电子线路实验指导书2014

实验一低频功率放大器一、实验目的1进一步了解低频功率放大电路的原理，熟悉工程估算方法。2了解电源电压VCC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。3掌握输出功率、效率、通频带和非线性失真系数的测量方法。4熟悉常用电子元器件，学习面包板的使用，掌握面包板基本布线方法二、实验原理低频功率放大器具有频率响应好、非线性失真小和适宜集成化等优点，获得了广泛的应用。本实验无输入输出变压器的互补对称推挽电路，要求对称的PNP和NPN型三极管参数尽可能的一致。为了满足末级激励的要求，必须提高末级电压输出的幅度。为此，将电阻的一端接到输出端上，利用自举作用使通过的交流电流减小，从而提高管7R7R的等效交流负载电阻。2TC2100UFC110UFC5100UF/25VC4220UFC3100UFC61000PFR101RR210KR310R410KR547KR61KR7680R801RR901RRL116RL224T19014T38050T29015T48550D2IN4148D1IN4148RW1100KRW22KK1K2K3K4ININ12V图11低频功率放大器本试验要求完成的技术指标如下输出功率MWPL30输入电压（峰值）VUI非线性失真系数10三分贝上限频率HZF4三分贝下限频率L2电源电压VCC12V三、实验仪器（1）双踪示波器（2）信号发生器（3）晶体管毫伏表（4）失真度测量仪（5）晶体管直流稳压电源（6）万用表四、实验内容1连接线路根据自行设计的电路图或给定的电路图，通过估算确定元件的参数，在面包板上搭接电路。经检查无误后，接通电源进行下列调整和测试。2调整静态工作点1调节电位器RW1使得点的直流电位约为VCC/2。2测量各级的静态工作电压。3测量放大器的性能指标（1）最大不失真输出功率将负载电阻RL改为16在输入端加入频率为1KHZ的信号电压UI，输出端接上示波器监视输出电压波形。逐渐增大UI值当输出电压波形幅度最大而又无明显失真时，通过示波器测量RL上的输出电压，设为（峰值），则放大器最大不失LMAX真输出功率为LAXLRP2（2）电压增益输入信号频率仍为1KHZ，调节信号电压UI，使输出功率为300MW，测量这时各级输入，输出电压值，计算各单级和总的电压增益。（3）总效率在电源端串接电流表，调节UI，使输出功率PL300MW时，读出总电流IC0值，计算电源供给的直流功率PDVCCIC0，则总效率为DLPUIIC0UCMPDPOCRL16VCC12VRL24RL16VCC9VRL24（4）频率特性用逐点法测量放大器的幅频特性曲线，进行本实验时，必须保证频率为1KHZ时放大器的输出功率为300MW。F100HZ200HZ400HZ700HZ1KHZ2KHZ4KHZ6KHZ8KHZUCM（5）非线性失真系数在F1KHZ，PL300MW时，用非线性失真度测量仪测量输出电压的非线性失真系数。将负载电阻改为24，再分别测量最大不失真输出电压。4观察各种实验现象（1）电源电压改变时输出功率和总效率的改变情况保持RL一定（例如16），改变电源电压使其分别为9V、12V，测量放大器的最大不失真输出功率和总效率。（2）负载改变时输出功率和总效率的改变情况保持保持电源电压一定（例如12V），改变RL使其分别为16、24，测量放大器的最大不失真输出功率和总效率。（3）闭合开关K2，观察交越失真情况并画出失真波形。五、预习要求（1）复习低频功率放大器的工作原理和分析方法。（2）完成实验电路的工程估算，列出元件清单。（3）熟悉实验电路原理图，拟好数据记录表格。六、实验报告要求（1）记录各项调整、测量结果，并用单对数坐标纸画出幅频特性曲线。（2）列表比较工程估算和实验结果，并加以讨论。（3）对实验中出现的现象进行分析。C110UFR101R801D1IN4148C2100UFR210KR901D2IN4148C3100UFR310RL115T19014C4220UFR410KRL224T29015C5100UFR547KRW1100KT38050C61000PFR61KRW22KT48550R7680K1K3导线实验二小信号谐振放大器单调谐回路谐振放大器一、实验目的1通过实验进一步熟悉小信号谐振放大器的工作原理。2熟悉谐振回路的幅频特性分析通频带与选择性。3熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解扩展频带的方法。4熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。二、实验原理1共发射极高频小信号等效电路密勒近似电路图21（A）为共发射极放大电路的简化交流通路（图中略去了RB、RL），图（B）为高频小信号等效电路的密勒近似电路。图中为基区体电阻，为发射极的小信号电BRER阻。（21）ETEBI/VR0GM为互导，（22）MGRCEBCSVOV（A）RSRCRSBREBRCTSVOVGMEBBRTRCCTSVEBOVGMEBCEC图21共发射极高频小信号等效电路式中VT26MV，所以，（23）MEBGR10CT为等效电容，（24）MTC，FT为BJT的特征频率，可以从手册中查到。CM为密勒电容，MEBGC2，为反偏势垒电容，可以从手册中查到。CBMR12幅频特性图21（B）可进一步等效为图21（C）的形式，显然是一RC低通电路。可以算得中频区电压增益（25）EBSCEBSCMVIRRRRGA高频源电压增益（26）10HVISVHF/JAFH为上限频率，（27）TCRF21EBSEBBSTRRR由（26）可得共发射极放大电路的幅频特性如图22所示。3RLC并联谐振电路的基本特点0VIAHFHF/HZ图22共发射极放大电路的幅频特性SIOVRLC图23RLC并联谐振电路由电路理论可知，RLC并联谐振电路在电流源激励下，其输出电压与电源频率有关。阻抗CJLJRJZ1谐振时阻抗最大，。因而输出电压达到最大值。其谐振频率；RJZLCF210电路的品质因数；通频带。LQ0QFBW04高频小信号谐振放大器的工作原理单调谐回路谐振放大器电路如图24所示。图24单调谐回路谐振放大器若将图21（A）中的RC换成由RLC组成的并联谐振电路，则输出电压将随信号OV频率而改变，电压增益也将随频率的变化而变化。41电压增益设谐振时的电压增益为，则，称为一般失VOA021FJQVO0FF谐。若令，称为广义失谐，则，02F/QJAVO1，（28）21VOA21由此可画出放大器的谐振特性曲线如图25（A）、（B）所示。42通频带由图25放大器的通频带为BWF2F1F0/Q43单调谐放大器的选择性放大器的选择性是用矩形系数来表示的，矩形系数的定义为（29）FFFKR011701102式中，是时所对应的频带宽度，即10FA/VO，2VOA91021FQ所以，单调谐放大器的矩形系数远大于1，也就是它的谐振曲线与矩形相差较远，选择性差。44动态范围定义放大倍数下降1DB的转折点为放大器的动态范围。210VOVALGILG0三、预习要求1复习谐振回路的工作原理。2了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。AV/AVO0F0F（A）F1F210707（B）AV/AVO01107071图25放大器谐振特性曲线3实验电路中,若电感量L1H，回路总电容C220PF分布电容包括在内,计算回路中心频率F。二、实验仪器设备1双踪示波器2扫频仪3高频信号发生器4毫伏表5万用表6实验板G1四、实验内容及步骤一单调谐回路谐振放大器。1实验电路见图261按图26所示连接电路注意接线前先测量12V图26单调谐回路谐振放大器原理图电源电压，无误后，关断电源再接线。2接线后仔细检查，确认无误后接通电源。2静态测量实验电路中选RE1K测量各静态工作点，计算并填表21表21实测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因VBVEVCICVCE是否VB，VE是三极管的基极和发射极对地电压。3动态研究1测放大器的动态范围VIV0在谐振点选R10K，RE1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接高频毫伏表，选择正常放大区的输入电压VI，调节频率F使其为107MHZ，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大。此时调节VI由002伏变到08伏，逐点记录V0电压，并填入表22。VI的各点测量值可根据各自实测情况来确定。表22VIV00208RE1KRE500V0VRE2K2当RE分别为500、2K时，重复上述过程，将结果填入表22。在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。3用扫频仪调回路谐振曲线。仍选R10K，RE1K。将扫频仪射频输出送入电路输入端，电路输出接至扫频仪检波器输入端。观察回路谐振曲线扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置，调回路电容CT，使F0107MHZ。注意当扫频仪的检波探头为高阻时，电路的输出端必须接入RL，而当扫频仪的检波探头为低阻探头时，则不要接入RL（下同）。4测量放大器的频率特性当回路电阻R10K时,选择正常放大区的输入电压VI，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率F使其为107MHZ，调节CT使回路谐振（输出电压幅度为最大），此时的回路谐振频率F0107MHZ为中心频率，然后保持输入电压VI不变，改变频率F由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率F时对应的输出电压V0，将测得的数据填入表23。频率偏离范围可根据各自实测情况来确定。表23FMHZ107R10KR2KV0R470计算F0107MHZ时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。5改变谐振回路电阻，即R分别为2K，470时，重复上述测试，并填入表23。比较通频带情况。五、预习要求1复习谐振回路的工作原理。2了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间的关系。3实验电路中，若电感量L1H，回路总电容C220PF（分布电容包括在内），计算中心频率F0。六、实验报告要求1写明实验目的。2画出实验电路的直流和交流等效电路，计算直流工作点，与实验实测结果比较。3写明实验所用仪器、设备及名称、型号。4整理实验数据，并画出幅频特性。（单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带，整理并分析原因）5本放大器的动态范围是多少，讨论IC对动态范围的影响。实验三丙类高频功率放大器一、实验目的1通过实验进一步熟悉丙类高频功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的计算与设计方法。2了解电源电压VC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。3掌握谐振功率放大器的调谐技术，了解高频功率的测量方法。二、实验原理高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路，并且一般都工作于丙类状态。高频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。1集电极效率C设PD直流电源供给的直流功率PO交流输出信号功率PC集电极耗散功率则PDPOPC为了说明晶体管放大器的功率转换能力，定义集电极效率C（31）CODCP由此可见（1）设法尽量降低集电极耗散功率PC，这样在给定PD时，晶体管的交流输出功率PO就会增大。（2）如果维持晶体管的集电极耗散功率PC不超过规定值，那么提高集电极效率C，将使交流输出功率PO大为增加。（32）COP1提高效率对输出功率有极大影响，当然这时输入直流功率也要相应提高，才能在PC不变的情况下，增加输出功率。2功率关系本实验由两级谐振功率放大器和输出级组成，见图31。（33）CODIVP（34）REE/IMCMO212式中，ICO为丙类工作时，IC脉冲波的傅立叶级数展开式中的平均分量；由于电路处于基波谐振状态，所以，无高次谐波输出，VOM为基波分量输出电压；ICM为基波分量电流；RE为谐振回路阻抗。RE与谐振回路及负载有关。本实验就是在改变负载的情况下，测量功率及C的变化。3电路特点本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，利用谐振功率放大电路的集电极调制特性，完成集电极调幅实验。当电路的输出负载为天线回路时，就可以完成无线电发射的任务。为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。4高频谐振功率放大器的工作原理参见图1。谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。丙类功率放大器导通角900，集电极效率可达80，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。图1中，VBB为基极偏压，VCC为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态，VBB应为负值，即基极处于反向偏置。UB为基极激励电压。图2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。VBZ是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。由图可知，只有在UB的正半周，并且大于VBB和VBZ绝对值之和时，才有集电极电流流通。即在一个周期内，集电极电流IC只在时间内导通。由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值，即ICIC0IC1MCOSTIC2MCOS2TICNMCOSNTBMZUVCOS求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高效率，一般取700800左右。图1高频功放原理图图2IC与UB的关系BUIBICCRLLIEVCVBTICMTUBEIBVBVBZUBE0TUBMTT1122R170KRL1120RL275R16151122R1530KR131K1122R1415KRL339R1230B1C2E3V4667B1C2E3V3667RP322K2211L3330H1122C150011122C1768PC1062PC14270P1122C1391PCT3020PCT2020P11P511P911P711P8CT1020P1122CT4020PGND11P6VIN1GND2VOUT3U17805L4330R20240GND1122C12001C20001L533011P10GNDGND1122C18001C19001GNDM211P1R193K1122D1LEDGNDGND123J3M31122L139HGND1122D2LEDC241000P223311L2RP210K11P2VBB11P311P4C2210R1818KR1110KR1062KC96800PV1V2R415KR9360R8360R156KR751KR212KR53KR6200C201C101C451PC5470PC6200PY1R330KC31000PRP147KGNDC230112J1C801M1L6330C701GNDVCC1133442266T1TRAN211223344J4R0012J5X1X2X3C1424P11P11ANTENA1122C16011122C2101C1101GND11P121122J2图31功率放大器（丙类）原理图图中，V1、V2构成了独立的石英晶体振荡电路，为实验提供了稳定的载波信号，大大方便了电路的调整。V3为推动级，为末级功放电路提供足够的激励电压。V4构成丙类谐振放大电路。为了能较好的演示功放电路的负载特性，较为方便的观察脉冲电流，本电路采用了独立的偏置电路，由RP2、R15、R14构成的分压器对12V进行分压，为功放级提供适当的负偏压，确保工作在丙类状态。RL为负载电阻，在负载电阻和功放电路集电极之间采用变压器电路，以完成负载和集电极之间阻抗变换。在功放输出级电路中设置了三个跳线短路端子J2、J3和J4。J3可完成12V电源和69V可调电源之间的转换，以观察集电极调制特性以及完成调幅电路的实验。J2是为了观察负载特性而设置的，当J2断开时，在R16上可直接观察到脉冲电流波形，从而可较为直观的观察到负载特性，便于加深对于谐振功率放大电路的理解。而J2短接时，可得到稍大一些的输出电压。J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。5高频功放电路的调谐与调整原则理论分析表明，当谐振功率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时（此时集电极负载为纯电阻状态），集电极直流电流IC0为最小，回路电压UL最大，且同时发生。然而，由于晶体管在高频工作状态时，内部电容CBC的反馈作用明显，上述IC0最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。因此，本实验电路，不单纯采用监视IC0的方法，而采用同时监视脉冲电流IC的方法调谐电路。由理论分析可知，当谐振放大器工作在欠压状态时，IC是尖顶脉冲，工作在过压状态时，IC是凹顶脉冲，而当处于临界状态下工作时，IC是一平顶或微凹陷的脉冲。这也正是高频谐振功率放大器的设计原则，即在最佳负载条件下，使功率放大器工作于临界状态，以获取最大的输出功率和较大工作效率。本电路的最佳负载为75。因此调试时也应以此负载为调试基础。三、实验仪器1双踪示波器2扫频仪3高频信号发生器4万用表5实验板G2四、实验内容及步骤1按图连接好实验电路板所需电源（12V）。VBB接12V2功放级静态工作点的调整A用短路环将J3的1、2端和J4的2、4端短路，以使12V电源直接提供给功放输出级的集电极回路。注意此时一定要使J5或J1保持开路状态，否则，静态工作点将受到本振电压的影响。B用万用表测试V4的基极电压。调整RP2，使V4B03V左右。3调整载波振荡源接通J5，以给载波振荡电路加电。J1仍保持开路状态，然后在测试点M1处接入示波器，以观察振荡波形。调整RP1，使载波振荡源输出UO1V左右。4推动级的调整用短路环短接J1，使载波振荡信号F065MHZ，UO1VPP通过C9接至晶体管V3的基极。在M2端用示波器观察推动级的输出波形，由于功放级输入端阻抗元件的影响，波形为一失真的正弦波，此时不必做很多调整工作，只要证实推动级已经工作即可。5脉冲电流及放大特性的观察保持前面的电路连接不变，将J2的短路环取下，使C16开路。将负载电阻接至75。将示波器1通道测试探头（衰减10倍，下同）连接至V4的发射极电阻上（即J2的1端），灵敏度置于20MV/DIV档（由于探头有10倍衰减，故实际相当于200MV/DIV）,用以监测脉冲电流。将示波器2通道测试探头（衰减10倍，下同）连接至测试点M3处，灵敏度置于02V/DIV档（由于探头有10倍衰减，故实际相当于2V/DIV），用以监测功放级的输出波形。A负载特性的观察I仔细调整CT4，使输出回路谐振，且实现负载到集电极间的阻抗转换。观察M3处的波形，应能得到失真最小的正弦波形。同时观察V4的发射极（取样）电阻上的波形，是否得到了一个临界状态的脉冲电流波形（略有凹陷的波形）。若未能观察到临界状态的脉冲电流，则需要仔细调整CT2、CT3，使功放级的输入达到较好的匹配状态，必要时还需适当地调整载波信号源的输出幅度。正常情况下，在M3处观察到的输出波形幅度应不低于94V。II保持信号源频率和幅度不变，将负载分别接至120和39，应能观察到过压和欠压状态的脉冲电流形状。若不能，则电路还需做细心调整，直至在保持信号源频率和幅度不变得情况下，随着负载的改变可出现过压、临界、和欠压的三种状态的脉冲电流波形。三种状态的脉冲电流波形大致如图所示。RL120RL75RL39图4不同负载下的脉冲电流波形上述脉冲波形，描绘了放大器的负载特性，即随着RC的增大，IC随之减小。放大状态由欠压状态向过压状态过渡。III当观察到负载特性后，记录三种负载条件下的负载上获得的输出电压ULPP，电源提供给功放管集电极的电压UC，为了避免电压表输入阻抗对于输出回路的影响，测量UC应当在J4的2端测试。测试三种状态下的集电极直流电流时，既可以采用在J4的2、4两点间接入直流电流表200MA档直接读数，也可以采用测量发射极（取样）电阻上的压降再换算成电流的方法。但电流表接入回路中后，会对输出及脉冲电流波形产生一定影响，所以推荐采用第二种方法测试集电极直流电流。换算方法IC0VE/RE已知RE1。最后将测试结果填入表中。表1高频功放实验数据记录表B集电极调制特性的观察（记录波形）将负载置于39档，输入信号电压及EB保持不变，用短路环将J3的2、3端短接，用69V可调电源给功放管的集电极供电。调整RP3,观察发射极脉冲电流波形的变化，这些变化描述了丙类功放电路的集电极调制特性，即随着VCC增大，脉冲电流将会由过压状态向临界再向欠压状态变化。EC10VEC6V图5EC不同时的脉冲电流波形（RL39）C基极调制特性的观察（记录波形）将负载置于75，电源电压VCC12V，输入信号幅度保持不变，调整RP2，仔细实测数据计算结果RL（）ICOAVLPPVVCVPDMWPLMW3975120观察脉冲电流的形状与幅值的变化，它描述了谐振功率放大器的基极调制特性。D放大特性的观察（记录波形）保持VCC、EB、RL不变，改变输入电压的幅值，可以看出随着信号幅度由小到大变化，脉冲电流将由欠压状态向临界状态再向过压状态变化的现象。五问题思考1若谐振放大器工作在过压状态，为了使其工作在临界状态，可以改变哪些因素2设计一自给偏压工作方式的丙类谐振放大器。六附录1效率的计算与计算公式说明利用下面提供的公式和前述表中的测试结果计算三种负载条件下的效率，并将结果填入表中。电源提供给功放级的总功率PDICOVCC负载上得到的功率PLVOPP28RL功率放大级的总效率PLPD本电路的总效率一般可达到65左右，实际上集电极效率可达80左右。实验四LC电容反馈式三点式振荡器一、实验目的1掌握LC三点式振荡电路的基本原理，掌握LC电容反馈式三点振荡电路设计及电参数计算。2掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。3掌握振荡器反馈系数不同时，静态工作电流IEQ对振荡器起振及振幅的影响。二、预习要求1复习LC振荡器的工作原理。2分析图31电路的工作原理，及各元件的作用，并计算晶体管静态工作电流IC的最大值设晶体管的值为50。3实验电路中，L110H，若C120PF，C680PF，计算当CT50PF和CT150PF时振荡频率各为多少三、实验原理1电路组成原理及起振条件三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，如图41（A）所示。图中三个电抗元件X1、X2、X3构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络。从相位条件看，要构成振荡器，必须满足2极相连的两个电抗X1、X2性质相同。（2）X1、与X2、X3的电抗性质相反。三点式振荡器有两种基本结构，电容反馈振荡器，电路如图41（B）所示；电感反馈振荡器，电路如图41（C）所示。根据振幅的起振条件，三极管的跨导必须满足下列不等式MGCVBCIIX1X2X3AC1C2LBL1L2CC图41三点式振荡器的组成（41）10LFUFMGKG式中为反馈系数；和分别为三极管BE间的输入电导和CE间输12XKFUIO入电导；为等效到三极管输出端（CE间）的负载电导和回路损耗电导之和。LG（41）式表明，起振所需的跨导与、等有关。如果管子的参数和FUKIGOL负载确定后，应有一个确定的值，太大或太小都不易满足幅度的起振条件，在确定FUK时，除了满足幅度的起振条件外，还必须考虑频率的稳定度和振荡幅度等问题。FU另外，提高三极管集电极静态电流IEQ，可以增大，但不易过大，否则会过大MG，造成回路有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。一般取值为21MEIGR15MA。3频率稳定度振荡器的频率稳定度指在指定的时间间隔内，由于外界条件的变化，引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度。一般用下式表示（42）010FF根据时间间隔分为长期稳定度、短期稳定度、瞬时稳定度。一般所说的频率稳定度主要是指短期稳定度，即指一天内，以小时、分钟或秒计的时间间隔内频率的相对变化。产生这种频率不稳定的因素有温度、电源电压等。不同要求时，对稳定度的要求是不同的。振荡器的频率主要决定于谐振回路的参数，同时与晶体管的参数也有关，因此稳频的主要措施有提高振荡回路的标准性；减小晶体管的影响，减小晶体管和回路之间的耦合；提高回路的品质因数。振荡回路的标准性是指振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振角频率不变的能力。回路标准性越高，外界因素变化引起的越小。0图42LC电容反馈式三点式震荡器原理图4克拉泼振荡器图42所示为一改进型电容反馈式振荡器，即克拉泼振荡器。由图可见克拉波电路与电容三点式电路的差别，仅在回路中多加一个与C1、C2相串联的电容CT。通常CT取值较小，满足CT1。因此，石英晶体振荡器频率稳定度高，优于105。1石英晶体振荡器的等效电路及阻抗曲线石英谐振器的电路符号如图51（A）所示。当外加交变电压与石英片的机械振动发生共振时，石英片两电极上的交变电荷量最大，也就是通过石英片的交变电流最大，因而具有串联谐振的特性。可用图51（B）所示的串联谐振电路等效它的电特性。图中LQ1、CQ1、RQ1等效它的基频谐振特性，LQ2、CQ2、RQ2等效它的三次泛音的谐振特性，C0表示石英谐振器的静态电容和支架、引线等分布电容之和。其中，静态电容是以石英片为介质、两个电极为极板而构成的电容，它是C0的主要部分。若作为基频晶体，石英谐振器的等效电路简化为图51（C）所示，图中，为了简化书写，省略了各串联元件的下标“1”。若忽略RQ，则晶体两端呈现的阻抗为纯电抗，其值近似为51201/CRSPZJXRJC式中，（5QSL10LQP2）晶体（A）（C）C0LQCQRQZCR（J）LQ1LQ2LQ3CQ1CQ2CQ3RQ2RQ1RQ3C0（B）图51石英振荡器的等效电路（A）电路符号（B）完整等效电路（C）基频等效电路由式（51）可见，当在的频率范围内，XCR为正值，呈感性；而在其它SP频段内，XCR均为负值，呈容性。在上XCR0，具有串联谐振特性，相应的称为串SS联谐振角频率；在上，XCR，具有并联谐振特性，相应的称为并联谐振角频率。PP根据晶体在振荡电路中的不同作用，晶体振荡器有并联型和串联型之分。晶体工作在略高于呈感性的频段内，用来作为三点式电路中的回路电感，相应构成的振荡电路SF称为并联型晶体振荡电路。晶体工作在上，等效为串联谐振电路，用作高选择性的短SF路元件，相应构成的振荡电路称为串联型晶体振荡电路，广泛应用在集成电路中。必须强调指出，晶体只能工作在上述两种方式，而不能工作在低于和高于呈容性的频段，SFPF否则，频率稳定度将明显下降。2原理分析电路原理图如图52所示。图中石英晶体振荡器若工作在串联谐振频率上，则相当于短路线，就形成了由C3、CT、C4及L1组成的电容三点式振荡电路。而当偏离串联谐振频率时，晶体阻抗迅速增大，电路不能振荡。因此，这种振荡器的振荡频率主要取决于晶体的串联谐振频率。为了减少L1、C3、CT、C4回路对频率稳定度的影响，一般都将它调谐在晶体串联谐振频率附近。三、实验仪器1双踪示波器2频率计3万用表4实验板G1VL133MHL2EX6MHZC1C2C3100PC41500PC5C6C7CTRPR1R2R3R4RLOUT12V图52晶体振荡器原理图四、实验内容及步骤实验电路如图521测振荡器静态工作点，调图中RP，测得IEMAX及IEMIN（需要测出VR4之值计算电流）。2测量工作点在上述范围内时的振荡频率及输出电压。（自行制定表格进行数据记录，表51仅供参考。）表51VR4MAXVR4MINIEMAXIEMINFMHZVOPP3负载不同时对频率的影响，RL分别取110K、10K、1K，测出电路振荡频率，填入表52，并与LC振荡器比较。RLF表52R110K10K1KF（MHZ）五、预习要求1查阅晶体振荡器的有关资料。阐明为什么用石英晶体作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定度大大提高。2试画出并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器的实际电路，并阐述两者在电路结构及应用方面的区别。六、实验报告要求1画出实验电路的交流等效电路。2整理实验数据，并给出合理分析。3比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异，并分析原因。七、思考题1你如何肯定电路工作在晶体的频率上2根据电路给出的LC参数计算回路的中心频率，阐述本电路的优点。实验六振幅调制器一、实验目的1掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并研究已调波与输入信号的关系。2掌握测量调幅系数的方法。3通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。二、实验原理1振幅调制信号分类振幅调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。振幅调制分为三种方式普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB）和单边带调制（SSB）。所得的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号和单边带信号。11调幅波在单一频率信号作为调制信号时，调幅波的表达式为611COSAMCMACUTUTT若调制信号为非正弦波，其表达式为（6SACACTFTT2）在上两式中MA为调幅度或调制度，MA1，否则会产生过调制；。1MAXTF调幅波的频谱由三部分组成，包括载频分量和上、下边频（带）。振幅调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，在搬移的过程中频谱结构不变。这类调制属于频谱的线性搬移。调幅信号的带宽为调制信号最高频的两倍，即BW2FMAX。调幅波的功率包括载波功率PC和两个边频的功率。对单一频率调制信号，其平均功率为（6CAAVPM213）在调幅波中，载波功率不含有用信息，但占有一半以上的功率（与调制度M有关），而含有用信息的两个边频占有的功率是很小的。因此，从功率上讲，调幅波的功率利用是不充分的。另一方面，调幅波的最大瞬时功率，在设计中必须使CAMAXP12，为高频功率管的额定功率，因此功率管也不能得到充分利用。MAXPH12双边带调制在调制过程中将载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号，简称双边带信号。双边带信号的表达式为（6COSS1COS2DSBMCMCUTUTTTA4）双边带信号的振幅与调制信号的绝对值成正比，其频谱只有上、下边频（带），载波分量被抑制。因此，其功率仅含有用信息，功率利用较充分。13单边带调制单边带调制是由双边带经滤除一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而成。单边带信号可分为上边带和下边带信号。单边带信号的一般表达式为（65）21TCOSUTUCM或（66）TTC单边带调制方式在传输信息时，不但功率利用率高，而且它所占用的频带为，比AM、DSB减小了一半，频带利用充分，因此目前已成为短波通信中的一MAXBWF种重要调制方式。2调制方法及调制电路分类已调波是由调制信号和载波信号经调制电路形成的。调制电路的输入是调制信号和载波信号。在单一信号作为调制信号时，输入调制电路的频率分别为FC和。输UC出AM波时的频率分量为FC、FC及FC。调制电路的输出与输入是不同频的，它要产生新的频率成分，因此，只有能实现频率变换的电路才能完成调制的功能。在线性时不变电路中，输出信号频率与输入信号频率是相同的，只有非线性电路和线性时变电路才能产生新的频率分量，实现频率变换。在AM、DSB、SSB信号中，均有FC或FC分量，而该分量是由调制信号与U载波信号相乘产生的。无论是非线性电路还是线性时变电路，要完成调制功能，关键CU是看该电路是否有两个信号的乘积项。由于非线性电路和线性时变电路要产生大量的组合频率分量，必须要用滤波器将所需的频率选出，滤除其它的不需要的分量；否则，这些不需要的频率分量将对有用信号形成干扰或失真。线性时变电路是非线性电路在一定的条件下（大多数情况是UCMU）得到的。M分析表明线性时变电路的组合分量远少于非线性电路。应指出的是，严格讲，这两种电路的组合频率分量是相同的，只不过由于线性时变电路的许多组合分量由于幅度很小被忽略而已。调制电路分为高电平调制和低电平调制。高电平调制是将调制和功放和二为一，利用高频功放的调制特性来完成调制；低电平调制是在低功率级上完成调制，然后经功率放大器放大到所需电平上。AM波通常采用高电平调制，DSB、SSB采用低电平调制。常用电路有二极管平衡调制器、二极管环形调制器、单差分对调制器和双差分对调制器。本实验是用模拟乘法器XF1496构成调幅器，为低电平调制。3双差分对调制器31双差分对平衡调制器原理电路如图61所示。平衡调制器的输出电流I1和I2由上面两差分对输出电流合成。双端输出时，其值为（620TCVUTHTII7）V1V3V5V7V8V2V4V6R1R2R3RC1RC2DVEERCRC123456814VCC图611496芯片内部电路图根据及的大小分为三种情况CU1）26MV，26MV（相乘运算）（68）024CTUIIV2）26MV，为任意值UCU（线性时变工作状态）（602CTTIUITHV9）3）26MV，260MVUCU（开关工作状态）（610）02CTIIUKTV式中，K2为双向开关函数。32实验电路原理图说明电路如图62所示。集成芯片XF1496是一四象限模拟乘法器，进行调幅时，载波信号加在V1、V4的输入端，即引脚的、之间；调制信号加在差分放大器V5、V6的输入端，即引脚的、之间，、脚外接1K电阻（R8），以扩大调制信号的动态范围；已调制信号取自双差分放大器的两集电极（即引出脚、之间）输出。T9C1C2C3C4C5C6VRP2RP1R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12FAB1234581012146F1496X12VIN1IN2OUT图621496构成的调幅器扩展动态范围后，输出差值电流为（611）28TCVUTHRI本实验采用单端输出方式，集电极电阻R3、R10，输出电压（6100822CTUUITHV12）由于图62中附加了一个由V9、R11、R12组成的输出级，实际计算U0时，要考虑其输入电阻的影响。图中RP1用来调节、之间的平衡，其目的是调节、端的直流电位差为零，确保输出为抑制载波的双边带调幅波，若、之间的直流电位差不为零，则有载波分量输出，相当于是普通调幅波。RP2用来调节、脚之间的平衡。三极管V9为射极跟随器，以提高调幅器的带负载能力。三、实验仪器1双踪示波器。2高频信号发生器。3万用表。4实验板G3。12V98V四、实验内容及步骤实验电路如图621直流调制特性的测量（1）调RP2电位器使载波输入端平衡在调制信号输入端IN2加峰值为100MV，频率为1KHZ的正弦信号，调节RP2电位器使输出信号最小，然后去掉输入信号。（2）在载波输入端IN1加峰值VC为10MV，频率为100KHZ的正弦信号，用万用表测量A、B之间的电压VAB，用示波器观察OUT输出端的波形，以VAB01V为步长，记录RP1由一端调至另一端的输出波形及峰值电压，注意观察相位变化，根据公式计算出系数K值，并填入表61。0TVKVC表61VABV0PPK2实现全载波调幅（1）调节RP1使VAB01V，载波信号仍为VCT10SIN2105TMV，将低频信号VSTVSSIN2103TMV加至调制器输入端IN2，画出VS30MV和100MV时的调幅波形（标明峰峰值与谷谷值）并测出其调制度MA。10MINAX注MA60，VMAX4VMIN；MA30，VMAX2VMIN（2）加大示波器扫描速率，观察并记录MA100和MA100两种调幅波在零点附近的波形情况。（3）载波信号VCT不变，将调制信号改为VST100SIN2103TMV调节RP1，观察输出波形VAMT的变化情况，记录MA30和MA100调幅波所对应的VAB值。（4）载波信号VCT不变，将调制信号改为方波，幅值为100MV，观察记录VAB0V，01V，015V时的已调波。3实现抑制载波调幅（1）调节RP1使调制端平衡，并在载波信号输入端IN1加VCT10SIN2105TMV信号，调制信号IN2不加信号，观察并记录输出端波形。（2）载波输入端不变，调制器输入端IN2加VST100SIN2103TMV信号，观察并记录波形，并标明峰峰值电压。（3）加大示波器扫描速率，观察并记录已调波在零点附近的波形，比较它与MA100调幅波的区别。（4）所加载波信号和调制信号均不变，微调RP2为某一个值，观察记录输出波形。（5）在（4）的条件下，去掉载波信号，观察并记录输出波形，并与调制信号比较。五、预习要求1预习幅度调制器的有关知识。2认真阅读实验指导书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用XF1496乘法器调制的工作原理，并分析计算各引出脚的直流电压。3分析全载波调幅及抑制载波调幅信号的特点，并画出其频谱图。六、实验报告要求1整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。2画出调幅实验中MA30、MA100、MA100的调幅波形，在图上标明峰峰值电压。3画出当改变VAB时能得到几种调幅波，分析其原因。4画出100调幅波形及抑制载波双边带调幅波形，比较二者区别。5画出实现抑制载波调幅时改变RP2后的输出波形，分析其现象。七、思考题1振幅调制电路按功率高低有怎样的分类本实验采用的是哪种类型2实验中的调幅度MA应该怎么样计算实验七调幅波信号的解调一、实验目的1通过实验，进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法。2了解二极管包络检波器的主要指标、检波效率及检波失真。3掌握用集成电路实现同步检波的方法。二、实验原理调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。本实验采用MC1496集成电路构成解调器。DCRLUS图71二极管检波器1二极管包络检波器二极管检波器电路如图71所示，图中电阻RL和电容C为检波负载。若输入信号振幅大于05V，则二极管检波电路工作在大信号检波状态。这时，二极管静态伏安特性可近似地表示为一条自原点出发的直线，其斜率为。1/DG如果输入信号为等幅高频电压，而检波负载具有理想的检波性能，即COSSMUUT，则检波器电压传输系数为0Z（71）SAVDK式中，为检波负载上的平均电压，为二极管电流余弦脉冲通角。AVULDRG3显然，RL越大，就越小，则KD就越大。通常随USM变化的特性称为检波特性。AVU在大信号检波时，如一定，则与USM之间保持线性关系。DLGRAV如果输入信号为调幅信号，当检波负载满足1COSAMCMACUTUTT，时，则检波器电压传输系数为0ZL（72）COSDCMADK式中，为检波器输出平均电压中的低频交流分量振幅。检波器的输出电压能否不失MU真地反映输入调幅波的包络的变化规律是检波器的重要质量指标。为了避免由于RLC过大使检波输出电压变化跟不上包络的变化而造成的惰性失真，则RLC的大小应满足下列条件（73）MAX21MCRLDCCCRLLUS图72交直流不等时的二极管检波器如检波器接有如图72所示的交流负载，为了避免由于交直流负载不等而造成的负峰切割失真，则RL和应满足下列条件LR（74）LRMMAX式中，是检波器的交流负载，其值为。图73二极管包络检波器本实验二极管检波电路如图73所示，主要有二极管D及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。所以RC时间常数选择很重要，RC时间常数过大，则会产生对角切割失真。RC时间常数太小，高频分量会滤不干净。综合考虑要求满足下式AMRCF2011图中A对输入的调幅波进行幅度放大（满足大信号的要求），D是检波二极管，R4、C2、C3滤掉残余的高频分量，R5、和RP1是可调检波直流负载，C5、R6、RP2是可调检波交流负载，改变RP1和RP2可观察负载对检波效率和波形的影响。其中MA为调幅系数，F0为载波频率，为调制信号角频率。1234581012146F1496XC1C2C3C44700PC54700PC6C7R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R1112VOUTVCINVAMIN12V图741496构成的解调器2同步检波器利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号。图74是采用模拟乘法器XF1496组成的同步检波器。载波信号VC经电容C1加在、脚之间，信号发生器产生的调幅信号VAM经电容C2加在、之间，相乘后由脚输出，再经C4、C5、R6组成的低通滤波器，从解调输出端提取调制信号。三、实验仪器1双踪示波器。2高频信号发生器。3万用表。4实验板G3。四、实验内容及步骤注意做此实验之前需恢复调幅实验的实验内容及步骤2（1）的内容或从信号发生器获取已调波信号。12一二极管包络检波器实验电路见图731解调全载波调幅信号1MA30的调幅波的检波载波信号仍为VCT10SIN2105TMV调节调制信号幅度，按调幅实验中实验内容21的条件获得调制度MA30的调幅波，并将它加至图73信号输入端，由OUT1处观察放大后的调幅波（确定放大器工作正常），在OUT2观察解调输出信号，调节RP1改变直流负载，观测二极管直流负载改变对检波幅度和波形的影响，记录此时的波形。2适当加大调制信号幅度，重复上述方法，观察记录检波输出波形。3接入C4，重复1、2方法，观察记录检波输出波形。4去掉C4，RP1逆时针旋至最大，短接A、B两点，在OUT3观察解调输出信号，调节RP2改变交流负载，观测二极管交流负载对检波幅度和波形的影响，记录检波输出波形。2解调抑制载波的双边带调幅信号。载波信号不变，将调制信号VS的峰值电压调至80MV，调节RP1使调制器输出为抑制载波的双边带调幅信号，然后加至二极管包络检波器输入端，断开A、B两点，观察记录检波输出OUT2端波形，并与调制信号相比较。二集成电路乘法器构成解调器实验电路见图74。1解调全载波信号1将图74中的C4另一端接地，C5另一端接A，按调幅实验中实验内容21的条件获得调制度分别为MA30，MA100及MA100的调幅波。将它们依次加至解调器V