高频电子线路实训课程教学大纲

高频电子线路实训教学大纲一、实训课程基本信息课程名称：高频电子线路实训指导教师：郑运刚 课程性质：专业必修课程总学时：64 课程周学时：4课程总学分：4 开设实训项目数：8开课学院：移动通信与软件学院 所属教研室：电子、通信教研室适用专业、班级： 二、实训课程的目的与要求1、本实训是高频电子线路实践性教学环节，其主要任务让学生掌握通信系统各部分的功能和作用；2、掌握通信系统各部分的基本原理和设计方法；3、掌握通信系统各部分功能；4、综合运用知识，解决实际问题；三、实训项目名称和学时分配序号实训项目名称学时分配实训属性实训类型适用专业每组人数1高频实验箱使用2专业基础综合性电信、通信22高频小信号调谐放大器4专业基础验证性电信、通信23二极管开关混频器实验4专业基础验证性电信、通信24高频谐振功率放大器4专业基础验证性电信、通信25正弦振荡实验4专业基础验证性电信、通信26集电极调幅与大信号检波4专业基础验证性电信、通信27变容二极管调频4专业基础验证性电信、通信28集成电路模拟乘法器的应用4专业基础综合性电信、通信2合计30说明：1、实训项目名称要准确规范；2、学时分配合计数要与实训总学时相同； 3、实训属性指所开的实训为基础类、专业基础、专业类。4、实训类型指演示性、验证性、综合性或设计性等实训四、实训内容、要求和所用设备实训项目一 高频电子线路实验箱的使用计划学时数：2实训目的、要求：1. 掌握高频电子实验箱整体结构实训设备（器材）：高频电子实验箱万用表示波器实训任务：1.使用频率计2.信号源的使用教学方法与步骤：1、 频率计的使用方法本实验箱提供的频率计是基于本实验箱实验的需要而设计的。它只适用于频率低于15MHz，信号幅度Vp-p=100mV5V的信号。参看电路原理图G11和整机分布图（原理图中的CG10用于校正显示频率的准确度，WG1用于调节测量的阈门时间，这两个元件均在PCB板的另一面）。使用的方法是：KG1是频率计的开关，在使用时首先要按下该开关；当测低于100KHz的信号时连接JG3、JG4（此时JG2应为断开状态）。当测高于100KHz的信号时连接JG2（此时JG3、JG4应为断开状态，一般情况下都接JG2）。将需要测量的信号（信号输出端）用实验箱中附带的连线与频率计的输入端（ING1）相连，则从频率计单元的数码管上能读出信号的频率大小。数码管为8个，其中前6个显示有效数字，第8个显示10的幂，单位为Hz（如显示10.7000-6时，则频率为10.7MHz）。本频率计的精度为：若信号为MHz级，显示精度为百赫兹。若信号为KHz和Hz级则显示精度为赫兹。2、 低频信号源的使用方法本实验箱提供的低频信号源是基于本实验箱实验的需要而设计的。它包括两部分：第一部分：输出500Hz2KHz信号（实际输出信号范围较宽）；此信号可以以方波的形式输出，也可以以正弦波的形式输出。它用于变容二极管调频单元，集成模拟乘法应用中的平衡调幅单元，集电极调幅单元和高频信号源调频输出。第二部分：输出20KHz100KHz信号（实际输出信号范围较宽）；此信号以正弦波的形式输出。它用于锁相频率合成单元。低频信号源在整机中的位置见整机分布图，电路原理图见附图G8。低频信号源的使用方法如下：电路原理图中的可调电阻WD5用于调节输出方波信号的占空比；WD3、WD4的作用是：在输出正弦波信号时，通过调节WD3、WD4使输出信号失真最小。这三个电位器在实验箱出厂时均已调到最佳位置且此三个电位器在PCB板的另一面。电路原理图中的可调电阻WD6用来调节输出频率的大小；WD1用于调节输出方波信号的大小；WD2用于调节输出正弦波信号大小。在使用时，首先要按下开关KD1。当需输出500Hz2KHz的信号时，参照电路原理图G8连接好JD1、JD4（此时JD2、JD3应断开），则从TTD1处输出500Hz2KHz的正弦波；断开JD4，连上JD3，则从TTD2处输出500Hz2KHz的方波。根据实验的需要用示波器观察，通过调节WD1、WD2获得需要信号的大小，WD1调节方波的大小，WD2调节正弦波的大小；用频率计测量，通过调节WD6获得需要信号的频率。当需输出20KHz100KHz的信号时，参照电路原理图G8连接好JD2、JD4（此时JD1、JD3应断开）。从TTD1处输出20KHz100KHz的正弦波。根据实验的需要用示波器观察，通过调节WD2获得需要信号的大小；用频率计测量，通过调节WD6获得需要信号的频率。3、 高频信号源的使用方法本实验箱提供的高频信号源是基于本实验箱实验的需要而设计的。它只提供10.7MHz的载波信号和约10.7MHz的调频信号（调频信号的调制频偏可以调节）。载波主要用于小信号调谐放大单元、高频谐振功率放大器单元、集电极调幅单元、模拟乘法器部分的平衡调幅及混频单元和二极管开关混频单元。调频信号主要用于模拟乘法器部分的鉴频单元和FM锁相解调单元。参看附原理图G10和整机分布图。晶体振荡输出载波峰峰值不低于1.5V。LC振荡输出载波峰峰值不低于1V。高频信号源的使用方法如下：使用时，首先要按下开关KF1。当需要输出载波信号时，连接JF1（此时JF2、JF3、JF4断开），则10.7MHz的信号由TTF1处输出，WF1用于调节输出信号的大小。当需要输出10.7MHz的调频信号时，连接JF2、JF3、JF4（此时JF1断开，同时使低频信号源处于输出1KHz正弦波的状态，改变低频信号源的幅度就是改变调频信号的频偏，在没有特别要求时，一般低频信号源幅度调为2V，参看低频信号源的使用），则10.7MHz的调制信号由TTF1处输出，WF1用于调节输出信号的大小；低频信号源处的WD2用于调节调制频偏的大小。在具体使用中，通过示波器观察输出信号的大小和形状。实训纪律及注意事项：注意连线不能出错考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目二 高频小信号调谐放大器计划学时数：4实训目的、要求：小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。在本实验中，通过对谐振回路的调试，对放大器处于谐振时各项技术指标的测试（电压放大倍数，通频带，矩形系数），进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。学会小信号调谐放大器的设计方法。实训设备（器材）：高频电子实验箱万用表示波器实训任务：1、 调节谐振回路使谐振放大器谐振在10.7MHz。2、 测量谐振放大器的电压增益。3、 测量谐振放大器的通频带。4、 判断谐振放大器选择性的优劣。5、教学方法与步骤：本实验中，用到BT-3和频谱仪的地方选做。参考所附电路原理图G6。先调静态工作点，然后再调谐振回路。1、按照所附电路原理图G6，按下开关KA1，接通12V电源，此时LEDA1点亮。2、调整晶体管的静态工作点：在不加输入信号（即ui=0），将测试点TTA1接地，用万用表直流电压档（20V档）测量三极管QA1射极的电压（即测P6与G两焊点之间的电压，见图02所示），调整可调电阻WA1，使uEQ=2.25V（即使IE=1.5mA），根据电路计算此时的uBQ，uCEQ，uEQ及IEQ值。3、调谐放大器的谐振回路使它谐振在10.7MHz方法是用BT-3频率特性测试仪的扫频电压输出端和检波探头，分别接电路的信号输入端TTA1及测试端TTA2，通过调节y轴，放大器的“增益”旋钮和“输出衰减”旋钮于合适位置，调节中心频率刻度盘，使荧光屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”，根据频标指示用绝缘起子慢慢旋动变压器的磁芯，使中心频率f0=10.7MHz所对应的幅值最大。如果没有频率特性测试仪，也可用示波器来观察调谐过程，方法是：在TTA1处由高频信号源提供频率为10.7MHz的载波（参考高频信号源的使用），大小为Vp-p-=20100mV的信号，用示波器探头在TTA2处测试（在示波器上看到的是正弦波），调节变压器磁芯使示波器波形最大（即调好后，磁芯不论往上或往下旋转，波形幅度都减小）。4、测量电压增益 在有BT-3频率特性测试仪的情况下用频率特性测试仪测测量方法如下：在测量前，先要对测试仪的y轴放大器进行校正，即零分贝校正，调节“输出衰减”和“y轴增益“旋钮，使屏幕上显示的方框占有一定的高度，记下此时的高度和此时“输出衰减”的读数N1dB，然后接入被测放大器，在保持y轴增益不变的前提下，改变扫频信号的“输出衰减”旋钮，使谐振曲线清晰可见。记下此时的“输出衰减”的值N2dB，则电压增益为dB若用示波器测，则为输出信号的大小比输入信号的大小之比。如果AV01较小，可以通过调静态工作点来解决（即增大）。在无BT-3频率特性测试仪的情况下，可以由示波器直接测量。方法如下：用示波器测输入信号的峰峰值，记为Ui。测输出信号的峰峰值记为Uo。则小信号放大的电压放大倍数为Uo/Ui。5、测量通频带BW用扫频仪测量BW：先调节“频率偏移”（扫 频宽度）旋钮，使相邻两个频标在横轴上占有适当的格数，然后接入被测放大器，调节“输出衰减”和y轴增益，使谐振特性曲线在纵轴占有一定高度，测出其曲线下降3dB处两对称点在横轴上占有的宽度，根据内频标就可以近似算出放大器的通频带6、测量放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数Kr0.1表示用5）中同样的方法测出B0.1即可得： 由于处于高频区，分布参数的影响存在，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数值与设计计算值有一定的偏差，所以在调试时要反复仔细调整才能使谐振回路处于谐振状态。在测试要保证接地良好。实训纪律及注意事项：考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目三 二极管开关混频器实验计划学时数：4实训目的、要求：进一步掌握变频原理及开关混频原理。掌握环形开关混频器组合频率的测试方法。了解环形开关混频器的优点。实训设备（器材）：1、频谱分析仪（选项） 2、20MHz双踪模拟示波器 3、万用表 4、调试工具 实训任务：1、 观察环形混频器输出和陶瓷滤波器输出各点的波形。2、 测量输出回路。3、 观察混频器的镜像干扰。教学方法与步骤：因混频器是一非线性器件，输出的组合频率较多，为了能更好地观察输出信号，建议使用频谱分析仪来对混频器输出端的信号进行测试。1、 熟悉频谱分析仪的使用。2、 调整静态工作点：按下开关K41，调节电位器W41使三极管Q41的UEQ=3.36V（即测P1与G两焊点之间的电压，见图02所示）。3、 参照附图G7，接通射频信号（从IN42输入），射频信号选用10.245MHz，此信号由正弦振荡部分产生（产生的具体方法是：参见正弦振荡部分的原理图G5，连接J54、J53；其余插键断开，也就是说，由10.245MHz晶体产生该信号，信号从TT51输出）。 4、 输入本振信号：从IN41注入本振信号, 本振信号由信号源部分提供，频率为10.7MHz的载波信号（产生的方法参考高频信号源的使用），大小为：用示波器观测，Vp-p不小于300mV。5、 验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式（选做）。用频谱仪在TT41处观察混频器的输出信号，验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式为 （p=0、1、2）同时用示波器在TT41处观察波形。6、测量输出回路：用频谱仪在TT43处（测量点参看总体测量分布图0-1）观察步骤5所测到的频率分量，计算选频回路对除中频455KHz之外的信号的抑制程度，同时用示波器在TT42处观察输出波形，比较TT41与TT42处波形形状。（输出的中频信号为信号源即IN41处信号和射频信号IN42处信号的差值，结果可能不是准确的455KHz，而在其附近）。7、观察混频器的镜像干扰IN41处信号不变。由正弦振荡单元的LC振荡部分产生11.155MHz的信号（产生的具体方法参见正弦振荡部分实验内容），作为IN42处的输入信号。观察TT42处的信号是否也为455KHz。此即为镜像干扰现象。实训纪律及注意事项：考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目四 高频谐振功率放大器计划学时数：4实训目的、要求：1、 进一步理解谐振功率放大器的工作原理及负载阻抗和激励信号电压变化对其工作状态的影响。2、 掌握谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。实训设备（器材）：1、BT-3频率特性测试仪（选项） 2、高频电压表（选项） 3、20MHz双踪模拟示波器 4、万用表 实训任务：1、 调试谐振功放电路特性，观察各点输出波形。2、 改变输入信号大小，观察谐振功率放大器的放大特性。教学方法与步骤：1、按下开关KE1，调节WE1，使QE1的发射极电压VE=2.2V （即使ICQ=7mA，通过测量P5与G两焊点之间的电压，见图02所示）。2、连接JE2、JE3、JE4、JE5。3、使用BT3型频率特性测试仪，调整TE1、TE2，使得TE1初级与CE7，TE2初级与CE4谐振均在10.7MHz，同时测试整个功放单元的幅频特性曲线，使峰值在10.7MHz处（如果没有BT-3型频率特性测试仪，则这一步不作要求）。4、从INE1处输入10.7MHz的载波信号（此信号由高频信号源提供，参考高频信号源的使用），信号大小为VP-P=250mV左右。用示波器探头在TTE1处观察输出波形，调节TE1、TE2，使输出波形不失真且最大。5、从INE1处输入10.7MHz载波信号，信号大小从VP-P=0mV开始增加,用示波器探头在TTE2上观察电流波形，直至观察到有下凹的电流波形为止（此时如果下凹的电流波形左右不对称，则微调TE1即可）。如果再继续增加输入信号的大小，则可以观测到下凹的电流波形的下凹深度增加。（20Mhz示波器探头，如果用1档看下凹不明显，则用10档看。）6、观察放大器的三种工作状态输入信号为Vp-p=250mV左右 （由高频信号源提供的载波）。调中周TE1、TE2（此时负载应为，JE3、JE4、JE5均连上），使电路谐振在上（此时从TTE1处用示波器观察，波形应不失真，且最大）。微调输入信号大小，在TTE2处观察，使放大器处于临界工作状态。改变负载（组合JE3、JE4、JE5的连接）使负载电阻依次变为。用示波器在TTE2处能观察到不同负载时的电流波形（由临界至过压）。在改变负载时，应保证输入信号大小不变（即在最小负载时处于临界状态）。同时在不同负载下，电路应处于最佳谐振（即在TTE1处观察到的波形应最大且不失真。20Mhz示波器探头，如果用1档看下凹不明显，则用10档看。）7、改变激励电压的幅度，观察对放大器工作状态的影响。使RL =50（连JE5、JE4、JE3），用示波器观察QE2发射极上的电流波形（测试点为TTE2），改变输入信号大小，观察放大器三种状态的电流波形。实训纪律及注意事项：1. 注意接线2. 注意安全用电3. 下课后清扫试验台，归还实验设备考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目五 正弦振荡实验计划学时数：4实训目的、要求：1、掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。2、掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。3、研究外界条件变化对振荡频率稳定度的影响。4、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深对晶体振荡器频率稳定度高的原因理解。实训设备（器材）：1、双踪示波器 一台2、万用表 一块3、调试工具 实训任务：1、 调试LC振荡电路特性，观察各点波形并测量其频率。2、 观察振荡状态与晶体管工作状态的关系。3、 观察反馈系数对振荡器性能的影响。4、 比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度。教学方法与步骤：1、按下开关K51，调整静态工作点：调W51使VR55=2V(即测P2与G两焊点之间的电压，见图01所示)。2、（1）连接好J54、J52，调节可调电容CC51，通过示波器和频率计在TT51处观察振荡波形，并使振荡频率为10.7MHz（在本实验中可调范围不窄于10MHz12MHz）。（2）断开J52，接通J53，微调CC52，使振荡频率为10.245MHz。3、观察振荡状态与晶体管工作状态的关系。断开J53，连好J52，用示波器在TT51观察振荡波形，调节W51，观察TT51处波形的变化情况，并测量波形变化过程中振荡管的发射极电压（多测几个点）且计算对应的IE。4、观察反馈系数对振荡器性能的影响（只作LC振荡）。用示波器在TT51处观察波形。分别连接J54、J55、J56或组合连接使C56/C57|C58|C59等于1/3、1/5、1/6、1/8时，观察幅度的变化并实测，反馈系数是否与计算值相符，同时，分析反馈大小对振荡幅度的影响。5、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度。分别接通J53、J52，在TT51处用频率计观察频率变化情况。6、观察温度变化对振荡频率的影响。分别接通J53、J52，用电吹风在距电路15cm处对着电路吹热风，用频率计在TT51处观察频率变化情况。实训纪律及注意事项：1. 注意接线2. 注意安全用电3. 下课后清扫试验台，归还实验设备考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目六 集电极调幅与大信号检波计划学时数：4实训目的、要求：1、进一步加深对集电极调幅和二极管大信号检波工作原理的理解；2、掌握动态调幅特性的测试方法；3、掌握利用示波器测量调幅系数ma的方法；4、观察检波器电路参数对输出信号失真的影响。实训设备（器材）：1、20MHz双踪模拟示波器 2、BT-3频率特性测试仪（选项） 实训任务：1、 调试集电极调幅电路特性，观察各点输出波形。2、 改变输入信号大小，观察电流波形。3、 观察检波器的输出波形。教学方法与步骤：1、调整集电极调幅的工作状态。按下K61，调W61使Q61的静态工作点为UEQ2.1V（即测P3与G两焊点的电压，见图01所示）。用频率特性测试仪测试电路，调节T63、T61的磁芯分别使C63与T61及C613与T63初级线圈形成的调谐回路谐振在10.7MHz处（如果没有频率特性测试仪，则这一步略过）。2、从IN61处注入10.7MHz的载波信号（大小为Vp-p=250mV左右，此信号由高频信号源提供。为了更好地得到调幅波信号，在实验过程中应微调10.7Mhz信号的大小。），在TT61处用示波器观察输出波形，调节T63、T61的磁芯使TT61处输出信号最大且不失真。3、测试动态调制特性用示波器从Q61发射极测试输出电流波形（测试点为TT63），改变从IN61处输入信号的大小（即调WF1，信号幅度从小到大），直到观察到电流波形顶点有下凹现象为止，此时，Q61工作于过压状态，保持输入信号不变，从IN63处输入1KHz的调制信号（调制信号由低频信号源提供，参照低频信号源的使用），调制信号的幅度由0V开始增加（信号最大时为Vp-p=7V）。此时用示波器在TT61处可以看到调幅信号如图5-10。改变调幅信号大小，记下不同的V时的调幅系数ma，并制表5-2。V（V）0.5123ma图5-10 调幅系数测量4、观察检波器的输出波形从TT62用示波器观察检波器输出波形，分别连接J62、J63、J64、J65，在TT62处观察输出波形。（1）观察检波器不失真波形（参考连接为J62、J65，可以相应的变动）。（2）观察检波器输出波形与调幅系数ma的关系。（3）在检波器输出波形不失真的基础上，改变直流负载，观察“对角线切割失真”现象，若不明显，可加大ma（参考连接为J63、J65，可以相应的变动）。（4）在检波器输出不失真的基础上，连接下一级输入电阻，观察“负峰切割失真”现象（参考连接为J62、J64，可以相应的变动）。实训纪律及注意事项：4. 注意接线5. 注意安全用电6. 下课后清扫试验台，归还实验设备考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目七 变容二极管调频计划学时数：4实训目的、要求：1、掌握变容二极管调频的工作原理；2、学会测量变容二极管的CjV特性曲线；3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。实训设备（器材）：1、双踪示波器 2、频率特性扫频仪（选项） 实训任务：1、 调节电路，观察调频信号输出波形。2、 观察并测量LC调频电路输出波形。3、 观察频偏与接入系数的关系。4、 测量变容二极管的CjV特性曲线；5、 测量调频信号的频偏及调制灵敏度。教学方法与步骤：1、LC调频电路实验（1）连接J82、J84组成LC调频电路。（2）接通电源调节W81，在变容二极管D81负端用万用表测试电压，使变容二极管的反向偏压为2.5V。（3）用示波器和频率计在TT82处观察振荡波形，调节L84，使振荡频率为10.7MHz。（4）从IN81处输入1KHz的正弦信号作为调制信号（信号由低频信号源提供,参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大，用示波器在TT82处观察振荡波形变化,如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏），此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波，这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。（5）分别接J81、J83重做实验4。（6）（选做）测绘变容二极管的Cjx VRX曲线（参看图6-4）。2、断开J81、J83，连接J82，断开IN81的输入信号，使电路为LC自由振荡状态。（1）断开变容二极管Cj（即断开J84），用频率计在TT82处测量频率fN。（2）断开Cj，接上已知CK（即连通J85，在C86处插上电容），在TT82处测量频率fK，由式（6-19）计算出CN值，填入表6-1中。表6-1fNCKfKCN（3）断开CK（即断开J85）,接上变容二极管(即连接J84)，调节W81，测量不同反偏VRX值时，对应的频率fX值，代入式（6-17）计算Cjx值，填入表6-2中。表6-2VRX（伏）0.511.522.53fX（MHz）Cjx（PF）（4）作Cjx VRX曲线。（5）作fX VRX曲线。（6）用频谱仪观察调频信号（应接入变容二极管,即连J84，断开J85），记下不同的V对应的不同的f，计算调制灵敏度的值。（如果没有频谱仪则此项不作要求）。（7）观察频偏与接入系数的关系（此时应断开J85，连接J84）。在直流偏值电压相同的情况下，输入调制信号相同的情况下，分别连接J81、J83测试所得的频偏， 计算的。验证。 为7）中所测的值。接入系数为 （8）观察频偏与直流反偏电压的关系（此时应断开J85，连接J82、J84）。（9）观察频偏与调制信号频率的关系（此时应断开J85，连接J82、J84）。实训纪律及注意事项：7. 注意接线8. 注意安全用电9. 下课后清扫试验台，归还实验设备考核办法：实训操作（50%）+实训报告（50%）实训项目八 集成电路模拟乘法器的应用计划学时数：4实训目的、要求：1、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。2、掌握利用乘法器实现混频，平衡调幅，同步检波，鉴频等几种频率变换电路的原理及方法。实训设备（器材）：1、双踪示波器 2、频率特性扫频仪（选项） 实训任务：1、 改变模拟乘法器外部电路，实现混频器电路，观察输出点波形，并测量输出频率。2、 改变模拟乘法器外部电路，实现平衡调幅电路，观察输出点波形。3、 改变模拟乘法器外部电路，实现同步检波电路，观察输出点波形。4、 改变模拟乘法器外部电路，实现鉴频电路，观察输出点波形。教学方法与步骤：参照附图G6，在主箱上正确插好乘法器模块，对照乘法器模块部分，正确连接电路电源线，12V孔接+12V， 12V孔接12V，GND接GND（从电源部分12V和GND插孔用连接线接入），接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。1、混频器实验连接好跳线J12、J13、J15、J19、J110（此时J11、J14、J16、J17、J18应断开），组成由mc1496构成的混频器电路。（1）开关K1、K2向右拨。（2）输入 ，为的载波信号,大小为（由高频信号源提供，参考高频信号源使用），从TP6处输入。 ，由正弦振荡单元电路产生（晶体振荡，参考正弦振