高频电子线路实验A.ppt

哈尔滨工程大学电工电子教学基地,高频电子线路实验A,(05版教学大纲),哈尔滨工程大学电工电子教学基地,高频电子线路实验概述,课程介绍评分标准实验内容实验要求,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,课程介绍,高频电子线路实验是本科生必修的一门技术基础课。主要面向电子信息工程、通信工程、信息对抗技术、微电子学、电子科学与技术等专业。共32学时，按实验目的和要求，本课程分两大类：1.单元实验（16学时）2.课程设计（16学时）,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,考核标准,本课程的成绩由单元实验成绩（占40）和课程实验成绩（占60）相加分为“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”五档。1.单元实验(16学时)成绩由每个实验者的实验操作成绩（占50）、预习报告(设计报告)成绩（占20）和实验报告成绩（占30）相加。2.课程设计（16学时）成绩由每个实验者的实验操作能力成绩（占50）、设计报告成绩（占20）和实验报告成绩（占30）相加。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验内容,单元实验（16学时）1.小信号调谐放大器的设计2.LC正弦波振荡器与晶体振荡器的设计3.模拟乘法器调幅电路4.调幅信号的解调在第5学期开设,综合性实验(16)1.调幅信号的中频放大与解调电路设计2.调频振荡电路的设计3.模拟乘法器在通信中的应用在三个题目中任选一个在第6学期开设,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验要求,1.实验前预习有关实验的理论知识和仪器使用2.单元实验要写预习报告(设计报告)、综合设计性实验要有设计报告方可进入实验室做实验3.每次实验自带万用表、烙铁和螺丝刀4.实验完成后的第5个工作日交实验报告,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,单元实验,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验目的和任务,单元实验与理论课程同步，通过实验加深对通信系统中高频功能电路的组成、特点和工作原理的理解学习功能电路的调试和各项技术指标的测试掌握高频仪器的原理和使用方法,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,单元实验的要求,1.实验前认真预习，写预习报告或设计报告2.独立完成实验内容，掌握所做实验的理论知识和技术指标的测试方法3.学会所用仪器的使用方法为下学期的综合设计性实验打下良好的基础,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,单元实验内容,实验一小信号调谐放大器的设计实验二LC正弦波振荡器和晶体振荡器的设计实验三模拟乘法器调幅电路实验四调幅信号的解调,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验一,小信号调谐放大器,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、实验目的,通过实验进一步熟悉小信号调谐放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。掌握调谐放大器的电压增益、选择性、通频带及动态范围的测试方法。掌握使用频率特性测试仪测量小信号调谐放大器幅频特性的方法。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二、实验电路原理图,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三、实验原理,实验电路是由共发射级组态的晶体管和并联谐振回路组成的单级单调谐放大器。小信号调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC组成的并联谐振回路。如图所示。电路上共有两个可调元件，一个是电位器Rw，用于调节放大器的静态工作点，使放大器工作于合适的工作区；另一个是可变电容Cw，调节电容可改变电路的谐振频率。放大器的谐振频率为：,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,并联谐振回路的阻抗随频率而变，在谐振频率点处其阻抗是纯电阻，达到最大值，此时调谐放大器的增益也为最大值。稍离开此频率，电压增益即迅速减小。我们可以用这种放大器来放大所需要的某一频率范围的信号，而抑制不需要的信号或外界干扰信号。因此，调谐放大器在无线电通信系统中被广泛用作高频和中频放大器。,小信号放大器谐振曲线,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,四、实验内容,测量三极管的静态工作点。运用扫频法，画出谐振曲线。测量小信号的中心频率f0、电压增益Au0、通频带2f0.7以及矩形系数Kr0.1。研究电路参数，对放大器技术指标Au0和2f0.7的影响。（选作）运用逐点法，画出谐振曲线。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,五、实验仪器,直流稳压电源扫频仪示波器信号源（选做项目）,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验仪器扫频仪,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,当频标方式为10.1时,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,当频标方式为外时,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,5个格,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,六、测量方法,1、采用扫频法的测试方法如下：调节好扫频仪0dB基准（5格）。将扫频仪输出接到放大器的输入端，并把放大器的输出通过扫频仪检波探头接到扫频仪输入端，此时扫频仪屏幕上应出现如前所述被小信号放大器放大了的谐振特性曲线。改变扫频仪输出衰减使曲线的顶点正好与基准线同高。由衰减器指示的衰减数便知放大器的放大倍数，并由曲线读出中心频率数值及通频带数值。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,扫频仪与电路板实际接法,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2、采用逐点法的测试方法如下：保证正弦波信号发生器的输出信号电压幅度不变，而改变信号频率，加到放大器的输入端，用示波器或高频毫伏表测量相应的输出电压，计算出每一频率点的放大倍数，就可绘出谐振特性曲线。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,QF1056信号源,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,下次实验提示,LC正弦波振荡器和晶体振荡器的设计实验二的内容为振荡器设计，要求实验前写设计报告，自带电烙铁。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验二,LC正弦波振荡器和晶体振荡器的设计级,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、实验目的,熟悉克拉泼振荡器、西勒振荡器和晶体振荡器的振荡原理及特点。掌握振荡器的设计、安装、调试及主要性能参数的测试方法。学会使用数字频率计。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二、实验内容,1、设计并制作一个克拉泼振荡器。测试振荡频率f0(6.5MHz),输出电压幅度Uom和频率稳定度（30分钟）。2、设计并制作一个西勒振荡器测试振荡频率的变化范围（在波形不失真的条件下）输出电压幅度3、研究反馈系数对振荡波形的影响选做内容设计并制作一个晶体振荡器，并测试其频率及频率稳定度,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三、实验方法,、按照所设计的电路焊接电路板，调试三极管的静态工作点2、调试克拉泼振荡器，调试振荡频率f0,输出电压Uo,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3、测量振荡器的频率稳定度(30分钟)=?,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,4、将克拉泼振荡电路改成西勒振荡电路并测量其调频范围和输出电压。5、改变反馈电容的大小，研究反馈系数对振荡波形的影响。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,四、参考电路,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,五、提供的元器件,1、印制电路版一块2、三极管90143、电感线圈（L为左右）4、电阻5、电容6、4MHz晶体,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,六、实验仪器,直流稳压电源示波器数字频率计,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,七、电容标称值的识别,电容47=47pF电容103=10103pF=0.01uF电容104=10104pF=0.1uF电容122=12102pF=1200pF,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,下次实验提示：,模拟乘法器调幅电路,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验三模拟乘法器调幅电路,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、实验目的,1.掌握集成模拟乘法器MC1496的电路组成和基本工作原理。2.能够正确使用模拟乘法器MC1496构成调幅电路，实现普通调幅和平衡调幅。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二、实验原理,1.MC1496模拟乘法器简介MC1496是双平衡四象限模拟乘法器，其内部电路如图所示。T1、T2与T3、T4组成双差分放大器，T5、T6组成单差分放大器用于激励T1T4，T7、T8及其偏置电路构成恒流源，可以看出要想集成电路正常工作，必须保证片内各晶体管工作在放大状态，即片外电路的设计要保证MC1496有合适的静态工作点，才能完成两个模拟量的相乘。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2.调幅电路原理,(1).调幅电路组成框图模拟乘法器是一个非线性器件，两个信号相乘会产生无数个频率分量，而普通调幅波的频谱为：、+、-双边带的频谱为：+、-因此调幅电路由乘法器和中心频率为的带通滤波器组成。如图2所示。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,乘法器,带通滤波,图2调幅电路组成框图,载波输入,uo,调幅波输出,uc,u,调制信号输入,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,(2).调幅电路原理图,载波输入,调制信号输入,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,该电路采用双电源供电：+12V，-8V片外电路为MC1496设置合适的静态工作点。带通滤波器的中心频率与载波频率相同载波由8脚输入；调制信号由4脚输入调RW使1脚和4脚存在直流电位差时，输出信号为：u(t)=Ucm1+Umcostcosct(AM波数学表达式)调RW使1脚和4脚直流电位差为零时，输出信号为：u(t)=UmcostUcmcosct(DSB波数学表达式),哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三、实验内容,1.测量MC1496各管脚的直流电位（静态工作点）2.实现普通调幅波（AM）；画出波形；测出调幅度ma并研究那些因素影响ma的大小3.实现双边带调幅波（DSB）；画出波形；观察改变载波幅度Ucm和调制信号的幅度Um对双边带波形的影响,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,四、实验步骤,1.正确连接+12V，-8V直流电源，然后用万用表测量MC1496各管脚直流电位。,12V,8V,II,+12V,-8V,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2.将信号源输出的高频信号（载波信号）频率调到滤波器的中心频率，用示波器测量幅度100mv左右，加如电路中。调电位器使输出端有载波输出，然后加入低频信号（调制信号），调制信号在加入前也要在示波器上观察，频率调至1KHZ；幅度合适，波形不失真。从输出端用示波器看AM波形，并测出ma,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,A,B,AM波形图,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,在示波器上测出A、B的值，计算mama=调节RW、改变载波幅度和调制波幅度，研究影响ma的因素。,A-B,A+B,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3.调节RW使输出双边带波形，改变载波幅度Ucm和调制信号幅度Um，研究影响波形的因素。,DSB波形,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,五、实验仪器,1.直流稳压电源2.MOS-640双踪示波器3.QF1056B信号发生器,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,六、实验报告要求,1.实验内容和实验原理2.将实验过程和实验数据记录下来并进行分析3.画出AM、DSB波形，计算ma4.实验结果讨论和分析5.对本次实验进行总结、写出收获和体会,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,七、思考题,1.画出过调制波形并分析为什么产生过调制2.DSB波形和ma=100%的AM波形有什么区别？画出波形,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,下次实验提示,调幅信号的解调第四个实验需要焊接电路板，自带烙铁,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验四调幅信号的解调,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、实验目的,1.通过实验熟悉大信号检波器的电路组成和工作原理。2.研究电路参数对检波特性的影响。3.掌握检波特性的测试方法,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二实验原理,1.大信号包络检波器的原理包络检波器适合解调普通调幅波（AM）由检波二极管和RC低通滤波器组成。它利用二极管的单向导电性和对电容C的冲放电过程实现大信号的检波，因此在包络检波器的设计过程中冲放电时间常数RC的选择很重要。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,包络检波器原理图,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2.性能指标（1）电压传输系数当输入等幅波时Kd=当输入等幅波Kd=,UO,Uim,Um,maUim,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,(2)输入电阻RI(3)检波失真不产生惰性失真的条件RLC不产生负峰切割失真的条件ma,1-ma2,ma,R,RL,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3.实验电路图,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三实验内容,1.根据所提供的PCB板和元器件设计并焊接一个检波器。2.分别测试检波器在输入等幅波和AM波时的电压传输系数并画出检波器的输出波形3.改变电路参数使输出波形产生惰性失真，画出波形4.改变电路参数使输出波形产生负峰切割失真，画出波形,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,四实验步骤,1.按照自己所设计的电路图焊接电路板2.调节信号源使输出等幅波（大信号）并在示波器上测出幅值，然后加入检波器，测量输出电压，记录数据、画出波形3.调节信号源使输出AM波为大信号且调幅度为0.5并在示波器上测出maUim的值，然后加入检波器，测量输出电压，记录数据、画出波形,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,4.更换实验电路中的莫一个元件参数，输入信号与3相同，使输出波形产生惰性失真，画出波形5.更换实验电路中的某一个元件参数，输入信号与3相同，使输出波形产生负峰切割失真，画出波形,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,maUim的测量,maUim,Uim,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,五、实验仪器,MOS-640双踪示波器QF1056B信号发生器直流稳压电源,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,六、实验报告要求,1.实验原理、电路和实验内容2.将实验步骤和实验数据记录下来3.计算输入等幅波和AM波的Kd，分析两个Kd的关系4.画出惰性失真和负峰切割失真的波形，分析原因5.对本次实验进行总结、写出收获和体会,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,七思考题,不改变电路参数，只改变输入的AM波形能否产生惰性失真和负峰切割失真，分析原因。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,综合性实验,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、实验目的和任务,1.综合性实验(课程设计)是要完成一定的设计任务，每个同学在给定的课题中任选一个，根据题目要求进行电路设计并制作电路板，通过调试达到课题所要求的各项技术指标2.通过课程设计使学生掌握系统电路的设计方法，锻炼学生的工程估算能力和实际电路的设计、装配和调试能力，培养学生的分析问题和解决问题的能力,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二、实验要求,1.进入实验室前选定课题，根据所选的题目要求进行设计并写设计报告.2.根据所列元件表领取自己所需元件与电路板。进入实验室进行焊接、调试3.调试过程中要认真记录数据、波形、出现的问题以及解决的办法.4.实验完成后须经教师验收并在实验数据上签字后方可拆除电路板。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三、设计报告要求,1.实验的目的、任务及要求2.设计方案及原理电路图3.电路图中各元件参数的计算过程4.自拟实验步骤、待测参数表格及技术指标的测试方法5.列出所需元件表,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,四、实验报告要求,1.题目技术指标要求2.电路工作原理以及调试过程3.技术指标测试和实验数据整理4.调试完成后的电路图及元件参数5.故障分析及解决的办法6.实验总结和收获体会,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,五、安装与调试,在进入实验室前，先到实验管理室领取自己所需元件与电路板。进入实验室进行焊接、调试，要求自己独立操作。测试方法与仪器的使用在单元实验已讲过，就不再讲解。最后的测试数据与电路板要经老师验收后方可拆除元件，并清理桌面。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,六、成绩评定,基础单元实验占总成绩的40%（其中实验占50%和报告占50%）。课程设计占总成绩60%（其中设计报告、实验报告占50%；操作50%）。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,七、实验题目,1.调幅信号的中频放大与解调电路设计(A级)2.模拟乘法器在通信中的应用（B级）3.调频振荡电路的设计（B级）,课程设计题目分为A和B两个等级，A级题目优秀起评；B级题目良好起评,根据自己的情况在3个题目中任选一个，按照所选题目的要求进行设计并写设计报告,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,一、调幅信号的中频放大与解调电路设计,2、中频放大器技术指标：电压增益:Au40dB，通频带:2f0.7=2.5MHz中心频率：f010MHz,1、题目要求:设计并制作中频放大器和检波器,并进行电路调试和各项技术指标的测试.,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3、实验内容：设计一个两级中放和检波器,满足设计指标要求(每一级单独调试，然后再进行级联)。绘出中频放大器的谐振曲线，并测出Au、f0、2f0.7。测试检波器的电压传输系数。将放大器与检波器级联后，输入Ui=50mv.频率为10MHz等幅波,用示波器观察并记录放大器和检波器的输出波形。输入Ui=50mv.载波频率为10MHz,ma=0.5的调幅波,用示波器观察并记录放大器和检波器输出波形.,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,二、模拟乘法器在通信中的应用,2.技术指标用模拟乘法器MC1496实现普通调幅、平衡调幅、混频和倍频载波频率：f05MHz调制信号频率:f1KHz,1、题目要求:利用模拟乘法器构成高频功能电路，实现通信系统中的调幅、混频和倍频电路的设计与制作。并进行电路调试和各项技术指标的测试.,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2、实验内容：用模拟乘法器MC1496实现普通调幅，观察并记录输入和输出信号的频率、幅度和波形，测出ma。用模拟乘法器MC1496实现平衡调幅，观察并记录输出波形。实现混频和倍频，观察并记录输入和输出信号的频率、幅度和波形。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,三、调频振荡电路的设计,1、技术指标：中心频率:f06.5MHz输出电压:Uom180mV(最大值)频率稳定度:f/f010-4/半小时最大频偏:fm75kHz,1、题目要求:利用变容二极管设计并制作调频振荡器频，并进行电路调试和各项技术指标的测试.,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2、实验内容：测出调频振荡器的中心频率f0、输出电压Uom、频率稳定度。静态调频，测出最大频偏，调制灵敏度并绘出变容二极特性曲线。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验范例一,中频放大器的设计1、技术指标要求：电压增益:Au40dB，通频带:2f0.7=2.5MHz中心频率：f015MHz负载电阻：RL=1K根据所给技术指标确定电路的级数，选取电路形式，进行电路参数的计算。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验中线圈接法与书中不同，其改动处如下所示：,2、实验原理图,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3、电路设计,首先进行电路形式的选择，根据题目技术指标Au40dB，选择两级放大器。单级指标达到：Au20dB，2f0.74MHz中心频率:f015MHz两级指标达到:Au40dB，2f0.7=2.5MHz中心频率：f015MHz,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,直流偏置电路参数的计算根据技术指标要求f015MHz，单级Au20dB，选用晶体管3DG6C在性能上可以满足需要，在IeQ=1mA2mA的情况下，计算直流偏置电阻值。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,谐振回路参数的计算因为回路中可调电容为5PF20PF，其旁边并联一电容，我们可以假设总电容C的值，根据技术指标要求的f0，通过下面的公式就可以算出我们所需要的电感量L。当然，也可以假设电感的值，计算出回路总电容的值电路参数的计算只是估算，在电路的调试过程中还要进行元器件的调整。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,4、实验要求,采用两级小信号调谐放大器电路。每一级单独调试，然后再进行级联。绘出两级曲线，并测出Au、f0、2f0.7并尽量与以上技术指标相符。,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,实验范例二,模拟乘法器在通信中的应用1、技术指标要求：用模拟乘法器MC1496实现普通调幅、平衡调幅、混频和倍频载波频率：f05MHz调制信号频率:f1KHz负载电阻：RL=10K,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,2、实验原理图,带通滤波器,哈尔滨工程大学电工电子教学基地,3、电路设计,偏置电路的计算回路可