高频电子线路实验课件.ppt

高频电子线路实验课件 实验一单调谐放大电路 一实验目的1 熟悉电子元器件和高频电路实验箱2 熟悉谐振回路的幅频特性分析 通频带与选择性3 熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响 从而了解频带扩展4 熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法 实验一单调谐放大电路 二实验原理 晶体管集电极负载通常是一个由LC组成的并联谐振电路 由于LC并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化 理论上可以分析 并联谐振在谐振频率处呈现纯阻 并达到最大值 即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益 若偏离谐振频率 输出增益减小 总之 调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用 同时一也起着滤波和选频的作用 其电路如图 所示 图 单调谐放大电路 实验一单调谐放大电路 二实验原理 质量指标谐振频率谐振增益通频带选择性 实验一单调谐放大电路 三实验仪器 1 双踪示波器2 扫频仪3 高频信号发生器4 高频毫伏表5 万用表6 实验板 实验一单调谐放大电路 四实验内容及步骤 实验电路见图1 1 1 按图1 1所示连接电路 注意接线前先测量 12V电源电压 无误后关断电源再接线 2 接线后仔细检查 确认无误后接通电源 静态测量实验电路中选Re 1K 测量各静态工作点 计算并填表1 1 表1 1 实验一单调谐放大电路 四实验内容及步骤 3 动态研究 1 测放大器的动态范围Vi V0 在谐振点 选R 10K Re 1K 把高频信号发生器接到电路输入端 电路输出端接高频毫伏表 选择正常放大区的输入电压Vi 调节频率f使其为10 7MHz 调节CT使回路谐振 使输出电压幅度为最大 此时调节Vi由0 02伏变到0 8伏 逐点记录V0电压 并填入表1 2 仅供参考 Vi的各点测量值可根据 各自 实测情况来确定 表1 2 实验一单调谐放大电路 四实验内容及步骤 2 当Re分别为500 2K时 重复上述过程 将结果填入表1 2 在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线 并进行比较和分析 3 用扫频仪调回路谐振曲线 仍选R 10K Re 1K 将扫频仪射频输出送入电路输入端 电路输出接至扫频仪检波器输入端 观察回路谐振曲线 扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置 调回路电容CT 使f0 10 7MHz 4 测量放大器的频率特性当回路电阻R 10K时 选择正常放大区的输入电压Vi 将高频信号发生器输出端接至电路输入端 调节频率f使其为10 7MHz 调节CT使回路谐振 输出电压幅度为最大 此时的回路谐振频率f0 10 7MHz为中心频率 然后保持输入电压Vi不变 改变频率f由中心频率向两边逐点偏离 测得在不同频率f时对应的输出电压V0 将测得的数据填入表1 3 频率偏离范围可根据 各自 实测情况来确定 实验一单调谐放大电路 四实验内容及步骤 实验一单调谐放大电路 四实验内容及步骤 计算f0 10 7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值 5 改变谐振回路电阻 即R分别为2K 470 时 重复上述测试 并填入表1 3 比较通频带情况 表1 3 实验一单调谐放大电路 五 实验报告要求 1 写明实验目的 2 画出实验电路的直流和交流等效电路 计算直流工作点 与实验实测结果比较 3 写明实验所用仪器 设备及名称 型号 4 整理实验数据 并画出幅频特性 单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带 整理并分析原因 5 本放大器的动态范围是多少 放大倍数下降1dB的折弯点V0定义为放大器动态范围 讨论IC对动态范围的影响 实验二利用二极管函数电路实现波形转换 一 实验目的利用二极管函数电路实现三角波 正弦波的变 从而掌握非线性器件二极管折线近似特性等进行非线性变换 实验二利用二极管函数电路实现波形转换 二 实验原理 从三角波和正弦波的波形上看 二者主要的差别在波形的峰值附近 其余部分都很相似 因此只要设法将三角波的幅度按照一定的规律逐段衰减 就能将其转换为近似正弦波 见图 1所示 三角波 正弦波变换原理示意图 2 2二极管三角波 正弦波变压器 实验二利用二极管函数电路实现波形转换 二 实验原理 用二极管将三角波近似转换为正弦波的实验电路见图 2 图中 R4 R7 D1 D3负责波形的正半周 R8 R11 D4 D6负责波形的的下半周 R2和R3为正负半周共用电阻 R1对输入的三角波进行降压 在波形变换的过程中 由于二极管的非线性特性 加上输入函数的时间关联性 不同时刻二极管上所承受的电压是不同的 实验二利用二极管函数电路实现波形转换 三 实验内容 1 将上下两端电阻R4 R11分别选1 2K接至 5V电源 测得A B C D E F各点的分压电压 选择函数波发生器输出的波形为三角波 频率调至2KHz VP P调至8V 然后接入电路IN端 观察记录OUT输出波形 2 将R4 R11电阻 分别改接成2K和5 1K 即 R4 R11 2K R4 R11 5K1 观察记录波形 测各点分压电压 并分别与接1 2K 时相比较 分析原因 四 实验报告要求1 整理数据 画出波形图 2 分析改变分压电阻对正弦波的影响 实验二利用二极管函数电路实现波形转换 四 实验报告要求 1 整理数据 画出波形图 2 分析改变分压电阻对正弦波的影响 实验三LC电容反馈式三点式振荡器 一 实验目的掌握LC三点式振荡电路的基本原理 掌握LC电容反馈式三点式振荡电路设计及电参数计算 掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响 掌握振荡器反馈系数不同时 静态工作电流IEQ对振荡器起振及振荡的影响 二 实验原理1 电路组成原理及起振条件三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路 如图 1 a 所示 图中三个电抗元件X1 X2 X3构成了决定振荡频率的并联谐振回路 同时也构成了正反馈所需的反馈网络 从相位条件看 要构成振荡器 必须满足 1 极相连的两个电抗X1 X2性质相同 2 X1与X2 X3的电抗性质相反 三点式振荡器有两种基本结构 电容反馈振荡器 电路如图 1 b 所示 电感反馈振荡器 电路如图 1 c 所示 根据振幅的起振条件 三极管的跨导必须满足下列不等式 1 式中 为反馈系数 和分别为三极管b e间的输入电导和c e间输入电导 为等效到三极管输出端 c e间 的负载电导和回路损耗电导之和 1 式表明 起振所需的跨导与 等有关 如果管子的参数和负载确定后 应有一个确定的值 太大或太小都不易满足幅度的起振条件 在确定时 除了满足幅度的起振条件外 还必须考虑频率的稳定度和振荡幅度等问题 另外 提高三极管集电极静态电流IEQ 可以增大 但不易过大 否则会过大 造成回路有载品质因数过低 影响振荡频率稳定度 一般取值为1 5mA 2 频率稳定度振荡器的频率稳定度指在指定的时间间隔内 由于外界条件的变化 引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度 一般用下式表示 2 根据时间间隔分为长期稳定度 短期稳定度 瞬时稳定度 一般所说的频率稳定度主要是指短期稳定度 即指一天内 以小时 分钟或秒计的时间间隔内频率的相对变化 产生这种频率不稳定的因素有温度 电源电压等 不同要求时 对稳定度的要求是不同的 振荡器的频率主要决定于谐振回路的参数 同时与晶体管的参数也有关 因此稳频的主要措施有 提高振荡回路的标准性 减小晶体管的影响 减小晶体管和回路之间的耦合 提高回路的品质因数 振荡回路的标准性是指振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振角频率不变的能力 回路标准性越高 外界因素变化引起的越小 图 2LC电容反馈式三点式振荡器原理图 3 克拉泼振荡器图 2所示为一改进型电容反馈式振荡器 即克拉泼振荡器 由图可见克拉波电路与电容三点式电路的差别 仅在回路中多加一个与C1 C2相串联的电容CT 通常CT取值较小 满足CT C1 CT C2 回路总电容C主要取决于CT 而回路中的不稳定电容主要是三极管的极间电容Cce Cbe Ccb 它们又都直接并接在C1 C2上 不影响CT值 结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响 且CT越小 这种影响越小 回路标准性也越高 实际情况下 克拉波电路的频率大体上比电容三点式电路高一个数量级 达10 4 10 5 振荡频率 3 式中 反馈系数 4 显然 CT越小F越小 环路增益就越小 在这种振荡电路中 减小CT来提高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的 如果CT取值过低 振荡器就会不满足振荡条件而停振 三 实验仪器双踪示波器频率计万用表实验板G1 四 实验内容及步骤实验电路如图3 1实验前根据图3 1所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用1 检查静态工作点 1 在实验板 12V插孔上接入 12V直流电源 注意电源极性不能接反 2 反馈电容C不接 C 接入 C 120pf 用示波器观察振荡器停振时的情况 注意 连接C 的连线要尽量短 3 改变电位器RP测得晶体管V的发射极电压VE VE可连续变化 记下V的最大值 计算I值 IE VE RE设 RE 1K2 振荡频率与振荡幅度的测试实验条件 Ie 2mV C 120pf C 689pf RL 110K 1 改变CT电容 当分别接入为C9 C10 C11时 记录相应的频率值 并进入表3 1 2 改变CT电容 当分别接入为C9 C10 C11时 用示波器测量相应振荡电压的峰值VP P 并填入表3 1 3 测试当C 不同时 起振点 振幅与工作电流IER的关系 R 110K 1 取C C3 100pf C4 1200pf 调电位器RP使IEQ 静态值 分别为表3 2所标各值 用示波器测量输出振荡幅度VP P 峰 峰值 并填入表3 2 表3 2 表3 1 2 取C C5 120pf C C6 680pf C C7 680pf C C8 120pf 分别重复测试表3 2的内容 4 频率稳定度的影响 1 回路LC参数固定时 改变并联在L上的电阻使等效Q值变化时 对振荡频率的影响 实验条件 f 6 5MHZ时 C C 100pf IEQ 3mA改变L的并联电阻R 使其分别为1K 10K 110K 分别记录电路的振荡频率 并填入表3 3 注意 频率计后几位跳动变化的情况 2 回路LC参数及Q值不变 改变IEQ对频率的影响 实验条件 f 6 5MHZ时 C C 100pf 1200pf R 110K IEQ 3mA 改变晶体管IEQ使其分别为表4 2所标各值 测出振荡频率 并填入表3 4 IEQ f表3 4 Q f表3 3 五 实验报告要求 写明实验目的 2 写明实验所用仪器设备 3 画出实验电路的直流与交流等效电路 整理实验数据 分析实验结果 4 以IEQ为横轴 输出电压峰峰值VP P为纵轴 将不同CT C2值下测得的三组数据 在同一坐标纸上绘制成曲线 5 说明本震荡电路有哪些特点 实验四振幅调制与解调 一 实验目的1 掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程 并研究已调波与二输入信号的关系 2 掌握测量调幅系数的方法 3 进一步了解调幅波的原理 掌握调幅波的解调方法 4 了解二极管包络检波的主要指标 检波效率及波形失真 5 掌握用集成电路实现同步检波的方法 振幅调制 用待传输的低频信号去控制高频载波信号的幅值 单频调制AM信号 调幅系数或调幅度 单频调制DSB与SSB信号 单边带调幅波 或 二实验原理 示波器观察AM调幅系数的方法 m Vmax Vmin Vmax Vmin 普通调幅波 抑止载波双边带调幅波 检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号 还原所得的信号 与高频调幅信号的包络变化规律一致 故又称为包络检波器 常用的检波方法有包络检波和同步检波两种 全载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律 可以用二极管包络检波的方法进行解调 而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律 无法用包络检波进行解调 所以采用同步检波方法 本实验电路主要由二极管D及RC低通滤波器组成 利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波 所以RC时间常数的选择很重要 RC时间常数过大 则会产生对角切割失真又称惰性失真 RC常数太小 高频分量会滤不干净 综合考虑要求满足下式 其中 m为调幅系数 为调制信号最高角频率 当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻R 不相等 而且调幅度又相当大时会产生负峰切割失真 又称底边切割失真 为了保证不产生负峰切割失真应满足 同步检波 本实验选用乘积型检波器 设输入的已调波为载波分量被抑止的双边带信号 1 即 本地载波电压本地载波的角频率 0准确的等于输入信号载波的角频率 1 即 1 0 但二者的相位可能不同 这里 表示它们的相位差 这时相乘输出 假定相乘器传输系数为1 低通滤波器滤除2 1附近的频率分量后 就得到频率为 的低频信号由上式可见 低频信号的输出幅度与 成正比 当 0时 低频信号电压最大 随着相位差 加大 输出电压减弱 因此 在理想情况下 除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外 希望二者的相位也相同 此时 乘积检波称为 同步检波 三 实验内容 1 直流调制特性的测量 1 调RP2电位器使载波输入端平衡 在调制信号输入端IN2加峰值为100mv 频率为1KHz的正弦信号 调节Rp2电位器使输出端信号最小 然后去掉输入信号 2 在载波输入端IN1加峰值VC为10mv 频率为100KHz的正弦信号 用万用表测量A B之间的电压VAB 用示波器观察OUT输出端的波形 以VAB 0 1V为步长 记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压 注意观察相位变化 根据公式VO KVABVC t 计算出系数K值 并填入表 1表 1 2 实现全载波调幅及解调全载波调幅 1 调RP2电位器使载波输入端平衡 在调制信号输入端IN2加峰值为100mv 频率为1KHz的正弦信号 调节Rp2电位器使输出端信号最小 然后去掉输入信号 2 调节RP1使VAB 0 1V 载波信号为VC t 10sin2 105t mV 将低频信号Vs t VSsin2 103t mV 加至调制器输入端IN2 画出VS 30mV和100mV时的调幅波形 标明峰一峰值与谷一谷值 并测出其调制度m 3 加大示波器扫描速率 观察并记录m 100 和m 100 两种调幅波在零点附近的波形情况 4 载波信号VC t 不变 将调制信号改为VS t 100sin2 103t mV 调节RP1观察输出波形VAM t 的变化情况 说明RP1对调制度的影响 二极管包络检波器 1 m 30 的调幅波的检波载波信号仍为VC t 10sin2 105 t mV 调节调制信号幅度 调节一个调制度m 30 的调幅波进行解调 调节RP1改变直流负载 观测二极管直流负载改变对检波幅度和波形的影响 记录此时的波形 接入C4 观察记录检波输出波形 2 去掉C4 RP1逆时针旋至最大 短接a b两点 在OUT3观察解调输出信号 调节RP2改变交流负载 观测二极管交流负载对检波幅度和波形的影响 记录检波输出波形 集成电路 乘法器 构成解调器 1 将C4另一端接地 C5另一端接A 解调调制度分别为30 100 及 100 的调幅波 并与调制信号相比 2 去掉C4 C5观察记录m 30 的调幅波输入时的解调器输出波形 并与调制信号相比较 然后使电路复原 3 实现抑制载波调幅及解调抑制载波调幅 1 调RP1使调制端平衡 并在载波信号输入端IN1加VC t 10Sin2 105t mV 信号 调制信号端IN2不加信号 观察并记录输出端波形 2 载波输入端不变 调制信号输入端IN2加VS t 100sin2 103t mV 信号 观察记录波形 并标明峰 峰值电压 3 加大示波器扫描速率 观察记录已调波在零点附近波形 比较它与m 100 调幅波的区别 4 所加载波信号和调制信号均不变 微调RP2为某一个值 观察记录输出波形 5 在 4 的条件下 去掉载波信号 观察并记录输出波形 并与调制信号比较 二极管包络检波器 双边带调幅信号 载波信号不变 将调制信号VS的峰值电压调至80mV 调节RP1使调制器输出为抑制载波的双边带调幅信号 然后加至二极管包络检波器输入端 断开a b两点 观察记录检波输出OUT2端波形 并与调制信号相比较 集成电路 乘法器 构成解调器 双边带调幅信号 1 按调幅实验中实验内容1 2 的条件获得抑制载波调幅波 并加至图5 2的VAM输入端 其它连线均不变 观察记录解调输出波形 并与调制信号相比较 2 去掉滤波电容C4 C5观察记录输出波形 四 实验报告要求1 整理实验数据 用坐标纸画出直流调制特性曲线 2 画出调幅实验中m 30 m 100 m 100 的调幅波形 在图上标明峰一峰值电压 3 画出当改变VAB时能得到几种调幅波形 分析其原因 4 画出100 调幅波形及抑制载波双边带调幅波形 比较二者的区别 5 画出实现抑制载波调幅时改变RP2后的输出波形 分析其现象 实验五集成乘法器混频 一 实验目的1 熟悉集成电路实现的混频器的工作原理 2 了解混频器的多种类型及构成 3 了解混频器中的寄生干扰 实验五集成乘法器混频 二 实验原理 实验五集成乘法器混频 二 实验原理 将本振信号uo 频率为6MHz 接到乘法器的 10 脚 将调幅波信号us 频率为4