pF时，输出为分别为：
对比可知：
外电路电容对输出曲线有很大的影响，电容值得增大会使通频带变窄。
5、总结
专业技术资料
......
在一定的增益带宽积下，输入阻抗越大，输出阻抗越小，效果越好。
而只要GBW达到一定
的值，再提高增益带宽积对低通滤波器的改善并不很大（电容改变影响不大），要更多地
改善低通滤波器只能靠设计更高阶的Butterworth滤波器等等其他的滤波器（改变外电
容）。
CAD实验二
3-17．题图所示为单管共射极放大电路的原理图。
设晶体管的参数为：
F100，
RBB'80，CJC02.5pF，fT400MHz，VA。
调节偏置电压VBB使
ICQ1mA。
用Pspice程序求解：
（1）计算电路的上限频率fH和增益带宽积GBW；
（2）将RBB'改为200Ω，其他参数不变，重复
（1）的计算；
（3）将RS改为1KΩ，其他参数不变，重复
（1）的计算；
（4）将CJC0改为9pF，其他参数不变，重复
（1）的计算；
（5）将fT从400MHz改为800MHz，其他参数不变，重复
（1）的计算；
根据上述结果讨论RBB'、RS、CJC0、fT对高频特性的影响。
专业技术资料
......
一、仿真结果
（1）计算电路的上限频率
fH和增益带宽积G
BW；
1
1
159.1
fT
re
2re（CbeCbc）
2fT（Cbe
Cbc）
当VBB1.1355V时，ICQ1mA。
A020.3942dB10.464，fH12.3759MHz，fL15.9Hz
GBWA0（fHfL）129.5MHz
专业技术资料
......
（2）将RBB'改为200Ω，其他参数不变；
当VBB
1.1365V
时，ICQ
1mA
。
A0
20.3387dB
10.398
，fH
9.7209MHz，fL16.0Hz
G
BW
A0（fH
fL）
101.08MHz.
（3）将RS改为1KΩ，其他参数不变；
当
VBB
1.1355
时，I
1mA。
CQ
V
A0
19.7174dB
9.680，fH
4.6951MHz，fL14.9Hz
G
BW
A0（fH
fL）
45.45MHz
（4）将CJC0
改为9pF，其他参数不变；
当VBB
1.1355V
时，ICQ
1mA
。
A0
20.3936dB
10.464，fH
3.4251MHz，fL16.0Hz
G
BW
A0（fHfL）
35.84MHz
专业技术资料
......
（5）将fT
从400MHz
改为800MHz，其他参数不变；
fT
1
1
79.6
Cbc）
re
2re（Cbe
2fT（Cbe
Cbc）
当VBB
1.055V时，ICQ
1mA
。
A0
25.1799dB18.155，fH
8.6150MHz，fL22.5Hz
G
BW
A0（fHfL）
156.4MHz
二、结果分析
根据上述结果可知RBB'、RS、CJC0
、fT对高频特性的影响如下
：
RBB'：
由于基极体电阻会消耗能量
，产生负反馈，而且高频时将对fH
有所影响，
所以RBB'增大引起GBW降低；
RS：
由于电源内阻会消耗能量
，而且在高频时
RS的电容效应显现出来
，导致损
耗加大，所以RS增大引起GBW降低；
CJC0：
由于B-C结零偏置耗尽电容跨接在输入
、输出之间，构成放大器内部反馈
通路，在高频时引起强烈的负反馈
，晶体管的频率特性大受影响
，所以CJC0增大引起
GBW降低；
fT：
特征频率fT高于截止频率，约等于fT的0倍；表示双极型晶体管在共发射
极运用时能得到电流增益的最高频率极限，所以截止频率的上升能增大GBW。
所以，为了使三极管得到好的频率特性，尽量减小RBB'、RS、CJC0，增大fT。
CAD实验三
专业技术资料
......
3-22．考虑一个被噪声污染的信号，很难看出它所包含的频率分量。
应用Matlab中的傅立
叶变换可以在噪声中发现淹没在其中的信号。
Y=fft（X,n）即是采用n点的FFT变换。
举例：
一个由50MHz和120MHz正弦信号构成的信号，受零均值随机噪声的干扰，数
据采样率为1000Hz.现可通过fft函数来分析其信号频率成份。
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））
二、信号功率密度谱
专业技术资料
......
三、分析小结
由功率谱密度可以看出，谱线最大的两条对应输入的50Hz和120Hz，并受随机噪声的干
扰。
与题意相符。
CAD实验四
4-35．利用Matlab程序和尖顶余弦脉冲的分解公式：
0（）
sincos
1（）
（1cos）
sincos
（1cos）
2（sinn
cos
ncosn
sin）
n（）
（n2
1）（1cos
）
n
专业技术资料
......
画出尖顶余弦脉冲分解系数图。
一、Matlab程序：
t=0:
0.001:
1;
rad=t*pi;
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:
n
A（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（'余弦脉冲的谐波分解系数'）;
二、余弦脉冲的谐波分解系数图
专业技术资料
......
CAD实验五
4-35．利用Matlab程序和尖顶余弦脉冲的分解公式：
0（）
sincos
1（）
（1cos）
sincos
（1cos）
n（
2（sinn
cos
ncosn
sin）
）
（n2
1）（1cos
）
n
画出尖顶余弦脉冲分解系数图
。
一、Matlab程序：
专业技术资料
......
t=0:
0.001:
1;
rad=t*pi;
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:
n
A（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（'余弦脉冲的谐波分解系数'）;
二、余弦脉冲的谐波分解系数图
专业技术资料
......
CAD实验六
5-20．题图所示是实验电路：
电容串联改进型三点式振荡电路（克拉泼电路）的电路图，
其中C1
C3,C2C3，C3是可变电容。
振荡频率主要由
LC3决定，f0
1
。
2
LC3
由于电路中串入了比C1小很多的电容C3，故晶体管集电极与振荡回路的耦合比电容三点
式反馈电路要弱很多。
用Pspice程序分析不同静态工作电流、不同反馈系数对振荡器特性
的影响。
设晶体管参数为：
IS1015A,F120,RBB'5,CJC01pF,CJE03pF,
F1ns（fT160MHz）,VA100V。
（1）调节电阻RB1，使ICQ2mA；
专业技术资料
......
（2）调节C3，计算振荡频率的变化范围fomin~fomax，并确定f0=6.5MHz时C3的取
值；
（3）C1和C2取如下不同值（反馈系数F
C1
），研究它们对起振点的影响
；
C2
C1
①C1
100pF,C2
1500pF；
②C1
110pF,C2
1000pF；
③C1
120pF,C2
680pF；
④C1680pF,C2120pF。
（4）改变电路静态工作电流，例如取0.5mA，1mA，3mA，5mA时研究它对振荡频率f0
和振荡幅度的影响；
（5）改变负载电阻RL，例如取33k、10k、4.7k，研究它对振荡频率f0和振荡幅度
的影响。
一、仿真结果
（1）调节电阻RB1，使ICQ2mA，即Ve2V。
C3（pF）fo（MHz）
专业技术资料
......
206.12
16010.55
84.86.5
C1
（2）C1和C2取如下不同值（反馈系数F），研究它们对起振点的影响；C1C2
RL=110KΩ,C3=84.8pF（53%of160pF）
C1
起振点
Rb1max=5
C1（pF）
C2（pF）
ICQ（mA）
F
C1
C2
Vop-p（V）
0K
100
1500
0.063
0.554
0.683
23%
110
1000
0.099
0.367
0.363
29%
120
680
0.150
0.250
0.267
34%
680
120
0.850
0.390
0.029
28%
注：
①为防止震荡稳定对静态工作点的影响
，静态工作点均用
DCSweep测得。
实验中可知，震荡稳定后的Icq要比起振时的Icq低。
②为了快速确定起振点，测试时先使之震荡，不断减小Ve，直到某点不再震荡。
（3）改变电路静态工作电流，例如取0.5mA，1mA，3mA，5mA时研究它对振荡频率f0
和振荡幅度的影响；
C1=120pF，C2=680pF，RL=110KΩ，C3=84.8pF（53%of160pF）
ICQ（mA）
0.50
0.99
2.02
3.02
4.00
4.233
Rb1（Ω）
12.2k
7.4k
3.15k
625
55
0
fo（MHz）
6.24
6.26
6.43
0
0
0
Vop-p（V
1.50
3.35
3.53
0
0
0
专业技术资料
......
）
随静态工作点增加，输出频率与幅度均变大，但当静态工作点过大，电路不起振。
（4）改变负载电阻RL，例如取33k、10k、4.7k，研究它对振荡频率f0和振荡幅度
的影响。
C1=120pF，C2=680pF，ICQ2.02mA，C3=84.8pF
RL（kΩ）11033104.7
fo（MHz）6.476.506.5316.77
Vop-p（V
3.4923.3113.2042.347
）
二、结果分析
1、环路的起振条件是AF>1,当输入输出电阻确定时，较大的反馈系数F可以保证有较小的
A和β就可以起振，从实验结果也可以看出，环路反馈系数F较大（前三组比较）时，起振点
较小，即容易起振；但F越大，使晶体管输入电阻反馈到输出端的等效电阻
Ri'
Ri2越
F
小，使总电阻R变小，而放大器放大倍数
A
R
随之下降，环路不易起振，且因A减
Ri
小，起振后的波形幅度也偏小。
所以反馈系数
F只在一段范围适合振荡器工作
，必须合理
选择。
2、电路静态工作电流影响震荡输出频率和幅度
。
因为由起振到进入稳态的过程中
，放大电
路的各个动态参数是由静态工作点决定的
。
所以不同的静态工作点对应不同的输出状况
。
3、改变负载电阻RL，可以改变回路Q值，负载越大，回路Q值越高，越利于起振；大负
载也使放大器放大倍数更高，因此负载越大，稳定输出震荡波形幅度越大。
由相位频率特
专业技术资料
......
性可知，Q值的降低会使震荡频率有所提高。
CAD实验七
6-8．采用SPICE程序中非线性受控源构成的理想相乘器宏模型如题图所示，其中，v1和
v2为输入信号，v3为输出信号。
v3f（v1,v2）为非线性受控源VCVS。
（1）为实现题图所示的受控源，VCVS的参数应如何设定。
（2）用理想相乘器宏模型产生标准幅度调制和抑制载波幅度调制的波形
，载波频率为
10KHz，调制频率为1KHz，调幅度分别为0.3和1.0。
（3）实际相乘器的两个输入端都具有一定的频率特性
，假定他们的频域传输函数相同且等
于H（j）
1
。
，请在宏模型中增加相应的电路模拟该频率特性
j
RC
一、实验仿真
1如图所示，把相乘器的放大增益设为1即可。
2
（1）标准幅度调制
专业技术资料
......
Vccos（2104t）V，Vs[10.3cos（2103t）]V,m=0.3时波形：
Vccos（2104t）V，Vs[0.30.3cos（2103t）]V,m=1时波形：
（2）抑制载波调幅波形
Vccos（2104t）V，Vs0.3cos（2103t）V
专业技术资料
......
3实际相乘器的两个输入端都具有一定的频率特性，假定他们的频域传输函数相同且等于
H（j）
1
，电路如下：
，在宏模型中增加相应的电路模拟该频率特性
j
RC
Vc4cos（2104t）V，Vs3cos（2103t）V输出波形为：
Vccos（2103t）V，Vs0.3cos（2102t）V输出波形为：
专业技术资料
......
二、仿真小结
1、由标准调幅（SAM）和抑制载波调幅（DSBAM）输出图像可以看出，SAM和DSBAM的区别
就是在零点附近的波形，SAM没有反向，DSBAM在零点的波形反向了。
2、信号经R=1kΩ,和C=1uF构成的低通滤波器再进入相乘器输入端,当输入端两个信号频率
较高时滤波器放大增益迅速见小,且输出波形起始时会有失真。
所以在混频器前端，应按输
入信号选用相应频带滤波器以防失真。
CAD实验八
CAD8幅度调制器电路的软件仿真
幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载
波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。
本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器，图（a）一为1496集成片的内部电路图，它
是一个四象限模拟相乘器的基本电路。
由差动放大器T5、T6、驱动双差放大器T1~T4组
成，T7、T8和T9为差动放大器T5、T6的恒流源，进行调幅时，载波信号加在双差动放大
器T1~T4的输入端即引出脚⑧、⑩之间，调制信号加在差动放大器T5、T6的输入端即①
和④脚之间
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