高频电子实验指导书

高频电子线路实验指导书（必修）电子与信息工程学院PAGE1高频电子线路实验指导书前言高频电子线路是无线电技术类各专业的一门主要技术基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。该课程的任务是研究高频电子线路的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。具体来说它主要包括高频电路的基本知识、高频小信号谐振放大器和高频谐振功率放大、正弦波、振幅调制和解调、混频、频率调制与解调等内容，这些都是通信与信息系统中重要的组成部分和理论基础。基于本课程的特点，要求高等院校既要培养大学生的坚实的理论基础，又要进行严格的工程技术训练，这样才能不断提高大学生的实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决实际问题的能力。为此特意编写了本实验指导书，以指导如何利用现有的实验设备进行基本电子线路的理解和复杂电子线路的设计等。它不仅包括了高频电子线路一些基本单元电路的验证与设计实验，而且还包括了两个综合设计性实验。实验的开设有利于培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣又极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。总之，不论是验证性实验还是综合性实验都会加深学生对基本知识的理解和渗透，提高他们的动手操作能力，以更好的适应时代发展的需要。本实验要求同学在做完每个实验后，要认真书写实验报告，对实验数据的正确性进行分析，并写出心得和体会。1PAGE2高频电子线路实验指导书目录前目言1录2高频电子线路实验箱总体介绍3实验一实验二实验三实验四实验五实验六高频小信号调谐放大器6谐振功率放大器12集电极调幅与大信号检波19集成电路模拟乘法器的应用27小功率调频发射机的设计（综合性实验）42调频接收机的设计（综合性实验）45参考文献472PAGE3高频电子线路实验指导书高频电子线路实验箱总体介绍一、概述本高频电子线路的实验内容及实验顺序是根据高等教育出版社出版的高频电子线路一书而设计的（作者为张肃文）。基于高频电子线路实验箱，共设置了六个实验，它们是高频小信号调谐放大器实验、高频谐振功率放大器实验、集电极调幅及大信号检波实验、集成模拟乘法器应用实验、小功率调频发射机设计和调频接收机设计。其中前四个实验是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容。后两个实验是综合性系统实验，是让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路组成的。二、主机介绍高频电子线路实验箱上提供实验所需而配备的专用开关电源，包括三路直流电源12V、5V、12V，共直流地；直流电源下方是频率计和高低频信号源。它们不作为实验内容，属于实验工具。高低频信号源和频率计的使用说明如下。1、频率计的使用方法实验箱提供的频率计是基于实验的需要而设计的。它只适用于频率低于15MHZ，信号幅度VPP100MV5V的信号。参看实验箱电路板上印刷的原理图G9（原理图中的CC201用于校正显示频率的准确度，W201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K201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JG1、JG4（此时JG2应为断开状态）。当测高于100KHZ的信号时连接JG2（此时JG1、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）用实验箱中附带的带弹片的连接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1070006时，则频率为107MHZ）。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实验箱提供的低频信号源包括两部分第一部分输出500HZ2KHZ信号（实际输出信号范围较宽）；此信号可以以正弦波的形式输出，也可以方波、三角波的形式输出。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）；此信号可以正弦3PAGE4高频电子线路实验指导书波的形式输出。它用于锁相频率合成单元。低频信号源的使用方法如下可调电阻W305用于调节输出方波信号的占空比；W303、W304的作用是在输出正弦波信号时，通过调节W303、W304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。原理图上的W306用来调节输出信号频率的大小；W301用于调节方波或者三角波的幅度；W302用于调节正弦波信号的幅度。在使用时，首先要按下开关K301。当需输出500HZ2KHZ的信号时，参照实验箱电路板上印刷的原理图G7，连接好JD1、正弦波”跳线（此时JD2和“正弦波”跳线、三角波”跳线应断开），则从“可调正弦波输出”处输出正弦波；断开“正弦波”跳线，连接“方波”跳线，则从“波形选择输出”处输出方波；同理，断开“方波”跳线连接“三角波”跳线，则从“波形选择输出”处输出三角波。当需输出20KHZ100KHZ的信号时，参考实验箱电路板上印刷的原理图G7，连接好JD2和“正弦波”跳线（此时JD1和“正弦波”跳线、三角波”跳线应断开），则在“可调正弦波输出”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W302获得需要信号的大小；用频率计测量，通过调节W306获得需要信号的频率。3、高频信号源的使用方法实验箱提供的高频信号源只提供107MHZ的载波信号和约107MHZ的调频信号（调频信号的调制频偏可以调节），参看实验箱电路板上印刷的原理图G8。晶体振荡输出载波峰峰值不低于15V。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K401。当需要输出载波信号时，连接J401（此时J402、J403、J404应断开），则107MHZ的信号由TTF1处输出，W401用于调节输出信号的大小。当需要输出107MHZ的调频信号时，连接J402、J403、J404（此时J401断开；若信号偏离了107MHZ，则可调节可调电容CC401使之为107MHZ），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107MHZ的调制信号由TTF1处输出，W401用于调节输出信号的大小；低频信号源处的W302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。在具体使用中，通过示波器观察输出信号的大小和形状。三、模块介绍高频电子线路实验箱配备的电路板模块如下1、接收模块可完成的实验有高频小信号调谐放大器、调频接收机设计（调谐放大、中频放大、鉴频解调，与接收模块组成发射接收系统）。2、环形混频器模块可完成的实验有环形混频器、正弦波振荡器。3、集电极调幅与大信号检波模块可完成的实验有集电极调幅与大信号检波。4PAGE5高频电子线路实验指导书4、发射模块可完成的实验有高频功率放大器、变容二极管调频、小功率调频发射机设计。5、锁相环应用模块可完成的实验有模拟锁相环的应用（PLL倍频、PLL解调）。6、乘法器模块可完成的实验有集成电路模拟乘法器应用（调幅、检波、鉴频、混频）。注同学们可对各模块进行不同组合，开发出新的实验；也可挂接自己开发的模块并与现有模块一起使用；做实验时必须把具有相应实验内容的的模块插在主箱平台上。5PAGE6高频电子线路实验指导书实验一高频小信号调谐放大器一、实验目的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。二、实验内容1、调节谐振回路使谐振放大器谐振在107MHZ。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。三、实验仪器1、20MHZ模拟示波器2、数字万用表3、调试工具4、扫频仪一台一块一套一台四、实验原理图11所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。图11小信号调谐放大器6PAGE7高频电子线路实验指导书在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。放大器在高频情况下的等效电路如图12所示图12放大器的高频等效回路晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流IE，电流放大系数有关外，还与工作频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在FO30MHZ，IE2MA，UCE8V条件下测得3DG6C的Y参数为GIE1RIE2MSCIE12PFGOE1ROE250MSCOE4PFYFE40MSYRE350US1、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率FO，谐振电压放大倍数AVO，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数KR01来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下（1）谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率FO称为放大器的谐振频率，FO的表达式为F012LC7（110）PAGE8高频电子线路实验指导书谐振频率FO的测量方法是用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点FO。（2）电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AVO称为调谐放大器的电压放大倍数。AVO的表达式为AV0U0UIP1P2YFEGP1P2YFEP12GOEP22GIEG（112）AVO的测量方法是在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图11中RL两端的电压U0及输入信号UI的大小，则电压放大倍数AVO由下式计算AV0U0UI或AV020LGUOUIDB113（3）通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AVO的0707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为BW2F07F0QL式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AVO与通频带BW的关系为114AV0BWYFE115通频带BW的测量方法是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率FO及电压放大倍数AVO然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压US不变），并测出对应的电压放大倍数AVO。由于回路失谐后电压放大倍数下降，82CPAGE9高频电子线路实验指导书所以放大器的谐振曲线如图13所示。图13谐振曲线由式（114）可得BWFHFL2F07116（4）选择性矩形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数KV01时来表示，如图（13）所示的谐振曲线，矩形系数KV01为电压放大倍数下降到01AVO时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0707AVO时对应的频率偏移之比，即KV012F012F072F01BW（117）上式表明，矩形系数KV01越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数KV01远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数KV01。2、实验参考电路主要技术指标谐振频率FO107MHZ，谐振电压放大倍数AVO1015DB，通频带BW1MHZ，矩形系数KV0110。因FT比工作频率FO大（510）倍，所以选用3DG12C，选50，工作电压为12V，查手册得RB/B70,CB/C3PF，当IE15MA时CB/C为25PF，取L18H，变压器初级N223匝，次级为10匝，且P1043,P20。由于放大器是工9PAGE10高频电子线路实验指导书作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ一般选取082MA为宜，现取IE15MA，UEQ225V，UCEQ975V。取CA3120PF，高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容，现取耦合电容CA2001F，旁路电容CA401F，滤波电容CA501F。五、实验步骤参考实验箱附带的接收模块上印刷的原理图G2。先调静态工作点，然后再调谐振回路。1、在主箱上正确插好接收模块，按照电路原理图G2，对照接收模块中的高频小信号调谐放大器部分，连接好跳线JA1，正确连接电路电源线，12V孔接12V，5V孔接5V，GND接GND（从电源部分12V和5V插孔用连接线接入）。2、接上电源通电，并拨动开关K1若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮。3、调整晶体管的静态工作点在不加输入信号（即UI0），将测试点INA1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R4靠近QA1端的电压），调整可调电阻WA1，使UEQ225V（即使IE15MA），并测出UBQ，UCEQ，U12C及U12B值。4、调谐放大器的谐振回路使它谐振在107MHZ方法是在INA1处由高频信号源提供频率为107MHZ的载波（参考高频信号源的使用），大小为VPP20100MV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）。然后换用扫频仪做同样的测试。5、电压增益AV0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。同学们也可以换用扫频仪测试AV0。6、测量通频带BW用逐点法测量BW。先调谐放大器的谐振回路使其谐振FO107MHZ，记下此时的电压放大倍数AVO，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压US不变），并测出对10PAGE11高频电子线路实验指导书应的电压放大倍数AVO，多测几点。用扫频仪测量BW。同学们自行测试，并比较结果。7、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KR01表示，用（6）中同样的方法测出B01即可得KR01B01B072F012F07六、实验报告1、整理好实验原始数据。2、针对步骤3画出直流通路原理图，并计算此时WA1的值。3、画出步骤4所观察到的曲线波形，并标上参数。4、计算电压增益AV05、由步骤6的数据画出谐振曲线图，并计算通频带和矩形系数。6、思考引起小信号谐振放大器不稳的原因是什么如果实验中出现自激现象，应该怎样消除11PAGE12高频电子线路实验指导书实验二谐振功率放大器一、实验目的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、放大特性和负载特性。二、实验内容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。3、改变负载电阻值，观察谐振功率放大器的负载特性。三、实验仪器1、20MHZ双踪模拟示波器2、万用表3、调试工具4、扫频仪5、高频电压表一台一块一套一台一台四、实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的180，效率最高也只能达到50，而丙类功放的R0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是UCCUCMUCES式中，UCM集电极输出电压幅度。UCES晶体管饱和压降。216图24谐振功放的负载特性16PAGE17高频电子线路实验指导书3、电路的确定（1）本实验由两级组成激励级由甲类功放组成，功放级由丙类功放组成，电源供电为12V，功放管使用3DG12C。本实验主要技术指标输出功率P0125MW，工作中心频率F0107MHZ，负载RL50。（2）确定电路和参数激励级QE1采用甲类放大，因此基极偏压采用固定偏压形式，静态工作点ICQ7MA。直流负反馈电阻为300，交直流负反馈电阻为10，集电极输出由变压器耦合输出到下一级。谐振电容取120P，根据前面的理论推导，变压器TE1的参数为N初级N次数256初级取18匝，次级取7匝功放级QE2采用丙类放大。导通角为70，基极偏压采用发射极电流的直流分量IEO在发射极偏置电阻RE上产生所需要的VBB，其中直流反馈电阻为30，交直流反馈电阻为10，集电极谐振回路电容为120P，负载为50，输出由变压器耦合输出，采用中间抽头，以利于阻抗匹配。它们的匝数分别为N36匝N19匝N223匝最终电路如实验发射模块上印刷的原理图G1所示。五、实验步骤参看实验发射模块上印刷的原理图G1，在主箱上正确插好发射模块，对照发射模块中的高频谐振功放部分，正确连接电路电源线，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，并拨动开关K2若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮。1、调节WE1，使QE1的发射极电压VE22V（即用万用表测量QE1的发射极对地的电压）。2、连接JE3、JE6。3、从INE1处输入107MHZ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VPP250MV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。记录曲线波形。4、观察放大特性从INE1处输入107MHZ载波信号，信号大小从VPP0MV开始增加,用示波器探头观察QE2的发射极电压波形，直至观察到有下凹的电流波形为止，此时说明QE2进入过压状态（如果下凹的电流波形左右不对称，则微调TE1可使其非对称性得到适当地改善）。如果再继续增加输入信号的大小，则可以观测到下凹的电压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。）记录曲线波形。5、观察负载特性输入信号为VPP250MV左右（由高频信号源提供107MHZ的载波）。调中周TE1、TE2（此时负载应为50，JE3、JE6均连上），使电路谐振在107MHZ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QE2的发射极处观17PAGE18高频电子线路实验指导书察，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25（51|51）51100。用示波器在QE2的发射极处能观察到不同负载时的电流波形（由欠压、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50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。）。记录曲线波形。6、使用扫频仪，调整TE1、TE2，使得TE1初级与CE7，TE2初级与CE4谐振均在107MHZ，同时测试整个功放单元的幅频特性曲线，使峰值在107MHZ处。7、测量负载特性用高频电压表测量负载电阻上的电压，改变负载电阻RL（参照步骤4），记下相应的电流ICO和电压VL，并且计算当RL50时的功率和效率。六、实验报告1、绘出步骤3、4、5的一系列波形，标上参数。2、画出放大器三种工作状态的电流波形。3、绘出负载特性曲线。4、说明丙类放大器的工作状态受输入信号和负载变化的影响过程。18PAGE19高频电子线路实验指导书实验三集电极调幅与大信号检波一、实验目的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。二、实验内容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。三、实验仪器1、20MHZ双踪模拟示波器2、万用表3、调试工具4、扫频仪四、实验原理1、原理1集电极调幅的工作原理集电极调幅的基本原理电路如图31所示一台一块一套一台图31集电极调幅原理电路19PAGE20高频电子线路实验指导书图中，设基极激励信号电压（即载波电压）为0V0COS0T则加在基射极间的瞬时电压为BVBEV0COS0T调制信号电压加在集电极电路中，与集电极直流电压VCC串联，因此，集电极有效电源电压为VCVCCVCCVCOS0TVCC1MACOST式中，VCC为集电极固定电源电压；MAVVCC为调幅指数。由式可见，集电极的有效电源电压VC随调制信号压变化而变化。由图32所示，ICVBMAXICT0VC4VC3VC2VC1VC0欠压临界过压图32同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形图中，由于VBB与B不变，故VBMAX为常数，又RP不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随VCC值的不同，沿C平行移动。由图可以看出，在欠压区内，当VCC由VCC1变至VCC2（临界）时，集电极电流脉冲的振幅与通角变化很小，因此分解出的ICM1的变化也很小，因而回路上的输出电压C的变化也很小。这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。当动态特性曲线进入过压区后，VCC等于VCC3、VCC4等，集电极电流脉冲的振幅下降，出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。在这种情况下，分解出的ICM1随集电极电压VCC的变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随VCC而变化。输出高频电压的振幅VCICM1RP，RP不变，ICM1随VC而变化，而VCC是受控制的，回路两端输出的高频电压也随变化，因而实现了集电极调幅。其波形如图33所示。20PAGE21高频电子线路实验指导书VT0V0TT0V0当没有加入低频调制电压（即0）时，逐步改变集电极直流电压VCC的大小，同样可使IC电流脉冲发生变化，分解出的ICO或ICM1也T图33集电极调幅波形图IQTTICM1IC0会发生变化。我们称集电极高频电流ICM1（或ICO）随VCC变化的关系线为静态调制特性曲线。根据分析结果可作出静态调制特性曲线如图34所示。OVCCQVCCOVCC图3421集电极调幅的静态调制特性PAGE22高频电子线路实验指导书静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。通常调制信号角频率要比载波角频率O低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变的一周内，调制信号电压基本上不变。这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过程。我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。由图34可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程都工作在过压状态，所以工作点Q应选在调制特性曲线直线段的中央，即VCCQ1/2VCCO处，VCCO为临界工作状态时的集电极直流电压。否则，工作点Q偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。在本实验中会得到证实。（2）二极管大信号检波的工作原理当输入信号较大（大于05伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。（A）大信号检波原理电路如图35A所示。检波的物理过程如下在高频信号电压的正22PAGE23高频电子线路实验指导书半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流ID很大，使电容器上的电压C很快就接近高频电压的峰值。充电电流的方向如图35（A）图中所示。这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管导通与否，由电容器C上的电压C和输入信号电压I共同决定。当高频信号的瞬时值小于C时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。如图35B中的T1至T2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。在图35B中的T2至T3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图35B中电压C的波形。因此只要充电很快，即充电时间常数RDC很小（RD为二极管导通时的内阻）；而放电时间常数足够慢，即放电时间常数RC很大，满足RDC100MV时，输出电压U0可近似表示为U02RLREUY46上式表明，UX为大信号时，输出电压U0与输入信号UX无关。3、集成模拟乘法器的应用举例（1）振幅调制振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设载波信号的表达式为UCTUCMCOSCT，调制信号的表达式为UCTUMCOST，则调幅信号的表达式为U0TUCM1MCOSTCOSCT1122（47）MC1496构成的振幅调制器电路如图42所示。其中载波信号UC经高频耦合电容C2从UX端输入，C3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号U0经低频耦合电容C1从UY端输入，C4为低频旁路电容，使4脚接地。调幅信号U0从12脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地，可计算器件的静态偏置电流I5或I0，即I5I0UEE07VR55001MA脚2与3间接入负反馈电阻RE，以扩展调制信号的U的线性动态范围，RE增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。30UCMCOSCTMUCMCOSCTMUCMCOSCTPAGE31高频电子线路实验指导书图42MC1496构成的调幅器电阻R6、R7、R8及RL为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足式（71）、（72）的要求。对于图42所示电路参数，测量器件的静态（UC0，U0）偏置电压为表41U86VU106VU10VU40VU68VU128VU207VU307VU568VR1、R2与电位器RP组成平衡调节电路，改变RP可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制，操作过程如下、抑制载波振幅调制UX端输入载波信号UCT，其频率FC107MHZ，峰峰值UCPP40MV。UY端输入调制信号UT，其频率F1KHZ，先使峰峰值UPP0，调节RP，使输出U00（此时U4U1），再逐渐增加UPP，则输出信号U0T的幅度逐渐增大，最后出现如图43（A）所示的抑制载波的调幅信号。由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。脚1和4分别接电阻R3和R4可以较好地抑制载波漏信号和改善温度性能。31PAGE32高频电子线路实验指导书图43乘法器输出的调幅波、有载波振幅调制UX端输入载波信号UCT，FC107MHZ，UCPP40MV，调节平衡电位器RP，使输出信号U0T中有载波输出（此时U1与U4不相等）。再从UY端输入调制信号，其F1KHZ，当UPP由零逐渐增大时，则输出信号U0T的幅度发生变化，最后出现如图43（B）所示的有载波调幅信号的波形，调幅系数M为MUMMAXUMMINUMMAXUMMIN10048式中，UMAX调幅波幅度的最大值；UMIX调幅波幅度的最小值（2）同步检波振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有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，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号USTUSMCOSCTCOST，另一输入端输入同步信号（即载波信号）UCTUCMCOSCT，经乘法器相乘，由式（44）可得输出信号U0（T）为32PAGE33高频电子线路实验指导书UOTKEUSTUCT1214U14KEUSMUCM2CT（条件XUC26MV，YUS为大信号）（49）上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。若输入信号UST为单边带振幅调制信号，即UST法器的输出U0T为12USMCOSCT，则乘UOT1214KEUSMUCMCOS2CTCOSCT14（410）上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。如果输入信号UST为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号UCT,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。设USTUSM1MCOSTCOSWCT，UCTUCMCOSWCT则输出电压U0T为U0TKEUSTUCT111KMUKESMCMCT1414KEMUSMUCMCOS2WCTKEMUSMUCMCOS2WCT条件UXUC26MV，UYUS为大信号（411）上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调。MC1496模拟乘法器构成的同步检波解调器电路如图44所示。33UUKESMCOS2CTKESMCMCOSTUKESMCMCTUU2KESMCOSTKESMCMECMCOSTUUUUCOS2W222PAGE34高频电子线路实验指导书图44MC1496构成的同步检波器其中UX端输入同步信号或载波信号UC,UY端输入已调波信号US。输出端接有由R11与C6、C7组成的低通滤波器及隔直电容C8，所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调。电路的解调操作过程如下首先测量电路的静态工作点C应与图42电路的静态工作点基本相同,再从UX端输入载波信号UC,其FC107MHZ，UCPP100MV。先令UY0,调节平衡电位器RP,使输出U00,即为平衡状态再从UY端输入有载波的调制信号US,其FC107MHZ，FN1KHZ，USPP200MV，调制度M100，这时乘法器的输出U0T经低通滤波器后的输出U0T，经隔直电容C8后的输出UT的波形分别如图45（A）所示。调节电位器RP可使输出波形U0T的幅度增大，波形失真减小。若US为抑制载波的调制信号，经MC1496同步检波后的输出波形UNT如图45（B）所示。34PAGE35高频电子线路实验指导书图45解调器输出波形（3）鉴频、乘积型相位鉴频鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。其鉴频原理是先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是在乘法器的一个输入端输入调频波UST，设其表达式为USTUSMCOSWCTMFCOST（412）式中，MF调频系数，MFW/或MFF/F，其中W为调制信号的频2USMSINWCTMFSINTW35413偏。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波UST，设其表达式为USTUSMCOSWCTMFSINTWPAGE36高频电子线路实验指导书式中，W移相网络的相频特性。由式（79）得，这时乘法器的输出U0T为U0TKEUSTUST12KEUSMUSMSIN2WCMFSINTW12UUW（414）式中，第一项为高频分量，可以被低通滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只要线性移相网络的相频特性W在调频波的频率变化范围内是线性的，当W04RAD，SINWW。因此鉴频器的输出电压U0T的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。所以相位鉴频器的线性鉴频范围受到移相网络相频特性的线性范围的限制。、鉴频特性相位鉴频器的输出电压U0与调频波瞬时频率F的关系称为鉴频特性，U0其特性曲线（或称S曲线）如图46FMINF0FMAXF所示。鉴频器的主要性能指标是鉴频灵敏度SD和线性鉴频范围2FMAX。SD定义为鉴频器调频波单位频率变化2FMAX图46相位鉴频特性所引起的输出电压的变化量，通常用鉴频特性曲线U0F在中心频率F0处的斜率来表示，即SDU0/F4152FMAX定义鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2FMAX可在鉴频特性曲线上求出。、乘积型相位鉴频器用MC1496构成的乘积型相位鉴频器电路如图47所示。36KESMSMPAGE37高频电子线路实验指导书图47MC1496构成的相位鉴频器其中C1与并联谐振回路C2L共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性W的表达式为W2W22416当WW01时，上式近似表示为W2ARCTANQ2WW0或F2ARCTANQ2FF0417式中F0回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。Q回路品质因数。F瞬时频率偏移。2F相移与频偏F的特性曲线如图48所示。O2QF/F0图48移相网络的相频待性由图可见在FF0即F0的范围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性37ARCTANQW01PAGE38高频电子线路实验指导书移相。MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘（如式721），其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R0C0滤波网络输出，对于图78所示的鉴频电路的鉴频操作过程如下首先测量鉴频器的静态工作点（与图73电路的静态工作点基本相同），再调谐并联谐振回路，使其谐振（谐振频率FC107MHZMHZ）。再从UX端输入FC107MHZ，UCPP40MV的载波（不接相移网络，UY0），调节平衡电位器RP使载波抑制最佳U00。然后接入移相网络，输入调频波US，其中心频率FC107MHZ，UCPP40MV，调制信号的频率F1KHZ，最大频偏FMAX75KHZ，调节谐振回路C2使输出端获得的低频调制信号U0T的波形失真最小，幅度最大。、鉴频特性曲线（S曲线）的测量方法测量鉴频特性曲线逐点描迹法的操作是用高频信号发生器作为信号源加到鉴频器的输入端US（见图78），先调节中心频率FC107MHZ，输出幅度UCPP40MV。鉴频器的输出端U0接数字万用表（置于“直流电压”档）测量输出电压U0值。（调谐并联谐振回路，使其谐振）。再改变高频信号发生器的输出频率（维持幅度不变），记下对应的输出电压U0值。（4）混频用模拟乘法器实现混频，只要UX端和UY端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频如107MHZ，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图49所示图49混频原理框图若UXTVSCOSWSTUYTSV0COSW0T38PAGE39高频电子线路实验指导书则UCTKVSV0COSWSTCOSW0T12KVSV0COSW0WSTCOSW0WST图410MC1496构成的混频器经带通滤波器后，取差频V0T12KVSV0COSW0WSTW0WSWI为某中频频率。由MC1496模拟乘法器构成的混频器电路如图410所示其中UX端输入信号UC107MHZ。UY端输入信号US10245MHZ的信号，输出端接有带通滤波器LC。五、实验步骤参照乘法器模块上印刷的原理图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，开关K1、K2拨动若正确连接了,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），39PAGE40高频电子线路实验指导书组成由MC1496构成的混频器电路。输入UC，UC为107MHZ的载波信号,大小为VPP300MV，从TP6处输入。US10245MHZ，从TP8处输入。用示波器和频率计在TT11处观察输出波形，输出信号频率应为455KHZ。2、平衡调幅实验参考乘法器模块上印刷的原理图G6，断开J12、J13、J15、J19，J110连接好J11、J14、J16、J17、J18，组成由MC1496构成的平衡调幅电路。（1）产生抑制载波振幅调制在UX端（TP6处）输入FC107MHZ的载波（由高频信号源提供，参考高频信号源使用），UCPP150MV；UY端（TP7处）输入F1KHZ信号，使UPP200MV为零，调节可调电阻W1，使在TT11处测试的信号U00（此时U4U1）。逐渐增大UPP（最大峰值为1V，太大会失真），直至出现抑制载波的调幅信号出现（用示波器在TT11处测试）。在实验过程中应微调输入信号，以得到最好的输出波形。（注此调幅波作为同步检波部分的调幅波输入信号。）（2）产生有载波振幅调制信号在步骤1）的基础上调节W1，使输出信号中有载波存在，则输出有载波的振幅调制信号。3、同步检波实验参考乘法器模块上印刷的原理图G6，连接J22、J25，断开J21、J23、J24、J26，组成由MC1496构成的同步检波电路。从TP3处输入107MHZ的载波，由高频信号源部分提供（此信号与平衡调制实验中的载波信号为同一信号），使US0，调W2使在TT21处观察的信号近似为0，在UY端输入由平衡调制实验中产生的抑制载波调幅信号，即将TT11与TP5连接（TT11输出调幅波），这时从TT21处用示波器应能观察到UT的波形，微调W2可使输出波形幅度增大，波形失真减小。信号大小在实验过程中应微调，以保证输出信号最好。4、鉴频实验参考乘法器模块上印刷的原理图G6，断开J22、J24、J26，连接好J21、J23、J25，组成由MC1496构成的鉴频电路。从TP4处输入已调调频波（此调频波信号由高频信号源单元提供，参考高频信号源的使用）载波VPP300MV左右，调制信号40PAGE41高频电子线路实验指导书VPP250MV600MV。用示波器从TT21处可以观察到输出的低频调制信号UT。如果信号失真，可调节可调节W2以及可调电容CC1，最后再微调调制信号及载波，使输出信号最大且不失真。用扫频仪测绘鉴频特性曲线。六、实验报告1、整理各项实验所得的数据，绘制出有关曲线和波形。2、对实验结果进行分析。3、分析为什么在平衡调幅实验中得不到载波绝对为零的波形4、分析如果鉴频特性曲线不对称或鉴频灵敏度过低，应如何改善41PAGE42高频电子线路实验指导书实验五小功率调频发射机的设计（综合性实验）一、实验目的通过本节实验，要求掌握调频发射机整机电路的设计与调试方法，以及调试中常见故障的分析与处理。学习如何将各种单元电路组合起来完成工程实际要求的整机电路设计。二、实验内容1、调试发射单元的电路特性，实现发射机的正常工作。2、观察发射单元的各点波形。三、实验仪器1、20MHZ双踪模拟示波器2、万用表3、调试工具4、扫频仪一台一块一套一台四、实验原理1、调频发射机与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强的抗干扰能力与较高的效率。所以在无线通信、广播电视、遥控遥测等方面获得广泛应用。（）直接调频发射机组成框图（）外差式调频接收机组成框图图51调频发射、接收系统组成框图42PAGE43高频电子线路实验指导书图51为调频发射与接收系统的基本组成框图。其中图（A）为直接调频发射机的组成框图，是本节实验的主要内容，图（B）为外差式调频接收机的组成框图，将在实验六中介绍。2、发射机的组成框图拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。本实验不要求发射的功率达到多大，只要能达到信号发射的效果。因此，整机电路比较简单，组成框图如图52所示。LC调频振荡缓冲隔离功率激励高频功放调制信号图52本实验发射线路组成框图关于LC调频振荡和高频功放的原理见各自的实验说明。五、实验步骤1、实验中可能出现的故障高频电路由于受分布参数的影响及各种耦合与干扰的影响，使得电路的稳定性比起低频电路来要差些，同时L、C元件本身在环境温度发生变化时存在值的漂移，所以在LC调频时，电路本身的稳定性不好。另外，由于后级功放的输出信号较强，信号经公共地线，电源线或连接导线耦合至主振级，从而改变了振荡回路的参数或主振级的工作状态。这样在各单元电路调整好后，还要仔细进行整机连调。2、实验步骤实验步骤由同学们自己设计，下面只给出部分提示1按设计要求连接好各个模块，并正确连接电路电源线。2本实验电路的调频振荡部分及缓冲隔离部分是采用LC调频电路。将变容二极管调频实验单元电路中的J4连接起来，组成LC调频实验（连J3、J4、J5；断开J1、J2）。3从G1模块的IN1处输入F1KHZ，VCPP100MV左右的调制信号（正弦波信号，由低频信号源提供，参考低频信号源的使用）。调节CC1用频率计和示波器从TT1处观察调频信号，使中心频率为F0107MHZ，当调制信号幅度大约为100MV时，调制频偏大约1015KHZ（方法与变容二极管调频单元一样）。调制信号的大小，在操作过程中可根据实际情况适当增大（例如250MV）。4将功放实验单元中的JE3、JE5连接，使功放负载为50，分别调节TE1、TE243PAGE44高频电子线路实验指导书使CCE1与TE1初级和CCE2与TE2初级均谐振在107MHZ（方法与功放单元一样）。5连接JE1，将调频单元与功放单元连接起来，组成发射单元。此时从ANTE1处用频谱仪观察发射信号，如果发射信号的中心频率有偏移，可以微调CC1使之为107MHZ。六、实验报告1、写出实验的步骤，并整理每一步骤的实验数据。2、说明本实验电路的调试的过程。3、画出每一观测点的曲线波形。4、说明本实验各个单个单元模块的功能。5