通信电子电路实验讲义(2012)完全版

1、通信电子电路实验实验讲义2012修正高频电路实验代前言本实验讲义是为配合清华大学TPEGP2型高频电路实验学习机专门编写的。多年前，学校电子技术实验室购买了几十台TPEGP2学习机供学生做高频实验，但是，始终没有与之配套的实验讲义。结合我校实验室现有实验条件和实验教学时间的需要，特地编写高频电子线路实验讲义09版。实验一高频小信号调谐放大器（实验版G1）、实验二高频谐振功率放大器（实验版G2）是一类、实验三LC振荡和石英晶体振荡（实验版G1）都是单独实验；实验四振幅调制与解调（实验版G3）、实验五变容二极管调频振荡器（G4）、实验六集成电路压控振荡器构成的频率调制与解调（实验版G5），都是含有

2、调制解调内容，是复合实验。这样的实验安排涵盖了高频电路教学的主要内容。本学期（2012秋）新购入扫频仪，所以再次修订实验讲义。在此，特别感谢06、07、08、09级电子信息科学与技术专业学生。正是通过他们的使用，使本教材得到不断改进与完善。TPEGP2型高频电路实验学习机说明 1 技术性能11 电源：输入AC220V；输出DCV+5V、-5V、+12V、-12V，最大输出电流200mA12 信号源：（函数信号发生器）输出波形：有方波、三角波、正弦波幅 值：正弦波 VP-P ：014V（14V为峰峰值，且正负对称）方 波 VP-P ：024V（24V为峰峰值，且正负对称）三角波 VP-P ：02

3、4V（24V为峰峰值，且正负对称） 频率范围：分四档220Hz、20200Hz、2002KHz、2K20KHz13 电路实验板：备有五块实验板，可完成11项高频电路实验。2 使用方法11 将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮。12 使用实验专用电导线进行连线。13 实验时先阅读实验指导书，然后按照实验电路接好连线，检查无误后再接通主电源。特别注意：电源极性不可以接反。附录：BT-3D型扫频仪使用说明1300MHz扫频仪主要技术参数扫频范围：1300MHz扫频频偏：全扫 1300MHz，中心频率为150MHz；窄扫 中心频率300MHz，扫频宽度140MHz连续可调点频（C

4、W）1300MHz范围内连续可调，输出正弦波扫频线性：不大于1:1.2输出电压：1300MHz范围内0.5V10%输出平坦度：1300MHz范围内0dB衰减时全频段优于0.25dB输出衰减器：粗衰减器10dB7步进，电控，数字显示；细衰减器 1dB9步进，电控，数字显示输出阻抗：75频率标记：50MHz、10MHz/1MHz复合及外接，共三种；外接频标灵敏度小于300mV 2面板布置说明2.1 前面板部分，见图1前面板部分： 显示器：采用大屏幕显示器，显示待测网络的幅频特性曲线。 电源开关（POWER） Y增益：用于调节Y轴输入信号幅度的大小。 Y移位：调节该旋钮，可使扫描线上下移动。 亮度：

5、用来调节扫描线的亮度。 Y输入：通常接检波探头的输出端。 输入方式：+/-键，弹出为“-”极性；1/10键，弹出为 “1”，Y轴输入不衰减；AC/DC键：弹出为“AC”测量，按下为“DC”测量。 中心频率调节： 频标方式：50档为50MHz频标，按下有效；10/1档为10MHz和1MHz组合频标，按下有效；外接档，按下此键，显示器上频标会全部消失。 频标幅度调节旋钮： 扫频方式：为全扫、窄扫、CW（点频）三档转换键。 扫频宽度调节旋钮： 输出衰减：为电控粗细衰减组合形式“10”为粗衰减器，10dB7步进，衰减范围：070 dB；“1”为细衰减器，衰减范围:09dB。 RF输出（75）：扫频信号

6、的输出端。 外接频标：该插座应和“频标方式”中的“外接”键配合使用。 输出衰减dB：显示两位输出dB值。2.2 后面板部分： X轴位移，调节该旋钮，可使扫描线左右移动。 X幅度，调节该旋钮，可改变扫描线在水平方向上的幅度。3使用方法说明3.1连接连接方法见图3，将RF扫频输出口接滤波器输出口。显示方式置于DC，倍率1，调Y位移（图1的）使基线与底格重合，Y增益调至5div，选择适当扫频宽度进行测量。直读频标，确定滤波器带宽，用细衰减器确定带内波动量以及插入损耗dB值。用粗衰减器确定带外衰减dB值。3.2有源放大器、高频电路的测量连接方法同上。对有源网络的测量应注意隔直流。注意通过检波器的信号不

7、可大于3V，以免损伤检波器。有源放大器一般测量指标有增益值、3dB带宽、带内波动、带外衰减、中心频率等幅频参量。3.2.1 3dB带宽的确定。在不限幅的情况下，假定被测设备所显示的包络图形Y轴最大幅度为0dB，用仪器的细衰减衰减3dB后，图形位置改变，用频标即可确定3dB带宽。3.2.2 带内波动、带外衰减、增益dB值测量方法 带内波动和衰减值可用粗、细衰减器协调动作，曲线的高位置点和低位置点之差既是。 增益值：将扫频输出经检波后显示的图形位置和接入放大器后显示的图形位置比较，其dB差值既是。注意，基扫线位置不动、Y增益和倍率不动。3.2.3 中心频率和频率范围由频标直接读出。实验一 单调谐高

8、频小信号放大电路一、预习内容1单调谐高频小信号放大电路工作原理。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。3了解LC并联谐振回路的中心频率 fo、品质因数QL的计算方法。二、目的要求1熟悉电子元件和高频电路实验箱。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，从而了解频带扩展。4熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。三、实验仪器 高频电路实验箱（G1实验板）、高频信号发生器、扫频仪、示波器、万用电表。四、实验内容实验电路在图1 图1-1单调谐高频小信号放大电路原理图1 正确连接实验电路，将R1、R2元件参数在图上标明。分别接入

9、1k、500k、2k电阻到Re位置，用万用表量出放大器静态工作点电压，填入表1-1。表1-1Re放大器静态工作点电压根据VCE判断晶体管是否工作在放大区VBVEVCE计算IE2k1k500k2取Re=1k，让晶体管保持在放大区工作，进行放大器动态研究。（1）调试并联谐振回路的中心频率到10.7MHz。将高频信号发生器的输出端接到放大器的输入端，调整Vip-p的峰峰值为300 mV，RL悬空，放大器的输出端接到示波器。调整信号发生器的频率到10.7MHz，反复调试CT，使输出信号达最大，记录此时最大输出电压峰峰值Vomax。（2）在谐振点上，测量放大器的动态范围。调节Vip-p由50mV800m

10、V，逐点测量输出电压的大小，并填入表1-2。另外，在做图纸上画出Vip-p=300mV时的输出电压Vop-p(V)波形（要求时间轴对齐）。表1-2RL=75R=10kVip-p(mV) 50100180300500600800 Vop-p(V)Au=Vo/Vi（3）用扫频仪测量回路谐振曲线。保持回路谐振在10.7MHz上。将扫频仪的射频输出端接到电路输入端，电路输出接到扫频仪输入端。观察并绘制出回路谐振曲线。（4）测量放大器的频率特性。回路谐振在10.7MHz上。选（用于展宽通频带的回路电阻）R=10k，保持高频信号发生器输出信号幅度在180mV不变。调节信号频率在10.7MHz两边逐点变动，

11、测量不同频率时电路输出电压的大小，并填入表1-3中。(5) 改变回路电阻R分别为2k和470，重复（4）测量步骤，并填入表1-3中。表1-3 （输入信号Vip-p=180mV）f(MHz)78.59.710.7121416Vop-p(V)R=10kR=2kR=470R=2K时计算电压增益AU（AU=Vo/Vi）五、实验报告1列出本实验所用仪器设备名称，画出实验电路，写出实验目的。 2画出实验电路的直流和交流等效电路，计算直流工作点，并与实验数据比较。3真实记录并画出实验（4）不同输入时输出波形。4分析整理实验数据，确认所有实验电路元件参数值，根据扫频仪测试绘出电压增益AU-f（幅频）特性曲线。

12、实验二 高频功率放大器（丙类）一、预习内容复习谐振功率放大器的基本工作原理，分析实验电路中各元器件作用。二、目的要求1了解丙类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Vcc与集电极负载对功率放大器输出功率和效率的影响。三、实验仪器 高频电路实验箱（G2实验板）、高频信号发生器、扫频仪、示波器、万用电表、毫伏表。四、实验内容1按丙类功放图2-1正确连接+12V电源，并将C、D两端短接，利用扫频仪调好回路谐振频率，逐级调整CT值，使回路谐振在6.5MHz频率上。 图2-1 高频谐振功率放大器实验电路图 2静态工作点测量。用万用表直流挡测量各级三极管的静态电压，计算各

13、级电流值，并记录到表2-1中。3输出功率与负载、输入信号、（以及不同的VCC电源电压*）之间的关系。（1）用示波器调整并监视高频信号发生器的输出电压，将电路中C、D两端用导线连接。按照表2-2给出的实验条件，测量实验电路的输入、输出电压峰-峰值，记录在表2-2中。表中，Vi2是晶体管V2的输入信号（A点），Vi3则是V3的输入信号（B点），参见图2-1。将万用表打到直流电流挡，将表笔接到电路C、D两端，读出Ico值。表2-1VCC=12V万 用 表 实 测 值（单位：V）计算值(单位：mA)VB1VE1VCE1VB2VE2VCE2VB3VE3VCE3IE1IE2IE3Vi=0C、D断开输入fi

14、=6.5MHzVip-p=100mVCD短接,RL=120表2-2VCC=12V， 实 测 值实测计算值Vi2p-pVi3p-pVop-pIcoIoPoPV输入信号fi = 6.5MHz Vip-p=120mVRL=51RL=75RL=120Vip-p=70mVRL=51RL=75RL=120fi = 8.5MHz Vip-p=120mVRL=75（2）见表2-2。在fi = 6.5MHz、Vip-p=120mV、RL=120条件下，用示波器逐点显示输入端IN、A点、B点、M点以及输出端OUT的波形图，并在作图纸上画出（要求各波形的时间轴对齐）。说明：表2-2中，Vip-p、Vi2p-p、Vi

15、3p-p、Vop-p都是电压的峰-峰值。Io表示输出电流的有效值，Io=0.5*0.707*（Vop-p/RL） ）； Po表示输出功率，Po=（Vop-p2/RL）/8 ；Pv表示电源功率，Pv=IcoVCC .c=Po/Pv五、实验报告1列出本实验所用仪器设备名称，画出实验电路，写出实验目的。2根据实验测量结果，计算各种情况下Io、Po、Pv、c，填入表2-2中。3根据实验（2）内容，将图2-1电路中的CD短接,负载RL接120。当输入信号取值fi=6.5MHz，Vip-p=120mV时，绘出双踪示波器上的输入、输出波形及A、B、M点波形。4根据实验结果，分析当输入信号频率远高于回路谐振频

16、率时，输出信号的波形和输出功率的变动情况及变动的原因。实验三 正弦波振荡器一、预习内容1复习LC电容反馈式三点式振荡器电路的工作原理。2复习石英晶体振荡器工作原理。二、目的要求1掌握LC电容反馈式三点式振荡器电路设计及参数计算。2掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。3熟悉并联型石英晶体振荡器电路。三、实验仪器高频电路实验箱（G1实验板）、频率计、双踪示波器、万用电表。四、实验内容 LC电容反馈式三点式振荡器实验电路见图3-1；并联型石英晶体振荡器实验电路参见图3-2。1静态工作点的设置。（1） 正确可靠地连接+12V直流电和地线。（2） 电容C接好，C断开，其它元件照电路图3-1接。示波器输入

17、端接到实验电路输出端，观察振荡器停振时的情况。（3） 用万用表测量晶体管发射极VE的电压值。改变偏置电阻RP值， VE可连续变化。记录VE最大值VEmax，并求出此时发射极电流值IEmax。2振荡频率与振荡幅度的测试（1）调节RP，使静态工作点VEQ=2V，或者说IEQ=2mA。取C=120pF、C=680pF、R=110k，可靠接入。（2）将CT分别接电容50pF、100pF、150pF。用示波器和频率计监视对应的输出信号电压和频率，并填入表31。 表31CTVOP-PfO(MHz)计算fO(MHz)50pF100pF150pFfO(MHz)=1/2（LC） 式中，C=1/1/C+1/C+1

18、/CT3频率稳定度的影响（1）谐振回路参数固定不变时，改变并联在L上的电阻R使得等效品质因数Q值变化。通过实验，观察Q对振荡频率稳定度的影响。实验元件变动：C=100pF、C=120pF、CT=100pF，调节RP，使IEQ=3mA，此时回路的谐振频率是6.5MHz。改变R，使其分别为110k、10k、1k，分别记录电路的振荡频率，填入表32。R110k10k1kf(MHz)表32（2）回路参数及Q值不变，改变IEQ，观察其对振荡频率稳定度的影响。实验条件：C=100pF、C=120pF，R=110k,调节RP，使IEQ=3mA，振荡频率是6.5MHz。表3 3调节RP，使IEQ分别表3 3I

19、EQ(mA)1234f(MHz)所标示各值。测出对应振荡频率，填入表中。4石英晶体振荡器及其稳定度的测量连接好如图3-2所示实验电路+12V电源线和地线。（1）调节RP，使VE=3.5V，计算出IEQ等于多少。（2）用示波器测量信号频率f及输出电压Vo。（3）改变R，使其分别取值110k、10k、1k，测量并记录电路振汇频率，填入表34中。R110k10k1kf(MHz)表34四、实验报告1列出本实验所用仪器设备名称，画出实验电路，写出实验目的。2画出实验电路的直流与交流等效电路，整理实验数据，填写各实验表格。3根据表3-1数据，分析实验结果和计算结果误差是怎么造成的。4根据实验内容3，分析Q

20、值和静态工作电流IEQ对频率稳定度的影响是怎么产生的？5晶体振荡器振荡频率为什么较少受负载影响？实验四 振幅调制器与解调器一、预习内容1了解模拟乘法器集成电路MC1496。2预习幅度调制器的相关知识。3分析全载波调幅及抑制载波调幅信号，并绘出它们的频谱图。4掌握用集成电路实现振幅调制与解调的方法。二、目的要求掌握用模拟乘法器MC1496实现全载波双边带调幅的方法与过程；了解调幅系数ma的物理意义、掌握ma的计算方法；通过观察实验中波形的变换，学习分析实验现象。三、实验仪器高频电路实验箱（G3实验板）、高频信号发生器、双踪示波器、万用表。四、集成模拟乘法器内部电路说明 幅度调制就是高频载波的振幅

21、受调制信号控制作周期性的变化，变化周期与调制信号周期相同，既载波振幅变化与低频调制信号振幅成正比。本实验采用集成模拟乘法器MC1496来构成调幅器。图4-1为MC1496内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路。电路由两组差分对V1V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5、V6又组成一对差分电路，因此，恒流源的控制电压可正可负，实现四象限工作。图4-1中，D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。 五、振幅调制器的实验内容与步骤实验电路见图4-2。进行调幅时，载波信号加在V1V4的输入端，即引脚的、之间；调制信号加在V5、V6的输入端，即引脚的、之间；、脚外接1K电阻

22、，以扩大调制信号的动态范围；已调制信号取自双差动放大器的两集电极输出端，即引脚、之间。1直流调制特性测量 步骤一，使载波输入端平衡。在调制信号输入端IN2加上峰峰值为200mV、频率为1KHz的正弦信号，调节RP2电位器，使得输出端输出信号最小，以达到载波输入端平衡的目的，然后去掉输入信号。 步骤二，在载波输入端IN1加上峰峰值为60mV、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UAB=0.1V为步长，记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰峰值电压， 注意观察相位变化。根据公式UO=KUABUC（t）计算出系数K值，填入表41。表

23、41UABUO(p-p)K传输系数 K= UO(p-p)/ UAB * Uc(p-p)（载波）2实现全载波调幅（1）调节RP1，使UAB =0.1V，将低频调制信号US(t)= USMsin2103t(mV)接到输入端IN2上。在实验记录纸上画出USM分别为200mV和100mV时的调幅波形（记录需标明峰峰值UOmax与谷谷值Uomin），并分别算出调幅度ma。ma =(UOmax -Uomin)/ (UOmax +Uomin)（2）载波信号UC（t）不变，将调制信号改成幅值为100mV的方波，调节RP1，观察并记录UAM分别等于0V、0.1V、0.15V时对应的UAM（t）波形。六、二极管检

24、波器的实验内容式中，ma为调幅系数，fo为载波频率，=2F为调制信号角频率。二极管包洛检波器实验电路见图4-3。电路主要由二极管D和RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程实现检波。RC时间常数的选择对检出信号失真的影响很大。RC过大，会产生对角线失真；RC太小，高频分量滤波会不干净。综合考虑，RC应满足下式： 1 解调全载波调幅信号（1）输入端接调幅波实验的全载波调幅输出端。输出端接示波器。（2）载波信号频率分别为1MHz、100KHz，调幅度分别为30%和100%情况下，选择好C值，调整好图4-2实验的输出信号。表4.2载波信号频率调幅系数ma电容C（C1+C

25、2）输出波形图1MHz0.31MHz11MHz0.31MHz1七、实验报告1列出本实验所用仪器设备名称，画出主要元器件1496和实验电路，写出实验目的。2整理实验数据，根据表41数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。3画出实验中2和3要求的的全部波形。4画出100%调幅波形及抑制双边带调幅波形，比较两者区别。5根据实验数据，填写表4.2，并对二极管检波做个简单扼要的小结。实验五 变容二极管调频振荡器一、 实验目的1 了解变容二极管调频电路原理及构成。2 了解调频器调制特性及测量方法。3 观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法。二、 预习内容1 复习变容二极管的非线性特性，及变容二极管调频振荡

26、器调制特性。2 复习角度调制的原理和变容二极管调频电路有关资料。三、 实验仪器设备实验板G4、双踪示波器、频率计、扫频仪、万用表、。四、 实验内容实验电路如图5-1。 图5-1 变容二极管构成的调频振荡器（实验板G4电路图）1 静态调制特性测量输入端不接音频信号（Ed悬空）。将频率计接到调频器的F端。C3（100pF）电容分接与不接两种情况。调整Rp1，使得Ed=4V时，fo=6.5MHz。重新调整Rp1，使Ed在0.58V范围内变化，将对应的振荡频率填入表5-1。表5-1 Ed（V）0.512345678fo(MHz)接C3不接C32 动态测试实验条件：用G4实验板上的相位鉴频器作辅助测试。

27、具体操作是：21 用扫频仪调整鉴频器的频率特性。 图5-2 G4板相位鉴频器电路 将图5-2中E、F、G接点分别与半可调电容CT1（C5）、CT2（C8）、CT3（C9）连接。将扫频仪输出信号接入相位鉴频器电路输入端IN，其输出信号不宜大，一般用30dB衰减，扫频频标用外频标，采用高频信号发生器做标源，标源频率调到6.5MHz。 调整鉴频特性S型。扫频仪输入探头改用双夹子电缆线，接至鉴频器输出端OUT即可看到S型曲线，参见图5-3。如果曲线不理想，可适当调CT1使得上下对称；调CT2使得曲线中心fo在6.5MHz；调CT3使得曲线中心fo附近线形良好。调好后，记录上、下两峰点频率和幅度，既fmin、fmax、Vn、Vm、fo的值。3 22调频振荡器动态测试（1） C3不接，调Rp1，使Ed=4V、调Rp2，使fo=6.5MHz。自IN端口输入频率为2kHz的音频信号Va，输出端接至相位鉴频器的（IN）端，在相位鉴频器输出端观察Va调频波上下