JH5007A高频实验箱讲义(操1)1

1 实验一实验一 小信号参差调谐放大器实验小信号参差调谐放大器实验 一 一 实验目的实验目的 1 进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理 2 掌握高频小信号调谐放大器的调试方法 3 掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数 电压放大倍数 通频带 矩形系数 的测 试 4 学会使用高频信号发生器和频谱分析仪 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 小信号调谐放大器实验板 2 60MH 双踪示波器 3 万用表 4 高频信号发生器 5 扫频仪 用带跟踪源的频谱分析仪代替 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 1 小信号调谐放大器的基本原理 小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路 其作用是有选择地对某一频率 范围的高频小信号信号进行放大 所谓 小信号 通常指输入信号电压一般在微伏 毫 伏数量级附近 放大这种信号的放大器工作在线性范围内 所谓 调谐 主要是指放大器 的集电极负载为调谐回路 如 LC 调谐回路 这种放大器对谐振频率及附近频率的信号 0 f 具有最强的放大作用 而对其它远离的频率信号 放大作用很差 如图 1 1 所示 0 f 图 1 1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线 小信号调谐放大器技术参数如下 增益 表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力 通频带和选择性 通常规定放大器的电压增益下降到最大值的 0 707 倍时 所对应的 频率范围为高频放大器的通频带 用 B0 7表示 衡量放大器的频率选择性 通常引入参数 K f K0 1 0 707 0 1 0 f0 B0 7 B0 1 f 2 矩形系数 K0 1 它定义为 式中 B0 1为相对放大倍数下降到 0 1 处的带宽 如图 1 1 所示 显然 矩形系数越小 选择性越好 其抑制邻近无用信号的能力就越强 稳定性 电路稳定是放大器正常工作的首要条件 不稳定的高频放大器 当电路参数 随温度等因素发生变化时 会出现明显的增益变化 中心频率偏移和频率特性曲线畸变 甚至发生自激振荡 由于高频工作时 晶体管内反馈和寄生反馈较强 因此高频放大器很 容易自激 因此 必须采取多种措施来保证电路的稳定 如合理地设计电路 限制每级的 增益和采取必要的工艺措施等 噪声系数 为了提高接收机的灵敏度 必须设法降低放大器的噪声系数 高频放大器 由多级组成 降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声 因此 在设计前级放大 器时 要求采用低噪声器件 合理地设置工作电流等 使放大器在尽可能高的功率增益下 噪声系数最小 2 参差调谐放大器 多级单调谐放大器级联后 总放大倍数等于各级单调谐放大器放大倍数之积 选择性 提高但总的通频带变窄 N 级 QL值相同的调谐回路与单级单调谐放大器相比 总通频带缩 小系数为 由于 n 1 总通频带必定是缩小的 若采用降低 QL值的方法加宽通12 n 频带 将使选择性太差且谐振增益太低 必须采取其它措施兼顾二者 双参差调谐放大器 即是常用的方法之一 这种调谐放大器在电路硬件形式上和多级放大器没有什么不同 但在调谐频点上有区 别 所谓双参差调谐 是将两级单调谐回路放大器的谐振频率 分别调整到略高于和略低 于信号的中心频率上 设信号的中心频率是 f0 则将第一级调谐于 f0 fd 第二级调谐于 f0 fd fd是单个谐振回路的谐振频率与信号中心频率之差 各级回路的谐振频率参 差错开 因此称为参差调谐放大器 对于单个谐振电路而言 它是工作于失谐状态 fd f0称为参差失谐量参差失谐量 若考虑到谐振回路品质因数 QL的影响 可得对应的 0 QL 2 fd f0 称为广义参差失谐量广义参差失谐量 当参差调谐的两个回路的 QL值相同时 可将两个相同的频率特性曲线向左右方向各移 动 0 然后将它们的纵坐标分贝数相加 则可得到参差调谐回路的综合频率特性 由于 在 f0处两回路均处于失谐状态 谐振点处的总增益减小 这就使合成的频率曲线较为平坦 使总的通频带展宽 参差调谐回路的综合频率特性与广义参差失谐量 0 有关 0 越小 则越尖 越大则越平坦 当 0大到一定程度时 由于 f0处的失谐太严重 综合频率特性 曲线可以出现马鞍形双峰的形状 0 1 0 1 0 7 B K B 3 理论推导表明 当 01 时为双峰 0 1 为两者 的分界线 相当于单峰中最平坦的情况 越大 则双峰的距离越远 且中间的下凹越严重 3 实验电路 小信号参差调谐放大器实验电路如图 1 2 图 1 2 小信号参差调谐放大器实验电路 四 实验内容四 实验内容 1 静态工作点与谐振回路的调整 2 放大器的幅频特性及通频带的测试 3 测试品质因数对放大器的幅频特性及通频带的影响 实验前请注意如下提示 实验前请注意如下提示 1 高频小信号放大器输入中心频率 f0为 10 7MHz 所需幅度只需 10 30mV 两级放大增 益较高 输入过大将使输出波形产生严重失真 务请注意 2 参差调谐放大器第一级谐振点略低于 10 7MHz 第二级谐振点略高于 10 7MHz 形成以 10 7MHz 为中心频率 中部微凹两边对称的通频带特征 勿将两级谐振点调于同一频率 否则电路有可能产生自激 3 采用频谱分析仪可以直接观察放大器的通频带特征 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 静态工作点与谐振回路的调整 静态工作点与谐振回路的调整 在实验箱主板上插上小信号参差调谐放大器实验电路模块 接通实验箱上电源开关 电源指标灯点亮 跳线块开关 J1 接 2 3 端 采用高频信号发生器产生 10 7MHz 正 4 弦波作为信号源 峰 峰值调整在 10 mV 20 mV 接入小信号调谐放大器实验电 路 IN1 端 在第一级小信号调谐放大器输出 TP2 端 用示波器观测第一级放大后的信号 调整电位器 W1 和微调电容 C7 使输出信号幅度最大 在第二级小信号调谐放大器输出 TP3 端 用示波器观测第一 二两级放大后的 信号 调整电位器 W2 和微调电容 C12 使输出信号幅度最大 注意 当两级放大器的中心频率完全一致时 若各级增益过大极易产生高频自激 因此 当发现电路有自激倾向时 可适当调整 W1 和 W2 降低工作点电流以略微降低各级 增益 或对两级调谐放大器的微调电容进行相反大小的微调 预置为参差调谐模式 均 可有效消除自激倾向 2 2 采用频谱分析仪直接观察放大器的通频带特征采用频谱分析仪直接观察放大器的通频带特征 必须注意频谱分析仪输出衰减量不能太小必须注意频谱分析仪输出衰减量不能太小 否则输入信号过大将使电路过载 并使观察 到的通频带特性产生严重扭曲 具体实验步骤如下 1 将频谱分析仪输出频谱分析仪输出接于放大器输入端 2 将频谱分析仪输入探头接于放大器输出端 设置好扫频信号的频率范围 建 议 9 12MHz 此时应在屏幕上出现放大器频率特性曲线 3 仔细观察得到的放大器频率特性曲线 分析形状是否基本符合要求 并分别 缓慢调节两级放大器的调谐回路 区分出每级对应的谐振峰大体位置 如两级放大器的 调谐回路频率过于接近 则需将其调谐元件分别向相反方向微微调整 并注意始终保持 曲线形状基本对称于外频标所在中心竖线位置 如发现两峰幅度差别较大 则可分别 调整电位器 W1 和 W2 使各级增益分配趋于合适 3 3 放大器的放大倍数及通频带的测试 放大器的放大倍数及通频带的测试 中心频率点放大倍数测试 输入中心频率 f0 为 10 7MHz 峰 峰值为 10 30mV 的正弦波 用示波器分别测出 TP1 端电压 Ui 和 OUT 端电压 Uo 放大倍数为 i O u U U A 也可以利用频谱分析仪屏幕显示的幅频特性曲线 读出 u A 2 通频带测试 利用频谱分析仪屏幕纵向刻度和内部频标所指示的频率 绘制放大器的幅频特性曲 线 记录 3dB 和 10dB 带宽点对应的频率值 计算矩形系数 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 整理按实验步骤所得的数据 完成放大器幅频特性曲线的绘制工作 2 总结由本实验所获得的体会 5 6 实验二实验二 高频谐振功率放大器实验高频谐振功率放大器实验 一 一 实验目的实验目的 1 进一步掌握高频谐振功率放大器的工作原理 2 掌握谐振功率放大器的调谐特性和负载特性 3 掌握激励电压 集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 小信号调谐放大器实验板 2 20MH 双踪示波器 3 高频信号源 3 万用表 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 1 高频谐振功率放大器原理电路 高频谐振功率放大器是一种能量转换器件 它可以将电源供给的直流能量转换为高频 交流输出 高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件 其作用是放大信号 使之达到足够的功率输出 以满足天线发射和其它负载的要求 高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率 大功率的输出 放大器电流 导通角 愈小 放大器的效率 愈高 如甲类功放的 180 效率 最高为 50 而 丙类功放的 90 效率 可达到 80 谐振功率放大器采用丙类功率放大器 采用 选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器 高频谐振功率放大器 原理电路如图 2 1 图 2 1 高频谐振功率放大器的工作原理 图中 ub为输入交流信号 EB是基极偏置电压 调整 EB 改变放大器的导通角 以改变 放大器工作的类型 EC是集电极电源电压 集电极外接 LC 并联振荡回路的功用是作放大器 负载 放大器工作时 晶体管的电流 电压波形及其对应关系如图 2 2 所示 晶体管转移 iC uCE C uc Re L RL EC EB V iB ub 7 特性如图 2 2 中虚线所示 由于输入信号较大 可用折线近似转移特性 如图中实线所示 图中为管子导通电压 gm为特征斜率 设输入电压为一余弦电压 即 B U ub Ubmcos t 则管子基极 发射极间电压 uBE为 uBE EB ub EB Ubmcos t 在丙类工作时 EB 在这种偏置条件下 集电极电流 iC为余弦脉冲 其最大值为 B U iCmax 电流流通的相角为 2 通常称 为集电极电流的通角 丙类工作时 1 调幅波产生失真 这种情况称为过调幅 a m a m 20 未调制状态调制状态 maUcm 0 图 4 1 调幅波的波形 2 普通调幅波 AM 的频谱 普通调幅波 AM 的表达式展开得 5 2 tUmtUmtUu ccmaccmaccmAM cos 2 1 cos 2 1 cos 它它由三个高频分量组成 将这三个频率分量用图画出 便可得到图 4 2 所示的频谱图 在这个图上调幅波的每一个正弦分量用一个线段表示 线段的长度代表其幅度 线段在横 轴上的位置代表其频率 图 4 2 普通调幅波的频谱图 调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程 在单频调 制时 其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍 即FB2 3 普通调幅波 AM 的功率 载波分量功率 L cm c R U P 2 2 1 上边频分量功率 ca L cma L cm a Pm R Um R U m P 2 22 2 1 4 1 8 11 2 2 1 下边频分量功率 ca L cma L cm a Pm R Um R U m P 2 22 2 2 4 1 8 11 2 2 1 因此 调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为 c a c P m PPPP 2 1 2 21 21 可见 边频功率随的增大而增加 当时 边频功率为最大 即 a m1 a m C PP 2 3 这时上 下边频功率之和只有载波功率的一半 这也就是说 用这种调制方式 发送 端发送的功率被不携带信息的载波占去了很大的比例 显然 这是很不经济的 但由于这 种调制设备简单 特别是解调更简单 便于接收 所以它仍在某些领域广泛应用 二 抑制载波双边带调幅 AMSCDSB 1 抑制载波双边带调幅 的表达式 波形AMSCDSB 由于载波不携带信息 因此 为了节省发射功率 可以只发射含有信息的上 下两个 边带 而不发射载波 这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅 简称双边带调幅 用 表示 可将调制信号和载波信号直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到 双边DSB u c u 带调幅信号写成 ttUAUuAuu ccmmCDSB coscos cos cos 2 1 ttUAU cccmm 为由调幅电路决定的系数 是双边带高频信号的振幅 它与调制AtUAU cmm cos 信号成正比 双边带调幅的调制信号 调幅波形如图 4 3 所示 双边带调幅波的包络已不 再反映调制信号的变化规律 图 4 4 为频谱图 AMSCDSB 由以上讨论可以看出调制信号有如下的特点 AMSCDSB 图 4 3 双边带调幅的调制信号 调幅波 图 4 4 频谱图AMSCDSB a 信号的幅值仍随调制信号而变化 但与普通调幅波不同 AMSCDSB 的包络不再反映调制信号的形状 仍保持调幅波频谱搬移的特征 AMSCDSB b 在调制信号的正负半周 载波的相位反相 即高频振荡的相位在瞬间有0 tf 的突变 0 180 3 调制 信号仍集中在载频附近 所占频带为AMSCDSB 0 22 max 2FBDSB 由于调制抑制了载波 输出功率是有用信号 它比普通调幅经济 但AMSCDSB 在频带利用率上没有什么改进 三 抑制载波单边带调幅 AMSCSSB 实现抑制载波的单边调幅的方法很多 其中最简单的方法是在双边带调制后接一个边 带滤波器 它可以取出一个边带 抑制掉另一边带 当边带滤波器的通带位于载频以上时 提取上边带 否则就提取下边带 用这种方法实现单边带调幅的数学模型如图 4 5 所示 图 4 5 实现单边带调幅信号的数学模型 通过边带滤波器后 就可得到上边带或下边带即 下边带信号 tUAUu ccmmSSBH cos 2 1 上边带信号 tUAUu ccmmSSBH cos 2 1 从上式看出 信号在传输信号时 不但功率利用率高 而且它所占用的频带比SSB AM DSB减小了一半 即 频带利用充分 因此已成为短波通信中的一种重要 max FBSSB 调制方式 2 集成模拟乘法器 MC1496 工作原理 实现调幅 的方法很多 目前 集成模拟乘法器得到广泛的应用 本实验采用 MC1496 集 成模拟乘法器来实现普通调幅波 AM 和抑制载波双边带调幅 AMSCDSB 23 图 4 6 MC1496 的内部电路及引脚图 MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器 其内部电路图和引脚图如图 4 6 所示 其中 V1 V2与 V3 V4组成双差分放大器 V5 V6组成的单差分放大器用以激励 V1 V4 V7 V8及 其偏置电路组成差分放大器 V5 V6的恒流源 引脚 8 与 10 接输入电压 ux 1 与 4 接另一输 入电压 uy 输出电压 u0从引脚 6 与 12 输出 引脚 2 与 3 外接电阻 RE 对差分放大器 V5 V6产生串联电流负反馈 以扩展输入电压 Uy的线性动态范围 引脚 14 为负电源端 双电源供电时 或接地端 单电源供电时 引脚 5 外接电阻 R5 用来调节偏置电流 I5 及镜像电流 I0的值 MC1496 可以采用单电源供电 也可以采用双电源供电 器件的静态工作点由外接元件 确定 静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态 即晶体管的集一基极间的 电压应大于或等于 2V 小于或等于最大允许工作电压 一般情况下 晶体管的基极电流很 小 三对差分放大器的基极电流 I8 I10 I1和 I4可以忽略不计 因此器件的静态偏置 电流主要由恒流源的值确定 当器件为单电源工作时 引脚 14 接地 5 脚通过一电阻 R5接 正电源 UCC的典型值为 12V 由于 I0是 I5的镜像电流 所以改变电阻 R5可以调节 I0的 大小 即 500 7 0 5 50 R Vu II CC 当器件为双电源工作时 引脚 14 接负电源 UEE 一般接 8V 5 脚通过一电阻 R5接地 因此 改变 R5也可以调节 I0的大小 即 500 7 0 5 50 R Vu II EE 根据 MC1496 的性能参数 器件的静态电流小于 4mA 一般取 I0 I5 1mA 左右 V1V2 10 12 V5V6 V3V4 6 8 4 1 2 3 5 V7 V8 R R R 14 接 EE或接地 1 2 3 4 5 6 7 INx RE RE INx BI OUT XFC 1596 14 13 12 11 10 9 8 EE OUT INy INy MC1496 0 I 5 I x u y u 0 u 0 u 24 3 实验电路 集成乘法器幅度调制实验电路如图 4 7 图 4 7 MC1496 构成集成乘法器幅度调制实验电路 说明 说明 本模块为本模块为 乘法器混频 调幅乘法器混频 调幅 模块 除保留原集成乘法器调幅功能外 另加入集模块 除保留原集成乘法器调幅功能外 另加入集 成乘法器混频功能 当进行集成乘法器调幅实验时 把成乘法器混频功能 当进行集成乘法器调幅实验时 把 J1J1 J3J3 J5J5 上的跳线块置于上的跳线块置于 1 21 2 位位 置 将置 将 J2J2 J8J8 J9J9 上的跳线块置于上的跳线块置于 2 32 3 位置 位置 J4J4 J6J6 J7J7 不插跳块 不插跳块 IN2IN2 IN3IN3 分别输分别输 入入 1KH1KHz z 正弦波基带调制信号与正弦波基带调制信号与 10 7MH10 7MHz z 高频正弦载波 高频正弦载波 IN1IN1 空闲 空闲 当进行集成乘法器混频实验时 把当进行集成乘法器混频实验时 把 J2J2 J3J3 J5J5 J8J8 J9J9 上的跳线块置于上的跳线块置于 1 21 2 位置 将位置 将 J1J1 上的跳线块改插于上的跳线块改插于 2 32 3 位置 位置 J4J4 J6J6 J7J7 不插跳块 不插跳块 IN1IN1 IN3IN3 分别输入分别输入 10 24510 245 MHMHz z 与与 10 7MH10 7MHz z 高频正弦波 高频正弦波 IN2IN2 空闲 空闲 四 实验内容四 实验内容 1 模拟乘法器的调节 2 普通调幅波 AM 的产生 调幅系数ma 测量与调整 3 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 的产生与观测 4 普通调幅波 AM 和抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 频谱的的测量 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 模拟乘法器的调节 模拟乘法器的调节 在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块集成乘法器幅度调制电路模块 接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮 信号源参数调节如下 示波器监测 调制信号源 频率范围 1kHz 波形选择 正弦波 输出峰 峰值 300mV 左右 载波信号源 工作频率 465 kHz 10 7MHz 任选 建议采用 6 5MHz 或 10 7MHz 465 kHz 效 果最好 输出幅度 峰 峰值 500mV 左右 用示波器观测 25 调整步骤 进行平衡调节和载漏调节 此步可省进行平衡调节和载漏调节 此步可省 在 IN3 端加入载波信号 IN2 调制信号暂不加 TP1 点监测幅度 调节 RW2 使 OUT 端输出电压幅度最小 理想值为 0V 在 IN2 端加入调制信号 载波信号暂不加 TP2 点监测幅度 调节 RW1 使出 电压幅度最小 理想值为 0V 反复进行上述调整 使 OUT 端输出电压幅度达到 最小 2 2 普通调幅波 普通调幅波 AMAM 的产生 调幅系数测量与调整 的产生 调幅系数测量与调整 在 IN3 端加入载波信号 调节 RW2 使 OUT 端有载波输出 示波器观察幅度稍大一 点一横格以上 在 IN2 端加入调制信号 在 OUT 端观测普通调幅波 AM 调节示波器 时基旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形 如图 1 8 所示 图 4 8 调幅度 ma 的测试 A B 分别产生调幅系数ma 为 0 3 0 5 和 1 的普通调幅波 AM 记录表 1 1 Ma A B A B 100 A B 为峰峰值 表 1 1 调制信号频率 KHz 载波信号频率 MHz 调幅系数 ma AB 0 3 0 5 1 3 3 普通调幅波 普通调幅波 AMAM 频谱的观测 频谱的观测 4 4 抑制载波的双边带调幅波 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AMDSB SC AM 的产生与观测 的产生与观测 抑制载波的双边带调幅波波形观察 有函数信号器可开展此步实验有函数信号器可开展此步实验 在 IN3 端加入载波信号 调节 RW2 去掉直流 使输出幅度最小 在 IN2 端加入调制 信号 在 OUT 端观测抑制载波的双边带调幅波波形 调节示波器时基旋钮使荧光屏显示 26 几个周期的调幅波波形 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 信号反相点观察 为了清楚地观察抑制载波的双边带调幅波信号过零点的反相 必须降低载波的频率 本实验可将载波信号降低为 100KHZ 信号来自信号来自函数信号器函数信号器 幅度仍为 500mv 接入 IN3 调制信号仍为 1KHZ 幅度 500mv 接入 IN2 增大示波器 X 轴扫描速率 仔细观察调制信号过零点时刻 信号 过零点时刻的波形应 该反相 5 5 抑制载波的双边带调幅波 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AMDSB SC AM 频谱的观测 频谱的观测 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 整理按实验步骤所得的数据 绘制记录的波形 2 画出 DSB SC 波形及 m 100 时的 AM 波形 比较两者的区别 3 总结由本实验所获得的体会 实验五实验五 二极管包络检波实验二极管包络检波实验 一 一 实验目的实验目的 7 加深对二极管大信号包络检波工作原理的理解 8 掌握用二极管大信号包络检波器实现普通调幅波 AM 解调的方法 了解滤波电容数 值对 AM 波解调影响 9 了解电路参数普通调幅波 AM 解调影响 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 集成乘法调幅实验板 二极管包络检波实验板 2 20MH 双踪示波器 3 万用表 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 1 二极管大信号包络检波工作原理 27 ui t t u2 u2 ui Ucm maUcm U0 U m 直流成分U0 图 5 1 大信号检波电路 图 5 2 大信号检波原理 图 5 1 是二极管大信号包络检波电路 图 5 2 表明了大信号检波的工作原理 输入信 号为正并超过和上的时 二极管导通 信号通过二极管向充电 此 tuiC 1 R 0 tuC 时随充电电压上升而升高 当下降且小于时 二极管反向截止 此时 0 tu tui 0 tu 停止向充电并通过放电 随放电而下降 充电时 二极管的正向电阻较C L R 0 tu D r 小 充电较快 以接近上升的速率升高 放电时 因电阻比大的多 0 tu tui L R D r 通常 放电慢 故的波动小 并保证基本上接近于的幅 kRL10 5 0 tu tui 值 如果是高频等幅波 则是大小为的直流电压 忽略了少量的高频成 tui 0 tu 0 U 分 这正是带有滤波电容的整流电路 当输入信号的幅度增大或减少时 检波 tui 器输出电压也将随之近似成比例地升高或降低 当输入信号为调幅波时 检波器 0 tu 输出电压就随着调幅波的包络线而变化 从而获得调制信号 完成检波作用 由 0 tu 于输出电压的大小与输入电压的峰值接近相等 故把这种检波器称为峰值包络检 0 tu 波器 2 二极管大信号包络检波效率 检波效率又称电压传输系数 用表示 它是检波器的主要性能指标之一 用来描述 d 检波器将高频调幅波转换为低频电压的能力 定义为 d cma m cma m d Um U Um U 调幅波包线变化的幅度 检出的音频电压幅度 当检波器输入为高频等幅波时 输出平均电压 则定义为 0 U d cmcm d U U U U 00 检波电压的幅值 整出的直流电压 这两个定义是一致的 对于同一个检波器 它们的值是相同的 由于检波原理分析可 28 知 二极管包络检波器当很大而很小时 输出低频电压振幅只略小于调幅波包络CRL D r 振幅 故略小于1 实际上在80 左右 并且足够大时 为常数 即检波器输出 d d R d 电压的平均值与输入高频电压的振幅成线性关系 所以又把二极管峰值包络检波称为线性 检波 检波效率与电路参数 以及信号大小有关 它很难用一个简单关系式表 L RC 0 r 达 所以简单的理论计算还不如根据经验估算可靠 如要更精确一些 则可查图表并配以 必要实测数据得到 3 二极管大信号包络检波器输入电阻 输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标 对于高频输入信号源来说 检波器相当 于一个负载 此负载就是检波器的等效输入电阻 in R d L in R R 2 上式说明 大信号输入电阻等于负载电阻的一半再除以 例如 当 in R d kRL1 5 0 8 时 则 d kRin2 3 8 02 1 5 由此数据可知 一般大信号检波比小信号检波输入电阻大 3 二极管大信号包络检波器检波失真 检波输出可能产生三种失真 第一种 由于检波二极管伏安特性弯曲引起的失真 第 二种是由于滤波电容放电慢引起的失真 它叫对角线失真 第三种是由于输出耦合电容上 所充的直流电压引起的失真 这种失真叫割底失真 其中第一种失真主要存在于小信号检 波器中 并且是小信号检波器中不可避免的失真 对于大信号检波器这种失真影响不大 主要是后两种失真 1 对角线失真 如图 5 3 电路所示 t u ui u0 图 5 3 对角线失真原理图 避免对角线失真的条件是 a a L m m CR 2 1 29 上式表明或大 则包络线变化快 放电慢 这些都促成发生放电失真 a m L CR 2 割底失真 如图 5 4 所示 a a b b 图 5 4 割底失真原理及波形图 设 不产生割底失真的条件为1 d L L LiL Li iL i iL L a R R RRR RR RR R RR R m 1 1 由该式可见 调制系数愈大或检波器交直流电阻之比愈小 则愈容易产生割底失真 a m L L R R 3 实验电路 二极管大信号包络检波实验电路如图 5 5 图 5 5 二极管大信号包络检波实验电路 四 实验内容四 实验内容 30 1 普通调幅波 AM 的检波 2 对角线失真观测与防止 3 割底失真观测与防止 五 实验步骤五 实验步骤 1 普通调幅波 AM 的检波 1 由高频信号源由高频信号源产生调幅系数ma 为 0 3 参考值 的普通调幅波 AM 由二极二极 管包络检波模块管包络检波模块 IN1 端加入 由 TP1 点监测波形与幅度 2 连接 J1 J2 断开 在 TP2 观察检波后不失真信号 并记录波形 并计算电压传 输系数 Kd TP1 波形相与 TP2 波形相比 3 连接 J1 J2 为上 调整 RW1 RW2 可在输出端观察经放大之后的信号 2 对角线失真观测与防止 连接 J1 J2 断开 由 IN1 端加入普通调幅波 AM 调节普通调幅波 AM 的调幅系 数ma 调制信号频率 二极管大信号包络检波实验电路上电位器 RW1 在 TP2 点观测图 2 6 所示对角线失真 惰性失真 波形图 t u ui u0 图 2 6 对角线失真波形图 调节 ma 调制信号频率 二极管大信号包络检波实验电路上电位器 RW1 使对角线失真 消失 验证避免对角线失真条件 a a m m CR 2 1 表 5 1 避免对角线失真测试表 ma 负载 第一次 第二次 31 第三次 注 负载在测 TP2 时为 R1 R2 RW1 TP3 时为 R1 R2 RW1 R3 RW2 3 割底失真观测与防止 连接 J1 J2 断开 调节集成乘法器幅度调制实验电路板上产生的普通调幅波 AM 的 调幅系数ma 二极管大信号包络检波实验电路上电位器 RW1 RW2 在 TP3 观测图 5 7 所 示割底失真波形图 图 5 7 割底失真波形图 调节 ma RW1 RW2 使割底失真消失 验证避免割底失真条件 L L iL L a R R RR R m 1 表 5 2 避免割底失真测试表 maR2 RW1R3 RW2 第一次 第二次 第三次 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 整理按实验步骤所得的数据 绘制记录的波形 2 画出对角线失真 割底失真波形图 3 分析并验证二极管大信号包络检波电路不能解调抑制载波的双边带调幅波 4 总结由本实验所获得的体会 32 实验六实验六 调幅波同步解调实验调幅波同步解调实验 一 一 实验目的实验目的 10 加深对同步解调相关理论的理解 11 理解同步检波器能解调普通调幅波 AM 和抑制载波双边带调幅波 的概念 AMSCDSB 12 掌握用 MC1496 模拟乘法器组成的同步检波器来实现普通调幅波 AM 和抑制载波 双边带调幅波 的解调的方法与电路 了解输出端的低通滤波器对 AMSCDSB 解调的影响 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 集成乘法调幅实验板 调幅信号同步解调电路实验板 2 20MH 双踪示波器 3 万用表 33 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 1 同步解调分析 同步检波 又称相干检波 它利用与已调幅波的载波同步 同频 同相 的一个恢 复载波 又称基准信号 与已调幅波相乘 再用低通滤波器滤除高频分量 从而解调得调 制信号 它适应一切调幅波 它与普通包络检波器的区别就在于接收端必须提供一个本地载波信号 而且要求它 r u 是与发送端的载波信号同频 同相的同步信号 利用这个外加的本地载波信号与接收端 r u 输入的调幅信号两者相乘 可以产生原调制信号分量和其它谐波组合分量 经低通滤波 i u 器后 就可解调出原调制信号 以抑制载波双边带调幅 为例 设输入的信号及同步信号分别AMSCDSB DSB 为 ttUu cimi coscos tUu crmr cos 则乘法器的输出电压为 ttUAUtUAUuAuu crmimrmimrio 2coscos 2 1 cos 2 1 显然 上式右边第一项是所需要的调制信号 而第二项为高频分量 可被低通滤波器 滤除 同理 设普通调幅波 AM 的表达式为 AM uttU cAM cos cos1 tmU acm t c cos 则乘法器的输出电压为 ttUAUtUAUuAuu cmimmimro 2cos cosm1 2 1 cosm 2 1 UAU 2 1 acacccmimAM 经低通滤波器滤取出直流信号与调制信号 经低通滤波器滤除高频分量 即可获得低频信号输出 本实验 的乘法器采样集成 u 模拟乘法器 MC1496 来实现 MC1496 构成集成模拟乘法器原理见实验一 2 实验电路 集成乘法器幅度调制实验电路如图 6 1 34 图 6 1 MC1496 构成的调幅波同步解调实验实验电路 四 实验内容四 实验内容 1 普通调幅波 AM 的同步解调实验 2 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 的同步解调实验 五 实验步骤五 实验步骤 1 普通调幅波 AM 的同步解调实验 1 在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块集成乘法器幅度调制电路模块 调幅波同步解调实验实验调幅波同步解调实验实验 电路模块电路模块 接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮 2 按照实验一方式 产生普通调幅波 AM 信号 3 将集成乘法器幅度调制电路模块产生的普通调幅波 AM 加在调幅同步解调实调幅同步解调实 验电路模块验电路模块的 IN2 端 由集成乘法器幅度调制电路模块集成乘法器幅度调制电路模块 IN2 端引入载波信号加在 调幅波同步解调实验电路模块调幅波同步解调实验电路模块的 IN1 端 4 调节调幅波同步解调实验实验电路模块上电位器 RW1 RW2 在 TP3 端可观测到 没有经过低通滤波器的解调信号 在 TP5 端可观测到经过低通滤波器的解调信号 解调后的信号由 TP4 送入实验箱上音频放大器 由 OUT 端送入实验箱上的频率计 测量解调信号的频率 2 抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 的同步解调实验 1 按照实验一方式 产生抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 信号 2 将集成乘法器幅度调制电路模块产生的抑制载波的双边带调幅波 DSB SC AM 信号加在调幅波同步解调实验实验电路模块的 IN2 端 由集成乘法器幅度调 制电路模块 IN2 端引入同步信号加在调幅波同步解调实验实验电路模块的 IN1 端 3 调节调幅波同步解调实验实验电路模块上电位器 RW1 RW2 在 TP3 端可观测到 没有经过低通滤波器的解调信号 在 TP5 端可观测到经过低通滤波器的解调信号 35 解调后的信号由 TP4 送入实验箱上音频放大器 由 OUT 端送入实验箱上的频率计 测量解调信号的频率 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 整理按实验步骤所得的数据 绘制记录的波形 2 粗略画出 TP3 端 没有经过低通滤波器的解调信号和 TP5 端 经过低通滤波器的解调信 号波形 3 改变调幅系数 ma 观测解调效果 与二极管包络解调进行比较 4 总结由本实验所获得的体会 实验七实验七 晶体三极管混频电路实验晶体三极管混频电路实验 一 一 实验目的实验目的 13 进一步学习变频电路的相关理论 14 掌握三极管混频电路的工作原理和调试方法 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 三极管混频电路实验板 2 20MH 双踪示波器 3 万用表 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 36 1 LC 振荡电路的基本原理 在通信技术中 经常需要将信号自某一频率变换为另一频率 一般用得较多的是把一 个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号 例如 在超外差中波接收机中 常天线接收到的高频信号 载频位于 535 kHz 1605kHz 中波波段各电台的普通调幅信号 通过变频 变换成 465KHz 的中频信号 在调频广播接收机中 把载频位于 88 MHz 108MHz 的各调频台信号变换为中频为 10 7MHz 的调频信号 完成这种频率变换的电 路称变频器 采用变频器后 接收机的性能将得到提高 图 7 1 混频器的电路模型 混频器的电路模型如图 7 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 混频器主要技术指标有 混频增益 KPc 所谓混频增益 KPc是指混频器输出的中频信号功率 Pi与输入信号功率 Ps之比 噪声系数 NF 混频器由于处于接收机电路的前端 对整机噪声性能的影响很大 所以减小混频器的 噪声系数是至关重要的 混频失真与干扰 混频器的失真有频率失真和非线性失真 此外 由于器件的非线性还存在着组合频率 干扰 这些组合频率干扰往往是伴随有用信号而存在的 严重地影响混频器的正常工作 因此 如何减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题 选择性 i pc s P K P 37 所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而滤除其他干扰信号的能力 选择性越 好输出信号的频谱纯度越高 选择性主要取决于混频器输出端的中频带通滤波器的性能 2 实验电路 晶体三极管混频电路实验 电路如图 7 2 所示 本振电压 UL频率为 10 7MHZ 从晶 体管的发射极 e 输入 信号电压 Us 频率为 10 245MHZ 从晶体三极管的基极 输入 混频后 的中频 Fi FL Fs 信号由晶体三管的集电极输出 输出端的带通滤波器必须调谐在中频 Fi 上 本实验的中频为 Fi FL Fs 10 7MHZ 10 245MHZ 455KHZ C4 C3 R3 R1 C2 B2 R4 C5 R5 LE D1 K 12 RW 1 R2 C1 CV J TP1 IN1 TP3 OUT TP2 IN2 A8 0808 图 7 2 晶体三极管混频电路实验电路图 四 实验内容四 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 五 实验步骤五 实验步骤 1 中频频率观测 在实验箱主板上插上晶体三极管混频电路实验模块晶体三极管混频电路实验模块 LCLC 晶体正弦波振荡电路实验 晶体正弦波振荡电路实验 模块模块 接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮 将 LC 晶体正弦波振荡电路接成晶体正弦波振荡电路 输出 10 7MHz 正弦信号 将 10 7MHz 正弦信号 要求输入信号频率高度稳定 要求输入信号频率高度稳定 接入晶体三极管混频电路实验模块 38 IN2 端 高频信号源产生的 10 245MHz 本振信号接入 IN1 端 调整两个信号的大小和 RW1 用示波器观测 TP3 点并用频率计测量 OUT 端频率 应有 455KHZ 的混频后信号输出 调整微调电容 CV 使输出信号幅值最大 失真最小 当改变高频信号源的频率时 输出中频 TP3 的波形作何变化 为什么 2 混频的综合观测 在实验箱主板上插上晶体三极管混频电路实验模块 集成乘法器幅度调制电路实验 模块 接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮 在集成乘法器幅度调制电路实验电路板上产生 10 7MHz 调幅信号 接入晶体三极管 混频电路实验模块 IN1 端 高频信号源产生的 10 245MHz 本振信号接入 IN2 端 调整两个信号的大小和 RW1 用示波器观测 TP3 点波形 特别注意观察 TP1 和 TP3 两 点波形的包络是否一致 3 在 IN1 端输入 11 155MHz 的信号可以观察镜像干扰 六 实验报告要求六 实验报告要求 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 3 总结由本实验所获得的体会 实验八实验八 变容二极管调频实验变容二极管调频实验 一 一 实验目的实验目的 15 进一步学习掌握频率调制相关理论 16 掌握用变容二极管调频振荡器实现 FM 的方法 3 理解静态调制特性 动态调制特性概念和测试方法 二 实验使用仪器二 实验使用仪器 1 变容二极管调频电路实验板 2 20MH 双踪示波器 39 3 万用表 4 频谱分析仪 三 实验基本原理与电路三 实验基本原理与电路 1 变容二极管调频原理 变容二极管的调频原理可用图 8 1 说明 由变容二极管的电容和电感组成振CLLC 荡器的谐振电路 其谐振频率近似为 在变容二极管上加一固定的反向直 LC f 2 1 流偏压 和调制电压 图 则变容二极管电容量将随 改变 通过二极管的 偏 uC u 变容特性 图 可以找出电容 随时间的变化曲线 图 此电容 由两部分组成 一 部分是 为固定值 另一部分是 为变化值 是变化部分的幅度 则有 0 CtCm cos m C 十 C 0 CtCm cos 将代入的公式 化简整理可得Cf fft C C fff m 0 0 00 cos 2 1 式中 f 0 2 1 f t C Cm cos 0 是时 由 和固定电容所决定的谐振频率 称为中心频率 0 f0 m C 0 C 是频率的变化部分 而是变化部分的幅值 称为频偏 式 0 0 2 1 LC f f 0 0 2 1 C C f m 中的负号表示当回路电容增加时 频率是减小的 我们还可通过图 6 1 及图 固定 与成反比曲线 找出频率和时间的关系 比较图 a 及图 e 可见频LfC 率是在随调制电压而变 从而实现了调频 f u 从图 6 1 可以看出 由于和两条曲线并不是成正比的 最后得到的uC Cf 曲线形状将不与 曲线完全一致 这就意味着调制失真 失真的程度不仅与tf tu 变容二极管的变容特性有关 而且还决定于调制电压的大小 显然 调制电压愈大 则失 真愈大 为了减小失真 调制电压不宜过大 但也不宜太小 因为太小则频移太小 实际 上应兼顾二者 一般取调制电压比偏压小一半多 即 5 0 偏 U U m 40 C D ACE B A B C D E A B C D E CC t f f tu u t a b c d e ACE D B A B C D E Cm U偏 U m C0 图 8 1 变容二极管调频原理 3 变容二极管调频实验电路 变容二极管调频实验电路如图 8 2 图 8 2 变容二极管调频实验电路 四 实验内容四 实验内容 1 用频谱分析仪观测高频信号发生器产生调频信号的频谱 2 变容二极管调频静态调制特性测试 3 变容二极管调频动态调制特性测试 4 变容二极管的 Cj V 特性曲线的测量 选作 五 实验步骤五 实验步骤 1 1 用频谱分析仪观测高频信号发生器产生调频信号的频谱用频谱分析仪观测高频信号发生器产生调频信号的频谱 2 2 1 1 变容二极管调频静态调制特性测试变容二极管调频静态调制特性测试 在实验箱主板上插上变容二极管调频实验电路变容二极管调频实验电路模块模块 接通实验箱上电源开关 电源 指标灯点亮 断开 J2 连接 J1 调整电位器 RW1 在测试点 TP2 测电压为 5V 即变容二极管的 反向偏压为 5V 41 连接 J1 J2 调整微调电容 CV1 电位器 RW2 RW3 在 TP3 得到频率为 10 7MHz 的最 大不失真正弦信号 频率由 OUT 端测试 调整 RW1 改变变容二极管两端的反向电压 VD 测量变容二极管调频实验电路的 输出频率 得到变容二极管调频静态调制特性 表 7 1 变容二极管调频静态调制特性 VD V f MHz 2 2 变容二极管调频动态调制特性测试变容二极管调频动态调制特性测试 先把电容耦合相位鉴频器模块插入实验箱主板上 接通电源 使鉴频器工作于正常状 态 即鉴频特性是 中心频率为 10 7MHz 上下频偏及幅度对称的 S 形曲线 以高频信号发生器作为音频调制信号源 输出频率f 1kHz 峰 峰值Vp p 2V 左右 用示波器监测 的正弦波 把实验箱上的函数发生器输出的音频调制信号加入到变容二极管调频实验电路模块 IN1 端 在变容二极管调频实验电路模块 OUT 端上用示波器观察 FM 波的波形 用频谱分 析仪观测频谱 把调频器单元的调频输出端连接到鉴频器单元的输入端上 便可在鉴频器单元的 OUT 端上观察到经解调后的音频信号 改变调制信号的频率和相位 观测鉴频器单元的 OUT 端上 经解调后的音频信号 需要指出的是 动态调制特性 实为调频特性 的本义是 调频器的输出频偏与输入 电压之间的关系曲线 这里 用相位鉴频器作为频偏仪 只要相位鉴频器的鉴频线性足够 好 就可以鉴频器的输出电压代替鉴频器输入频偏 两者之间相差一个系数 本实验即 为此 3 3 变容二极管的 变容二极管的 CjCj V V 特性曲线的测量 选作 特性曲线的测量 选作 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 根据实验数据 在坐标纸上画出静态调制特性曲线 求出其调频灵敏度 说明曲线斜 率受哪些因素的影响 2 画出动态调制特性曲线 3 绘出变容二极管的 Cj V 特性曲线 4 总结由本实验所获得的体会 42 实验九实验九 电容耦合相位鉴频器实验电容耦合相位鉴频器实验 一 一 实验目的