高频电子实验册

高频电子线路实验箱说明书 第 0 页 共 99 页 目目 录录 目 录 1 实验 1 单调谐回路谐振放大器 2 实验 2 双调谐回路谐振放大器 7 实验 3 电容三点式 LC 振荡器 12 实验 4 石英晶体振荡器 19 实验 5 晶体三极管混频实验 22 实验 6 二极管环形混频器 26 实验 7 中频放大器 31 实验 8 集成乘法器幅度调制电路 35 实验 9 振幅解调器 包络检波 同步检波 44 实验 10 高频功率放大与发射实验 52 实验 11 变容二极管调频器 61 实验 12 斜率鉴频与相位鉴频器 65 实验 13 锁相 频率合成与频率调制 69 实验 14 脉冲计数式鉴频器 78 实验 15 自动增益控制 AGC 82 实验 16 调幅发送部分联试实验 86 实验 17 调幅接收部分联试实验 87 实验 18 调幅发射与接收完整系统的联调 88 实验 19 调频发射与接收完整系统的联调 92 附 录 94 高频电子线路实验箱说明书 第 1 页 共 99 页 实验实验1 1 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器 实验准备 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 放大器静态工作点 LC 并联谐振回路 单调谐放大器幅频特性 2 做本实验时所用到的仪器 单调谐回路谐振放大器模块 双踪示波器 万用表 频率计 高频信号源 二 实验目的二 实验目的 1 熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统 2 掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理 3 熟悉放大器静态工作点的测量方法 4 熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性 包括电压增益 通 频带 Q 值 的影响 5 掌握测量放大器幅频特性的方法 三 实验内容三 实验内容 1 用万用表测量晶体管各点 对地 电压 VB VE VC 并计算放大器静态工作点 2 用示波器测量单调谐放大器的幅频特性 3 用示波器观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响 4 用示波器观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响 高频电子线路实验箱说明书 第 2 页 共 99 页 四 基本原理四 基本原理 1 1 单调谐回路谐振放大器原理 单调谐回路谐振放大器原理 小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路 主要用于高频小信号或微弱信号的线 性放大和选频 单调谐回路谐振放大器原理电路如图1 1所示 图中 RB1 RB2 RE用以保 证晶体管工作于放大区域 从而放大器工作于甲类 CE是RE的旁路电容 CB CC是输入 输出耦合电容 L C是谐振回路 RC是集电极 交流 电阻 它决定了回路Q值 带宽 为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响 采用了部分回路接入方式 图1 1 单调谐回路放大器原理电路 Q Cb IN L Rc Rb1 Rb2Re Cc C Ce Ec OUT 高频电子线路实验箱说明书 第 3 页 共 99 页 1R1 1R2 1Q01 9018 1R3 1C2 1C04 1R41C03 1C06 1R6 1Q02 9018 1R8 1K 1C07 12V1 1W01 1D01 LED 1R9 1K02 1C01 1T01 1L01 1C021C08 1 1TP01 1 1TP02 1R10 1P011P02 1 GND1 图 1 2 单调谐回路谐振放大器实验电路图 高频电子线路实验箱说明书 第 4 页 共 99 页 2 2 单调谐回路谐振放大器实验电路 单调谐回路谐振放大器实验电路 单调谐回路谐振放大器实验电路如图1 2所示 其基本部分与图1 1相同 图中 1C2 用来调谐 1K02用以改变集电极电阻 以观察集电极负载变化对谐振回路 包括电压增益 带宽 Q值 的影响 1W01用以改变基极偏置电压 以观察放大器静态工作点变化对谐振 回路 包括电压增益 带宽 Q值 的影响 1Q02为射极跟随器 主要用于提高带负载能 力 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 实验准备 实验准备 1 插装好单调谐回路谐振放大器模块 接通实验箱上电源开关 按下模块上开关 1K01 2 接通电源 此时电源指示灯亮 2 2 单调谐回路谐振放大器幅频特性测量 单调谐回路谐振放大器幅频特性测量 测量幅频特性通常有两种方法 即扫频法和点测法 扫频法简单直观 可直接观察 到单调谐放大特性曲线 但需要扫频仪 本实验采用点测法 即保持输入信号幅度不变 改变输入信号的频率 测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度 然 后画出频率与幅度的关系曲线 该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性 步骤如 下 1 1K02置 off 位 即断开集电极电阻1R3 调整1W01使1Q01的基极直流电压为2 5V 左右 用三用表直流电压档测量1R1下端 这样放大器工作于放大状态 高频信号源输 出连接到单调谐放大器的输入端 1P01 示波器CH1接放大器的输入端1TP01 示波器 CH2接单调谐放大器的输出端1TP02 调整高频信号源频率为6 3MHZ 用频率计测量 高频信号源输出幅度 峰 峰值 为200mv 示波器CH1监测 调整单调谐放大器的 电容1C2 使放大器的输出为最大值 示波器CH2监测 此时回路谐振于6 3MHZ 比较此 时输入输出幅度大小 并算出放大倍数 2 按照表1 2改变高频信号源的频率 用频率计测量 保持高频信号源输出幅度 为200mv 示波器CH1监视 从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅 高频电子线路实验箱说明书 第 5 页 共 99 页 值 并把数据填入表1 2 表1 2 输入信号频率 f MHZ 5 45 55 65 75 85 96 06 16 26 36 46 56 66 76 86 97 07 1 输出电压幅值 U mv 3 以横轴为频率 纵轴为电压幅值 按照表1 2 画出单调谐放大器的幅频特性曲 线 3 3 观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响 观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响 顺时针调整1W01 此时1W01阻值增大 使1Q01基极直流电压为1 5V 从而改变静态 工作点 按照上述幅频特性的测量方法 测出幅频特性曲线 逆时针调整1W01 此时1W01 阻值减小 使1Q01基极直流电压为5V 重新测出幅频特性曲线 可以发现 当1W01加大 时 由于ICQ减小 幅频特性幅值会减小 同时曲线变 瘦 带宽减小 而当1W01减小 时 由于ICQ加大 幅频特性幅值会加大 同时曲线变 胖 带宽加大 4 4 观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响 观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响 当放大器工作于放大状态下 按照上述幅频特性的测量方法测出接通与不接通1R3的 幅频特性曲线 可以发现 当不接1R3时 集电极负载增大 幅频特性幅值加大 曲线变 瘦 Q值增高 带宽减小 而当接通1R3时 幅频特性幅值减小 曲线变 胖 Q值 降低 带宽加大 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 对实验数据进行分析 说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响 并画 出相应的幅频特性 2 对实验数据进行分析 说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响 并画 高频电子线路实验箱说明书 第 6 页 共 99 页 出相应的幅频特性 3 总结由本实验所获得的体会 高频电子线路实验箱说明书 第 7 页 共 99 页 实验实验2 2 双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器 实验准备 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 双调谐回路 电容耦合双调谐回路谐振放大器 放大器动态范围 2 做本实验时所用到的仪器 双调谐回路谐振放大器模块 双踪示波器 万用表 频率计 高频信号源 二 实验目的二 实验目的 1 熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统 2 熟悉耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响 3 了解放大器动态范围的概念和测量方法 三 实验内容三 实验内容 1 采用点测法测量双调谐放大器的 幅频特性 2 用示波器观察耦合电容对双调谐 回路放大器幅频特性的影响 3 用示波器观察放大器动态范围 R R R C C Cc C1 BG L1 IN OUT C2L2 C3 Vcc B1 B2 EE B 2 1 高频电子线路实验箱说明书 第 8 页 共 99 页 四 基本原理四 基本原理 1 双调谐回路谐振放大器原理 顾名思义 双调谐回路是指有两个调谐回路 一个靠近 信源 端 如晶体管 2Q01 输出端 称为初级 另一个靠近 负载 端 如下级输入端 称为次级 两者之间 可采用互感耦合 或电容耦合 与单调谐回路相比 双调谐回路的矩形系数较小 即 它的谐振特性曲线更接近于矩形 电容耦合双调谐回路谐振放大器原理图如图 2 1 所示 与图 1 1 相比 两者都采用了分压偏置电路 放大器均工作于甲类 但图 2 1 中有 两个谐振回路 L1 C1组成了初级回路 L2 C2组成了次级回路 两者之间并无互感耦合 必要时 可分别对 L1 L2加以屏蔽 而是由电容 C3进行耦合 故称为电容耦合 2 双调谐回路谐振放大器实验电路 双调谐回路谐振放大器实验电路如图 2 2 所示 其基本部分与图 2 1 相同 图中 2C04 2C11 用来对初 次级回路调谐 2K02 用以改变耦合电容数值 以改变耦合程度 2K01 用以改变集电极负载 2K03 用来改变放大器输入信号 当 2K03 往上拨时 放大器 输入信号为来自天线上的信号 2K03 往下拨时放大器的输入信号为直接送入 图中 2Q02 用以对高频信号进一步放大 高频电子线路实验箱说明书 第 9 页 共 99 页 2R01 2Q01 2C04 2C03 2R022C02 2C10 12V1 2W01 2D01 LE D 2R04 2K02 2C01 2L 03 2C082C09 IN 1 2T P01 2L 01 2R03 2L 02 2C05 2C06 2C07 2C11 2K03 2C13 2C12 2L 04 2R05 1 TP0 2P01 2K01 2L 01A 2L 02A 1 2T P02 2P02 2Q02 NPN 2C011 2R08 2R06 2R07 12V1 2C14 图 2 2 双调谐回路谐振放大器实验电路 高频电子线路实验箱说明书 第 10 页 共 99 页 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 实验准备 实验准备 在实验箱主板上插上双调谐回路谐振放大器模块 接通实验箱上电源开关 按下模 块上开关2K1接通电源 此时电源指示灯点亮 2 2 双调谐回路谐振放大器幅频特性测量 双调谐回路谐振放大器幅频特性测量 本实验仍采用点测法 即保持输入幅度不变 改变输入信号的频率 测出与频率相 对应的双调谐放大器的输出幅度 然后画出频率与幅度的关系曲线 该曲线即为双调谐 回路放大器的幅频特性 如果有扫频仪 可直接测量其幅频特性曲线 幅频特性测量 2K02 往上拨 接通 2C05 4 5P 高频信号源输出频率 6 3MHZ 用频率计测量 幅度 300mv 然后用铆孔线接入双调谐放大器的输入端 2P01 2K03 往下拨 使高频 信号送入放大器输入端 示波器 CH1 接 2TP01 示波器 CH2 接放大器的输出 2TP02 端 反复调整 2C04 2C11 使双调谐放大器输出为最大值 此时回路谐振于 6 3MHZ 按照表 2 1 改变高频信号源的频率 用频率计测量 保持高频信号源输出幅度 峰 峰值为 300mv 示波器 CH1 监视 从示波器 CH2 上读出与频率相对应的双调谐放 大器的幅度值 并把数据填入表 2 1 表 2 1 放大器输入信号频率 f Mhz 5 75 85 96 06 16 26 36 4 放大器输出幅度 U mv 放大器输入信号频率 f Mhz 6 56 66 76 86 97 07 17 2 放大器输出幅度 U mv 测出两峰之间凹陷点的频率大致是多少 以横轴为频率 纵轴为幅度 按照表 2 1 画出双调谐放大器的幅频特性曲线 按照上述方法测出耦合电容为 2C06 10P 2K02 拨向下方 时幅频特性曲线 3 3 放大器动态范围测量放大器动态范围测量 2K02 拨向下方 接通 2C06 高频信号源输出接双调谐放大器的输入端 2P01 高频电子线路实验箱说明书 第 11 页 共 99 页 调整高频信号源频率为 6 3MHZ 幅度 100mv 2K03 拨向下方 使高频信号源输出送入放 大器输入端 示波器 CH1 接 2TP01 示波器 CH2 接双调谐放大器的输出 2TP02 端 按 照表 2 2 放大器输入幅度 改变高频信号源的输出幅度 由 CH1 监测 从示波器 CH2 读取出放大器输出幅度值 并把数据填入表 2 2 且计算放大器电压放大倍数值 可以发 现 当放大器的输入增大到一定数值时 放大倍数开始下降 输出波形开始畸变 失真 表 2 2 放大器输入 mV 100200300400600800100012001400160018002000 放大器输出 V 放大器电压放大倍数 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 画出耦合电容为2C05和2C06两种情况下的幅频特性 计算幅值从最大值下降到 0 707时的带宽 并由此说明其优缺点 比较单调谐和双调谐在特性曲线上有何不同 2 画出放大器电压放大倍数与输入电压幅度之间的关系曲线 3 当放大器输入幅度增大到一定程度时 输出波形会发生什么变化 为什么 4 总结由本实验所获得的体会 高频电子线路实验箱说明书 第 12 页 共 99 页 实验实验3 3 电容三点式电容三点式LCLC振荡器振荡器 一 实验准备一 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 三点式 LC 振荡器 西勒和克拉泼电路 电源电压 耦合电容 反馈系数 等效 Q 值对振荡器工作的影响 2 做本实验时所用到的仪器 LC 振荡器模块 双踪示波器 万用表 二 实验目的二 实验目的 1 熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统 2 掌握电容三点式 LC 振荡电路的基本原理 熟悉其各元件功能 3 熟悉静态工作点 耦合电容 反馈系数 等效 Q 值对振荡器振荡幅度和频率的影响 4 熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响 三 实验电路基本原理三 实验电路基本原理 1 1 概述概述 振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器 振荡器是指振荡回路是由 元件组成的 从交流等效电路可知 由 振荡回路引出三个端子 分别接振荡管 的三个电极 而构成反馈式自激振荡器 因而又称为三点式振荡器 如果反馈电压取自 分压电感 则称为电感反馈 振荡器或电感三点式振荡器 如果反馈电压取自分压电 容 则称为电容反馈 振荡器或电容三点式振荡器 在几种基本高频振荡回路中 电容反馈 振荡器具有较好的振荡波形和稳定度 高频电子线路实验箱说明书 第 13 页 共 99 页 电路形式简单 适于在较高的频段工作 尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时 其振荡频率可高达几百 2 2 振荡器的起振条件 振荡器的起振条件 一个振荡器能否起振 主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件 即 振幅起 振平衡条件和相位平衡条件 3 LC3 LC振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示 在一定时间或一定温度 电压等变化范围内振荡频率的相对变化 程度 常用表达式 f f 来表示 f 为所选择的测试频率 f 为振荡频率的频率 误差 f f f f 和f 为不同时刻的f 频率相对变化量越小 表明振 荡频率的稳定度越高 由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素 所以要提高频率稳 定度 就要设法提高振荡回路的标准性 除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外 其振荡管可以采用部分接入 以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响 还 可采用负温度系数元件实现温度补偿 4 LC4 LC振荡器的调整和参数选择振荡器的调整和参数选择 以实验采用改进型电容三点振荡电路 西勒电路 为例 交流等效电路如图3 1所示 图3 1 电容三点式LC振荡器交流等效电路 1 静态工作点的调整 C3 C1 C2 C L R BG 高频电子线路实验箱说明书 第 14 页 共 99 页 合理选择振荡管的静态工作点 对振荡器工作的稳定性及波形的好坏 有一定的影 响 偏置电路一般采用分压式电路 当振荡器稳定工作时 振荡管工作在非线性状态 通常是依靠晶体管本身的非线性 实现稳幅 若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅 则将使振荡回路的等效Q值降低 输出 波形变差 频率稳定度降低 因此 一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和 区 靠近截止区 2 振荡频率f的计算 f 2 1 T ccL 式中CT为C1 C2和C3的串联值 因C1 300p C3 75p C2 1000P C3 75p 故 CT C3 所以 振荡频率主要由L C和C3决定 3 反馈系数F的选择 F 2 1 C C 反馈系数F不宜过大或过小 一般经验数据F 0 1 0 5 本实验取F 3 0 1000 300 5 5 克拉泼和西勒振荡电路克拉泼和西勒振荡电路 图3 2为串联改进型电容三点式振荡电路 克拉泼振荡电路 图3 3为并联改进型电容三点式振荡电路 西勒振荡电路 L C Rb1 RC VCC Cb Rb2 Re C1 C2 Cb Rb1 RC VCC Rb2 Re C1 C2 C C3 图3 2 克拉泼振荡电路 图3 3 西勒振荡电路 6 6 电容三点式 电容三点式LCLC振荡器实验电路振荡器实验电路 高频电子线路实验箱说明书 第 15 页 共 99 页 电容三点式LC振荡器实验电路如图3 4所示 图中3K05打到 S 位置 左侧 时 高频电子线路实验箱说明书 第 16 页 共 99 页 3L 01 3C02 3C033R04 3Q01 3R03 3W01 3R01 3R02 3C01 1 3T P01 3C043C10 3Q02 3R06 510 3C12 1000P 1 GND1 3D01 3R09 3W02 1 3T P02 OUT 3R07 3R05 Vin 1 GND 2 5V 3 3U01 3K013K023K033K04 3C063C083C073C09 3C11 220P 3R08 12V1 3C133C15 3C14 3K05A 3K05B S P S P3P01 图3 4 LC振荡器实验电路 高频电子线路实验箱说明书 第 17 页 共 99 页 为改进型克拉泼振荡电路 打到 P 位置 右侧 时 为改进型西勒振荡电路 3K01 3K02 3K03 3K04控制回路电容的变化 调整3W01可改变振荡器三极管的电源电 压 3Q02为射极跟随器 3TP02为输出测量点 3TP01为振荡器直流电压测量点 3W02用 来改变输出幅度 四 实验内容四 实验内容 1 用示波器观察振荡器输出波形 测量振荡器电压峰 峰值VP P 并以频率计测量振 荡频率 2 测量振荡器的幅频特性 3 测量电源电压变化对振荡器频率的影响 五 实验步骤五 实验步骤 1 实验准备 插装好LC振荡器模块 按下开关3K1接通电源 即可开始实验 2 西勒振荡电路幅频特性的测量 示波器接3TP02 频率计接振荡器输出口3V01 电位器3W02反时针调到底 使输出最 大 开关3K05拨至右侧 此时振荡电路为西勒电路 3K01 3K02 3K03 3K04分别控制 3C06 10P 3C07 50P 3C08 100P 3C09 200P 是否接入电路 开关往上拨为接 通 往下拨为断开 四个开关接通的不同组合 可以控制电容的变化 例如3K01 3K02 往上拨 其接入电路的电容为10P 50P 60P 按照表3 1电容的变化测出与电容相对应的 振荡频率和输出电压 峰一峰值VP P 并将测量结果记于表中 表3 1 电容C pf 1050100150200250300350 振荡频率f MHZ 输出电压VP P v 高频电子线路实验箱说明书 第 18 页 共 99 页 注 如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出 可调整3W01 使之恢复振荡 3 克拉泼振荡电路幅频特性的测量 将开关3K05拨至左侧 振荡电路转换为克拉泼电路 按照上述方法 测出振荡频率 和输出电压 并将测量结果记于表3 1中 4 波段覆盖系数的测量 波段覆盖即调谐振荡器的频率范围 此范围的大小 通常以波段覆盖系数K表示 min max f f K 测量方法 根据测量的幅频特性 以输出电压最大点的频率为基准 即为一边界频 率 再找出输出电压下降至处的频率 即为另一边界频率 如图3 5 图3 6所示 再 2 1 由公式求出K 1 0 5 0 f V fminfmax 1 0 5 0 f V fmin fmax 图3 5 图3 6 5 测量电源电压变化对振荡器频率的影响 分别将开关3K05打至左测 S 和右侧 P 位置 改变电源电压EC 测出不同EC下的 振荡频率 并将测量结果记于表3 2中 其方法是 频率计接振荡器输出3P01 电位器3W02反时计调到底 选定回路电容为 50P 即3K02往上拨 用三用表直流电压档测3TP01测量点电压 按照表3 2给出的电压值 Ec 调整3W01电位器 分别测出与电压相对应的频率 表中 f为改变Ec时振荡频率的偏 移 假定Ec 10 5V时 f 0 则 f f f10 5V 高频电子线路实验箱说明书 第 19 页 共 99 页 表3 2 EC V 10 59 58 57 56 55 5 F MHZ 串联 S f KHZ EC V 10 59 58 57 56 55 5 F MHZ 并联 P f KHZ 6 8 8MHZ频率的调整 在用各个模块构成无线收 发系统时 需要用到LC振荡器模块 作为接收系统中的 本振信号 此时振荡频率需要8 8MHZ左右 如何得到8 8MHZ左右的频率 其方法如下 1 振荡电路为西勒电路时 3K05往右 3K01 3K02 3K03 3K04四个开关全部 往下拨 此时输出的振荡频率为8 8MHZ左右 如果频率高于8 8MHZ 可将3K01往上拨 这样频率可以降低 2 振荡电路为克拉泼电路时 3K05往左 3K02 3K03接通 往上拨 此时输出 振荡频率为8 8MHz左右 如果频率相差太大 可调整四个开关的位置 六 实验报告六 实验报告 1 根据测试数据 分别绘制西勒振荡器 克拉泼振荡器的幅频特性曲线 并进行分 析比较 2 根据测试数据 计算频率稳定度 分别绘制克拉泼振荡器 西勒振荡器的 C E f f 0 曲线 3 对实验中出现的问题进行分析判断 4 总结由本实验所获提的体会 高频电子线路实验箱说明书 第 20 页 共 99 页 实验实验4 4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 实验准备 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 石英晶体振荡器 串联型晶体振荡器 静态工作点 微调电容 负载电阻对晶体振荡器工作的影响 2 做本实验时所用到的仪器 晶体振荡器模块 双踪示波器 频率计 万用表 二 实验目的二 实验目的 1 熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统 2 掌握石英晶体振荡器 串联型晶体振荡器的基本工作原理 熟悉其各元件功能 3 熟悉静态工作点 负载电阻对晶体振荡器工作的影响 4 感受晶体振荡器频率稳定度高的特点 了解晶体振荡器工作频率微调的方法 三 实验内容三 实验内容 1 用万用表进行静态工作点测量 2 用示波器观察振荡器输出波形 测量振荡电 压峰 峰值 Vp p 并以频率计测量振荡频率 3 观察并测量静态工作点 负载电阻等因素对 晶体振荡器振荡幅度和频率的影响 图 4 1 晶体振荡器交流通路 R4 R5 C2 C3C4 L1 C5 BG1 JTI 5 1 高频电子线路实验箱说明书 第 21 页 共 99 页 四 基本原理四 基本原理 1 1 晶体振荡器工作原理 晶体振荡器工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图 4 1 所示 图中 若将晶体短路 则 L1 C2 C3就构 成了典型的电容三点式振荡器 考毕兹电路 因此 图 4 1 的电路是一种典型的串联型 晶体振荡器电路 共基接法 若取 L1 4 3 H C2 820pF C3 180pF 则可算得 LC 并联 谐振回路的谐振频率f0 6MHz 与晶体工作频率相同 图中 C5是耦合 隔直流 电容 R5是负载电阻 很显然 R5越小 负载越重 输出振荡幅度将越小 2 2 晶体振荡器电路 晶体振荡器电路 晶体振荡器电路如图 4 2 所示 图中 4R03 4C02 为去耦元件 4C01 为旁路电容 并构成共基接法 4W01用以调整振荡器的静态工作点 主要影响起振条件 4C05为输出 耦合电容 4Q02 为射随器 用以提高带负载能力 实际上 图 4 2 电路的交流通路即为 图 4 1 所示的电路 4JZ01 4D01 LED 4R07 4R04 4Q01 4R03 4W01 4R01 4R02 4C01 4C03 4C04 1 4TP01 4C05 12V1 4L01 4C02 1 GND13 4Q02 4R06 4C06 4R05 1 4TP02 4P01 图 4 2 晶体振荡器实验电路 高频电子线路实验箱说明书 第 22 页 共 99 页 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 实验准备 实验准备 在实验箱主板上插好晶振模块 接通实验箱上电源开关 按下开关 4K01 此时电源 指示灯点亮 2 2 静态工作点测量 静态工作点测量 改变电位器 4W01 可改变 4Q01 的基极电压 VB 并改变其发射极电压 VE 记下 VE的最 大 最小值 并计算相应的 IEmax IEmin值 发射极电阻 4R04 1K 3 3 静态工作点变化对振荡器工作的影响 静态工作点变化对振荡器工作的影响 实验初始条件 VEQ 2 5V 调 4W01 达到 调节电位器 4W01 以改变晶体管静态工作点 IE 使其分别为表 4 1 所示各值 且 把示波器探头接到 4TP02 端 观察振荡波形 测量相应的振荡电压峰 峰值 Vp p 并以频 率计读取相应的频率值 填入表 4 1 表 4 1 VEQ V 2 02 22 42 62 83 0 f MHz Vp p V 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 根据实验测量数据 分析静态工作点 IEQ 对晶体振荡器工作的影响 2 对实验结果进行分析 总结静态工作点 负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和 频率的影响 并阐述缘由 3 对晶体振荡器与 LC 振荡器之间在静态工作点影响 带负载能力方面作一比较 并 分析其原因 4 总结由本实验所获得的体会 高频电子线路实验箱说明书 第 23 页 共 99 页 实验实验5 5 晶体三极管混频实验晶体三极管混频实验 一 实验准备一 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 混频的概念 晶体三极管混频原理 用模拟乘法器实现混频 2 做本实验时所用到的仪器 晶体三极管混频模块 LC 振荡与射随放大模块 高频信号源 双踪示波器 二 实验目的二 实验目的 1 进一步了解三极管混频器的工作原理 2 了解混频器的寄生干扰 三 实验内容三 实验内容 1 用示波器观察输入输出波形 2 用频率计测量混频器输入输出频率 3 用示波器观察输入波形为调幅波时的输出波形 四 基本原理四 基本原理 混频器的功能是将载波为高频 fs 的已调波信号不失真地变换为另一载频 fi 固定 中频 的已调波信号 而保持原调制规律不变 例如在调幅广播接收机中 混频器将中 心频率为 535 1605KHZ 的已调波信号变为中心频率为 465KHZ 的中频已调波信号 此外 混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中 如频率合成器 外差频率计 高频电子线路实验箱说明书 第 24 页 共 99 页 等 混频器的电路模型如图 5 1 所示 混频器常用的非线性器件有二极管 三极管 场效应管和乘法器 本振用于产生一 个等幅的高频信号 UL 并与输入信号 US 经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤 出 目前 高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由差分对管平衡调制器构 成的混频器 而在一般接收机 例如广播收音机 中 为了简化电路 还是采用简单的 三极管混频器 本实验采用晶体三极管作混频电路实验 图 5 2 是晶体三极管的混频器电路 本振电压 UL频率为 8 8MHZ 从晶体管的发射极 e 输入 信号电压 Us 频率为 6 3MHZ 从晶体三极管的基极 B 输入 混频后的中频 Fi FL Fs 信号由晶体三管的集电极 C 输出 输出端的带通滤波器必须调谐在中频 Fi 上 本实 验 中频为 Fi FL Fs 8 8MHZ 6 3MHZ 2 5MHZ 为了实现混频功能 混频器件必须工作在非线性状态 而作用在混频器上的除了输 入信号电压 Us 和本振电压 UL外 不可避免地还存在干扰和噪声 它们之间任意两者都有 可能产生组合频率 这些组合频率如果等于或接近中频 将与输入信号一起通过中频放 大器 解调器 对输出级产生干扰 影响输入信号的接收 干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的 因此不可避免地会产生干扰 其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰 非非线线性性器器件件带带通通滤滤波波器器 本本地地振振荡荡器器 US Ui UL 图图5 1 混混频频器器电电路路模模型型 高频电子线路实验箱说明书 第 25 页 共 99 页 5Q01 5C02 12V1 1 GND1 5D01 LED 5R03 5K01 5C04 OUT IN2 5L01 5W01 5C07 1 5TP02 5C01 12V 5C065C05 5L03 5L02 5R02 5L045R01 1 5TP01 1 5TP03 IN1 5L05 5C035C105C09 5P03 5P01 5P02 图 5 2 晶体三极管混频的电路图 高频电子线路实验箱说明书 第 26 页 共 99 页 五 实验步骤五 实验步骤 1 实验准备 将三极管混频器模块 LC 振荡器与射随放大模块插入实验箱主板 接通实验箱与所 需各模块电源 2 中频频率的观测 将 LC 振荡器输出频率为 8 8MHZ 作为本实验的本振信号输入混频器的一个输入端 5P01 混频器的另一个输入端 5P02 接高频信号发生器的输出 6 3MHz VP P 0 4V 用示波器观测 5TP01 5TP02 5TP03 并用频率计测量其频率 并计算各频率是否符合 Fi FL Fs 当改变高频信号源的频率时 输出中频 5TP03 的波形作何变化 为什么 3 混频的综合观测 将调制信号为 1KHZ 载波频率为 6 3MHZ 的调幅波 作为本实验的射频输入 用双踪 示波器的观察 5TP01 5TP02 5TP03 各点波形 特别注意观察 5TP02 和 5TP03 两点波形 的包络是否一致 六 实验报告六 实验报告 1 根据观测结果 绘制所需要的波形图 并作分析 2 归纳并总结信号混频的过程 高频电子线路实验箱说明书 第 27 页 共 99 页 实验实验6 6 二极管环形混频器二极管环形混频器 一 实验准备一 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 混频的概念 二极管环形混频器原理 2 做本实验时所用到的仪器 二极管环形混频器模块 LC 振荡与射随放大模块 高频信号源 双踪示波器 二 实验目的二 实验目的 1 进一步了解二极管环形混频器的工作原理 2 了解环形混频器与其它混频器的特点 三 实验内容三 实验内容 1 用示波器观察输入输出波形 2 用频率计测量环形混频器输入输出频率 3 用示波器观察输入波形为调幅波时的输出波形 四 基本原理四 基本原理 混频器的功能是将载波为 fs 高频 的已调波信号不失真地变换为另一载频 fi 固定中频 的已调波信号 而保持原调制规律不变 例如在调幅广播接收机中 混频 器将中心频率为 535 1605KHZ 的已调波信号变为中心频率为 465KHZ 的中频已调波信号 此外 混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中 如频率合成器 外差 高频电子线路实验箱说明书 第 28 页 共 99 页 频率计等 混频器的电路模型如图 6 1 所示 图 6 1 混频器电路模型 混频器常用的非线性器件有二极管 三极管 场效应管和乘法器 本振用于产生一 个等幅的高频信号 并与输入信号 Us 经混频器后所产生的差频信号 或者和频信号 经 带通滤波器滤出 目前 高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由差分对管 平衡调制器构成的混频器 本实验采用二极管环形混频器 由于混频器工作在非线性状态 在混频过程中除产生有用的中频信号外 还会产生 许多不需要的频率分量 其中一部分将落在中频回路的通频带范围内 使中频信号与输 入信号的包络不一样 产生了包络失真 另外 在混频过程中还将产生组合频率干扰 交叉调制干扰等 这些干扰的存在会影响正常通信 所以在设计和调整混频电路时 应 尽量减小失真及干扰 环形混频器由于它的平衡作用 使得输出端的无用频率分量大为 减少 因而得到广泛使用 图 6 2 为环形混频器原理电路图 由于四个二极管构成一个环 故此电路称为环形 混频器 又由于该电路对本振信号 或载波 起平衡作用 故此电路也称为二极管双平 衡混频电路 图 6 2 环形混频电路 非非线线性性器器件件带带通通滤滤波波器器 本本地地振振荡荡器器 US Ui UL 图图6 1 混混频频器器电电路路模模型型 i1 i2 i3 i4 i i 高频电子线路实验箱说明书 第 29 页 共 99 页 通常混频器的输入信号 较小 本振信号 cos tUuu ssmss 远大于输入信号 当本振信号足够大时 我们可以认为晶体 cos tUuu LLmLL S u L u 二极管的通断就由本振电压来控制 因此本振电压也称 开关电压 此时就可把晶体 二极管看成一个由本振电压控制其启闭的开关 正由于二极管按本振电压的频率时启时 闭 因此通过负载的电流就呈现出脉冲形状 但包络线仍然保持着输入信号的原有形状 由于用了四个晶体二极管组成的环形电路 在输出端本振信号就有完全被抑制的可 能 从图 6 2 可看出 在本振电压为正半周 二极管 D1 D2导通 D3 D4截止 此时在 变压器 T2初级绕组中引起的本振电流 方向是相反的 如图中箭头所示 若变压器 T1 T2 的抽头确实在绕组的中心 而且二极管 D1 D2的正反向电阻又完全相同 那么在 T2初级绕组中的本振电流不仅方向相反 而且大小相等 T2 次级将无本振电压输出 在 本振电压负半周时 D1 D2截止 D3 D4导通 流过 T2初级绕组的本振电流仍然是方向 相反大小相同 T2次级仍无本振电压输出 所以在上述理想情况下 本振电压将完全被 抑制 本振电压在电路中仅仅起开关电压的作用 输出电压的大小和它无关 将由输入 信号的大小来确定 经过数学分析 在环形混频电路中 只要电路对称 则输出电流中仅有 2n 1 没有项出现 也就是它的输出中仅包含 p 2n 1 为奇数 SL L SL P 的组合分量 而抵消了 以及 P 为偶数 等众多的组合分量 L SL P 图 6 3 为本实验的实验电路 图中 T1 T2 D01 D02 D03 D04构成环形混频电路 P01为输入信号输入口 P03为本振信号输入口 图中的 L01 C04构成滤波电路 选出所需 要的中频信号而滤除其它无用信号 该中频信号输出约 2 5MHZ Q01对中频信号进行放 大 TP02为输出测量点 P02为中频信号输出口 TP01 为环形混频器输出测量点 因该点 信号未经过滤波 所以该点波形有较大失真 高频电子线路实验箱说明书 第 30 页 共 99 页 图 6 3 二极管环形混频器实验电路 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A Date 23 Aug 2010Sheet of File D PROG RAM FIL ES PROT EL99 EXAMPLES 11 DDBDrawn By R02 510 R04 1k R01 510 R03 100 Q01 9018 1 TP02 P02 1 TP01 P01 P03 D01 4148 D02 4148 D03 4148 D04 4148 D05 LE D R10 2k C01 100P C06 300P C04 330p C02 0 01u C05 300P C03 0 1u R09 2K R08 2K R07 20K R06 33K R05 1K L01 10uH 12V1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 T1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6T2 高频电子线路实验箱说明书 第 31 页 共 99 页 五 实验步骤五 实验步骤 1 实验准备 将二极管环形混频器模块 LC 振荡器与射随放大模块插入实验箱主板 接通实验箱 与所需各模块电源 2 中频频率的观测 将 LC 振荡器输出频率为 8 8MHZ 作为本实验的本振信号输入混频器的一个输入端 P03 混频器的另一个输入端 P01 接高频信号发生器的输出 6 3MHz VP P 0 4V 用示波器观测 P01 P03 TP02 并用频率计测量其频率 并计算各频率是否符合 Fi FL Fs 当改变高频信号源的频率时 输出中频 TP02 的波形作何变化 为什么 3 混频的综合观测 将调制信号为 1KHZ 载波频率为 6 3MHZ 的调幅波 作为本实验的射频输入 用双踪 示波器的观察 P01 P03 TP02 各点波形 特别注意观察 P01 和 TP02 两点波形的包络是 否一致 六 实验报告六 实验报告 1 根据观测结果 绘制所需要的波形图 并作分析 2 归纳并总结信号混频的过程 高频电子线路实验箱说明书 第 32 页 共 99 页 实验实验7 7 中频放大器中频放大器 一 实验准备一 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 中频放大器的基本工作原理 中频放大器的作用 中频放大器的要求 2 做本实验时所用到的仪器 中频放大器模块 高频信号源 双踪示波器 频率计 二 实验目的二 实验目的 1 熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统 2 了解中频放大器的作用 要求及工作原理 3 掌握中频放大器的测试方法 三 实验内容三 实验内容 1 用示波器观测中频放大器输入输出波形 并计算其放大倍数 2 用点测法测出中频放大器幅频特性 并画出特性曲线 计算出中频放大的通频带 四 基本原理四 基本原理 中频放大器位于混频之后 检波之前 是专门对固定中频信号进行放大的 中放和 高放都是谐振放大器 它们有许多共同点 由于中频放大器的工作频率是固定的 而且 频率一般都较低 因而有其特殊之处 因为中放工作频率较低 所以容易获得较大的稳 定增益 由于工作频率较低 且为固定因而可采用较复杂的谐振回路或带通滤波器 将 通带做的较窄 使谐振曲线接近于理想矩形 中放通常分为单调谐中频放大器和双调谐 中频放大器 本实验采用单调谐的 图 7 1 是中频放大的实验原理图 高频电子线路实验箱说明书 第 33 页 共 99 页 7Q01 9018 7C01 7Q02 7C09 12V1 1 GND1 7D01 LED 7R06 7R077C10 1 7TP02 7R01 7C08 OUT 7P03 7L01 7L02 7R02 7C02 7W02 7C06 7R03 7R04 7C07 7C04 1 7TP01 7C03 7R08 7R09 7P01 7P02 OUT 图 7 1 中频放大器实验原理图 高频电子线路实验箱说明书 第 34 页 共 99 页 从图可看出 本实验采用两级中频放大器 而且都是共发放大 这样可获得较大的 增益 7W02 用来调整中频放大输出幅度 7L01 7C04 和 7L02 7C08 分别为第一级和第 二级的谐振回路 7P01 孔为自动增益控制 AGC 连接孔 五 实验步骤五 实验步骤 1 实验准备 将中频放大器模块插入实验箱主板上 按下电源开关 7k01 电源指示灯点亮 即可开 始实验 2 中频放大器输入输出波形观察及放大倍数测量 将高频信号源频率设置为 2 5MHz 峰一峰值 Vp p 150mv 注意先测频率 然后再调 幅度 否则幅度太小时 频率计测不出 其输出送入中频放大器的输入端 IN 用示 波器测量中放输出 7TP02 点的波形 微调高频信号源频率使中放输出幅度最大 调整 7W02 使中放输出幅度最大且不失真 并记下此时的幅度大小 然后再测量中放此时的输 入幅度 即可算出中放的电压放大倍数 3 测量中频放大器的谐振曲线 幅频特性 保持上述状态不变 按照表 7 1 改变高频信号源的频率 用频率计测量 保持高频 信号源输出幅度为 150mV 示波器 CHI 监视 从示波器 CH2 接 7TP02 上读出与频率相 对应的幅值 并把数据填入表 7 1 然后以横轴为频率 纵轴为幅度 按照表 7 1 画出 中频放大器的幅频特性曲线 并从曲线上算出中频放大器的通频带 表 7 1 频率 MHZ 1 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 1 输出幅度 U mv 4 输入信号为调幅波的观察 在上述状态下 将输入信号设置为调幅波 其载波为 2 5MHZ 用示波器观察中放输 高频电子线路实验箱说明书 第 35 页 共 99 页 出 7TP02 点的波形是否为调幅波 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 根据实验数据计算出中频放大器的放大倍数 2 根据实验数据绘制中频放大器幅频特性曲线 并算出通频带 3 总结本实验所获得的体会 高频电子线路实验箱说明书 第 36 页 共 99 页 实验实验8 8 集成乘法器幅度调制电路集成乘法器幅度调制电路 实验准备 实验准备 1 做本实验时应具备的知识点 幅度调制 用模拟乘法器实现幅度调制 MC1496 四象限模拟相乘器 2 做本实验时所用到的仪器 集成乘法器幅度调制电路模块 高频信号源 双踪示波器 万用表 二 实验目的二 实验目的 1 通过实验了解振幅调制的工作原理 2 掌握用 MC1496 来实现 AM 和 DSB 的方法 并研究已调波与调制信号 载波之间的关 系 3 掌握用示波器测量调幅系数的方法 三 实验内容三 实验内容 1 模拟相乘调幅器的输入失调电压调节 2 用示波器观察正常调幅波 AM 波形 并测量其调幅系数 3 用示波器观察平衡调幅波 抑制载波的双边带波形 DSB 波形 4 用示波器观察调制信号为方波 三角波的调幅波 四 基本原理四 基本原理 所谓调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡 载波 的幅度 使其成为带有低频 高频电子线路实验箱说明书 第 37 页 共 99 页 信息的调幅波 目前由于集成电路的发展 集成模拟相乘器得到广泛的应用 为此本实 验采用价格较低廉的 MC1496 集成模拟相乘器来实现调幅之功能 1 MC1496 简介 MC1496 是一种四象限模拟相乘器 其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如 图 8 1 所示 由图可见 电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对 T1 T4 且这 两组差分对的恒流源管 T5 T6 又组成了一个差分对 因而亦称为双差分对模拟相乘器 其典型用法是 脚间接一路输入 称为上输入v1 脚间接另一路输入 称为下输入 v2 脚分别经由集电极电阻Rc接到正电源 12V 上 并从 脚间取输出vo 脚间接负反馈电阻Rt 脚到地之间接电阻RB 它决定了恒流源电流 I7 I8的 数值 典型值为 6 8k 脚接负电源 8V 脚悬空不用