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实现“长尾四件套”幅度调制器

时间:2018-12-07 作者:John Dunn 阅读:
本设计实例描述了如何实现一个四晶体管差分放大器,即“长尾四件套”。这样的设计工作得不错。载波频率范围为10kHz至40MHz,调制频率范围为10Hz至50 kHz。跨导与发射极电流的线性关系意味着幅度调制性能非常好,而且满足了必须使用多家元器件来源的管理要求。

多年前,我需要制作一个幅度调制器作为信号发生器设计的一部分。我选用了RCA型CA3004作为可变跨导放大器,它工作得非常好。

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图1:CA3004的美好回忆。

图1中Q1和Q2表现出的跨导与Q3控制的发射极电流直接相关,并呈线性变化。通过Q3的电流越大,Q1和Q2的跨导越高,Q1和Q2提供的信号增益越多。整个电路通俗地称为“长尾对”。

虽然我的电路工作得非常好,但上面的领导发话说,一定不能依赖独家元器件供应商。而RCA却是这个CA3004器件的唯一来源,所以我不得不放弃这个成功的电路设计,而去构想其它办法。

你还别说,上面的领导是对的。大约一年后,RCA停止生产CA3004。虽然RCA有一系列类似的产品型号,其中包括CA3028。但除CA3028外,其它型号都跟CA3004一起被停产了。CA3028的产品寿命要长一些,我却选择了错误的型号。

我第一次尝试使用多来源器件是使用2N918型分立晶体管制作另一个长尾对。那时我才弄清发明集成电路的原因。2N918没有参数匹配或相互跟踪,因此两个器件之间的电流分配极不稳定,随温度变化比较大。

解决问题的办法是制作一个四晶体管差分放大器,可以称为“长尾四件套”。

图2中的电路跟我所做的设计不完全一样,不但因为2N918没有在我使用的MultiSim SPICE版本中建模,而且我将近50年没有真正看过那个原理图了,所以记忆也不好使啦。尽管如此,其工作原理并没有变。

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图2:长尾四件套。

这里,Q1和Q2仍然作为差分对工作,但它们的发射极彼此通过电容耦合,而不是直接相连。Q1和Q2分别有自己的电流源Q3和Q4,而不是共用一个电流源。

这两个电流源具有很好的热稳定性,因此即使Q1和Q2与温度参数不匹配,关系也不大。从图2的电路中,我们看到SPICE结果(如图3所示)。

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图3:未调制的载波信号。

来自信号源V3的载波信号在Q1和Q2的集电极处呈现差分。请注意,集电极信号彼此有180°相位差异。

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图4:没有载波的调制信号。

来自信号源V4的调制信号在Q1和Q2的集电极处以共模方式出现。其集电极信号相对于彼此处于0°相位角。

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图5:已调制的载波信号。

如果我们将Q1的集电极信号减去Q2的集电极信号,并接通电源,结果就产生调幅载波,调制信号本身在减法运算中被消除。

这样的设计确实工作得不错。载波频率范围为10kHz至40MHz,调制频率范围为10Hz至50kHz。跨导与发射极电流的线性关系意味着幅度调制性能非常好,而且也满足了必须使用多家元器件来源的管理要求。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Implementing a long-tailed quad。)

《电子技术设计》2018年12月刊版权所有,禁止转载。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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