通信电子电路实验讲义20130925(学生版)

1、通信电子电路实验讲义电工电子实验教学中心2013年9月DS2012高频（通信）电子电路实验系统概述通信电子电路课程主要介绍无线/有线通信系统的关键技术及电路。课程内容包括：高频功率放大器电路；高频小信号调谐放大器电路；正弦波振荡器电路（包括LC振荡器和石英晶体振荡器）；幅度调制和解调（检波）电路；频率调制和解调电路；混频器理论及电路；自动增益控制(AGC)电路；模拟锁相环理论及电路等等。DS2012高频（通信）电子电路实验系统围绕以上电路提供实验方法，实验电路典型、实用，模块设计合理，实验内容涵盖了通信电子电路课程的关键知识点，完全可满足通信电子电路理论和实践的教学要求。DS2012高频（通信

2、）电子电路实验系统设计的功能模块包括：（1）多级高频小信号调谐放大器实验电路（2）正弦波振荡器实验电路 (包括LC三点式振荡器和石英晶体振荡器)。（3）幅度调制和解调实验电路（包括乘法器AM调制和乘法器DSB调制；二极管包络检波器）；（4）频率调制和解调实验电路（包括变容二极管调频电路；乘积型相位鉴频器电路）；（5）混频器实验电路（包括集成乘法器混频器；低通滤波器电路）；（6）模拟锁相环实验电路（包括锁相倍频、程序分频电路）；（7）无线调频发射机实验电路（包括单芯片调频电路；分立元件实现丙类功率放大器及天线电路）；（8）无线调频接收机实验电路（包括单芯片调频接收/解调电路；分立元件实现音频放大

3、驱动及数据接收电路）；实验项目的设置和实验指导书的编写主要参考了近期出版的面向21世纪课程教材“通信电子线路”；中等专业学校电子信息教材“高频电子线路”，高等职业技术电子信息类教材“高频电子技术”等教材。DS2012实验系统布局示意图见图1。实验系统使用应注意：（1） 每个功能模块都装有开关单独控制电源。按下开关，指示灯亮，表示模块电源接通；（2）实验系统中所有跳线开关用于电路参数选择；（3）实验需外配仪器：DG1022双函数信号发生器；40MHz以上双踪示波器；双路直流稳压电源；万用表；条件允许可选配频谱分析仪图1 DS2012实验系统布局示意图仪表使用练习1、 熟悉RIGOL DG1022

4、函数任意波形发生器、RIGOL DS1052E数字示波器和视频毫伏表的使用方法；2、 调节函数发生器，用示波器观察并记录相应波形（请标明幅度和周期）A：正弦波 频率f10KHz，幅度UOPP1V；B：正弦波 频率f500KHz，幅度UOPP30mV；C：方波 频率f5KHz，幅度UOPP3V，正峰值2V，负峰值1V；D：脉冲波 频率f20KHz，幅度UOPP1V，占空比30。E：函数信号发生器双通道输出CH1通道：三角波，频率f1KHz，幅度UOPP30mV；CH2通道：正弦波，频率f10KHz，幅度UOPP100mV；示波器双踪稳定显示两路波形。F：调幅波 载频：正弦波，频率f10KHz，幅

5、度UOPP1V，调制信号f1KHz （1）、采用内调制方式，调制信号为正弦波，改变调制深度，观察调幅波的变化情况； （2）、采用外调制方式，调制信号分别为三角波和方波，改变调制信号的频率和幅度，观察调幅波的变化情况； （3）、采用内调制方式，改变调制深度，记录调制度m30和m100时的波形。G：调频波 载频：正弦波，频率f10KHz；采用内调制方式，调制信号：正弦波，频率f1KHz，调节调频信号的频偏为500Hz，观察调频波的变化情况。3、 调节函数信号发生器，用视频毫伏表测量下列信号的电压值。A：正弦波 频率f10KHz，幅度UOPP30mV；B：正弦波 频率f500KHz，幅度UOPP10

6、0mV；C：正弦波 频率f6.5MHz，幅度UOPP1V。实验一 高频小信号调谐放大器一 实验目的11掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；12掌握高频小信号调谐放大器的调试方法；13掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试。二 实验仪器21 频率特性分析仪（可选） 一台22 DG1022双函数信号发生器 一台23 40MHz双踪示波器 一台24 高频交流电压表 一台25 万用表 一台26 调试工具 一件三 实验原理与电路31高频小信号调谐放大器简介及主要技术参数高频小信号调谐放大器通常是指窄带接收机中的射频放大器和混频后的中频放大器。这些高频放大器应具有一定

7、增益和频率选择特性。主要技术参数如下：1) 增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力，常用分贝（dB）表示。若放大器的输入电压记为Ui ，放大器的输出电压记为Uo，则放大器的电压放大倍数A=Uo/Ui。用dB表示即A（dB）=20LogUo/Ui。2) 通频带和选择性图1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线单调谐放大器的频率特性如图1所示。通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围为高频放大器的通频带，用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性，通常引入另一参数矩形系数K0.1，它定义为 （1）式中，B0.1为相对放大倍数下降到0.1处的带宽，如图1所示。显

8、然，矩形系数越小，选择性越好，其抑制邻近无用信号的能力就越强。3) 稳定性电路稳定是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频调谐放大器，当电路参数随外部条件因素发生变化时，会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变。特别是随着工作频率的提高且增益较高时，晶体管内部反馈和寄生反馈较强，很容易产生自激。因此，必须采取多种措施来保证电路的稳定，如合理地设计电路、限制每级的增益和采取必要的工艺措施（良好的接地及直流馈电）等。4) 噪声系数 为了提高接收机的灵敏度，必须设法降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成，降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此，在设计前级放大器时，要求采用

9、低噪声器件，合理地设置工作电流等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。32高频小信号调谐放大器的电路原理和设计方法 321实验电路和基本工作原理 图2 高频小信号放大器实验电原理图实验电路如图2所示。该电路是高频晶体管调谐放大器，电路分为三级，前两级为共发射极单调谐回路调谐放大器，每级电路形式及电路参数相同；第三级为晶体管射极跟随器。每级放大器均采用分压式直流偏置电路。前两级放大器采用LC并联谐振电路作为集电极负载因此具有选频特性。第三级为晶体管射极跟随器，它隔离了放大器和输出负载并提供了一定的高频输出电流以驱动负载电路。整个放大器采用5V供电。322主要技术指标：1谐振频率f05MH

10、z2谐振电压放大倍数AV40-45dB3通频带B0.7300KHz4矩形系数K0.110主要元件选用：调谐线圈L1和L2采用电视伴音线圈3218，N=24匝，晶体管Q1和Q2选用2SC9018，其fT 高达800MHz，为电路消除自激采用必要的负反馈技术留有充分的余地。晶体管射极跟随器Q3选用截止频率较低的2SC9013。323电路设计：由于第一级放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ1一般选取2-5mA为宜，电路中取IEQ1=3.5mA，UBQ1=3.5V，UEQ1=4.2V。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。为了消除电路自激现象，采用交/直流射极负反馈技术，交流负反馈电阻为1

11、0。为改善高频带外抑制，采用RC带通滤波器R7, C4以增加带外衰减。输入高频小信号由Y1加入，TP1为第一级放大器输出测试点，f05MHz,电压增益AV1约25 dB。第二级放大器工作电流ICQ2一般选取4-8mA为宜，电路中取IEQ2=5mA，UBQ2=3.5V，UEQ2=4.2V。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。为了消除电路自激现象，采用交/直流射极负反馈技术，交流负反馈电阻为10。为改善高频带外抑制，采用RC带通滤波器R11, C7以增加带外衰减。TP2为第二级放大器输出测试点，f05MHz,电压增益AV2约20 dB。第三级放大器为射极跟随器，由于信号幅度较大，工作电流IEQ3一

12、般选取810mA为宜，电路中取IEQ3=10mA，UBQ3=2.5V，UEQ3=3.2V。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。Y2为第三级放大器输出测试点，f05MHz, 总电压增益AV40-45dB。直流馈电采用LC低通网络供电，为防止高频信号通过电源进行反馈，采用从输出级向前级馈电的方法。四 实验内容电路调试应先静态后动态，即先测试静态工作点，然后再调节谐振回路。41按下开关S1，接通5V电源，绿色LED（D1）亮。42测试晶体管的静态工作点不加输入交流信号, 用万用表直流电压档（10V档）测量三个晶体管基极、发射极和集电极的电压（VBQ1 、VEQ1和VCQ1 ；VBQ2 、VEQ2和V

13、CQ2 ；VBQ3 、VEQ3和VCQ3 ）；将上述测量结果填入表1：表1 测量点 VBQ1 VEQ1 VCQ1 VBQ2 VEQ2 VCQ2 VBQ3 VEQ3 VCQ3直流电压（V） 43调谐第一级放大器的谐振回路使它谐振在5MHz方法一：用频率特性分析仪的扫频信号输出和检测探头，分别接电路的输入端Y1及输出端TP1，频率特性分析仪的中心频率为5MHz，扫频宽度为2MHz，输出幅度为100mVp-p。当显示屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”时，使用配套工具慢慢旋动调谐线圈L1的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！），使中心频率f0=5MHz所对应的幅值最大。方法二：如果没有频率特性分析仪，也

14、可用示波器来观察调谐过程。在Y1处由信号源提供频率为5MHz的正弦波，输出幅度为100mVp-p。用示波器探头在TP1处测试（在示波器上看到的是正弦波），慢慢旋动调谐线圈L1的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！）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）。4.4测量电压增益AV1可以由示波器或交流电压表进行测量。用示波器或交流电压表测量Y1输入信号的幅度（峰峰值或有效值），记为Ui。测量TP1输出信号的幅度（峰峰值或有效值），记为Uo1。则第一级放大器的电压放大倍数AV1=Uo1/Ui。4.5 调谐放大器性能指标统调步骤一：调谐第二级放大器的谐振回路使它谐振在5MHz方法

15、一：用频率特性分析仪的扫频信号输出和检测探头，分别接电路的输入端Y1及输出端Y2，频率特性分析仪的中心频率为5MHz，扫频宽度为2MHz，输出幅度为20mVp-p。当显示屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”时，使用配套工具慢慢旋动调谐线圈L2的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！），使中心频率f0=5MHz所对应的幅值最大。方法二：如果没有频率特性分析仪，也可用示波器来观察调谐过程。在Y1处由信号源提供频率为5MHz的正弦波，输出幅度为20mVp-p。用示波器探头在输出端Y2处测试（在示波器上看到的是正弦波），慢慢旋动调谐线圈L2的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！）使示波器波形最大（即调好后，磁芯不

16、论往上或往下旋转，波形幅度都减小）。步骤二：测量通频带B0.7方法一：用频率特性分析仪的扫频信号输出和检测探头，分别接电路的输入端Y1及输出端Y2，频率特性分析仪的中心频率为5MHz，扫频宽度为1MHz，输出幅度为20mVp-p。当显示屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”时，测出其曲线下降3dB处两对称点在横轴上占有的宽度，可以近似算出放大器的通频带B0.7。方法二：如果没有频率特性分析仪，也可用示波器来观察通频带B0.7。在Y1处由信号源提供频率为5MHz的正弦波，输出幅度为20mVp-p。用示波器探头在Y2处测试（在示波器上看到的是正弦波），记录此时放大器输出幅度；然后连续降低信号源频率

17、为f1，记录此时放大器输出幅度为5MHz时的0.707；接着连续增加信号源频率为f2，记录此时放大器输出幅度也为5MHz时的0.707；可以近似算出放大器的通频带B0.7=f2-f1。若放大器的“幅频谐振特性曲线”对称性较差时，可以适当调节调谐线圈L1和L2的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！），使放大器的“幅频谐振特性曲线”对称性得到改善 (中心频率f0=5MHz所对应的幅值依然保持最大)。步骤三：测量放大器的选择性方法一：用频率特性分析仪的扫频信号输出和检测探头，分别接电路的输入端Y1及输出端Y2，频率特性分析仪的中心频率为5MHz，扫频宽度为1MHz，输出幅度为20mVp-p。当显示屏上显示

18、出放大器的“幅频谐振特性曲线”时，测出其曲线下降20dB处两对称点在横轴上占有的宽度，可以近似算出放大器的B0.1 。根据公式（1）可以得出K0.1。 方法二：如果没有频率特性分析仪，也可用示波器来观察放大器的矩形系数K0.1。在Y1处由信号源提供频率为5MHz的正弦波，输出幅度为20mVp-p。用示波器探头在Y2处测试（在示波器上看到的是正弦波），记录此时放大器输出幅度；然后连续降低信号源频率为f1，记录此时放大器输出幅度为5MHz时的0.1；接着连续增加信号源频率为f2，记录此时放大器输出幅度也为5MHz时的0.1；可以近似算出放大器的通频带B0.1=f2-f1, 同样可以计算出测量放大器

19、的矩形系数K0.1。步骤四：测量放大器的总电压增益AV可以由示波器或交流电压表进行测量。用示波器或交流电压表测量Y1 输入信号的幅度（峰峰值或有效值），记为Ui 。测量Y2 输出信号的幅度（峰峰值或有效值），记为Uo，则放大器的总电压放大倍数AV=Uo/Ui（用交流电压表进行测量时要注意输出信号不能有明显的失真，否则测量结果误差较大）。 注意：由于处于高频区，存在各种分布参数的影响，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。测试时要保证接地良好。五 实验报告要求51写明实验题目、实验目的。绘制实验电路；52制作

20、直流工作点表1并填入相关数据53用方格纸画出幅频特性曲线。54整理实验所测得的数据，并用所学理论加以分析。思考题：1如何判断实验中是否出现自激现象？2本实验电路采取了哪些消除自激方法？若解决的不彻底还有哪些方法可用？实验二 正弦波振荡器一 实验目的11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。12掌握晶体振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。13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高的原因理解。二 实验仪器21 DG1022双函数信号发生器 一台22 40MHz双踪示波器 一台23 高频交流电压表 一台24 万用表 一台25 调试工具 一件26

21、频谱分析仪（选配） 一台三 实验原理与电路31正弦波振荡器原理高频反馈式正弦波振荡器有RC、LC和晶体振荡器三种形式，本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器和并联型晶体振荡器。LC三点式振荡器的基本电路如图1所示：图1 三点式振荡器的基本电路根据振荡器起振的相位平衡条件，图1(a)中构成振荡电路的三个电抗中间，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，若X1和X2均为容抗，X3为感抗，则为电容三点式振荡电路（如图1(b)）；若X2和X1均为感抗，X3为容抗，则为电感三点式振荡器（如图1(c)）。下面以电容三点式振荡器为例分析其原理。图2电容三点式振荡器共基极电容三点式振荡器的基

22、本电路如图2所示。由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。该振荡器的工作角频率g:为：反馈系数F为：若要它产生正弦波，必须满足振幅起振条件，即： AF1 式中A为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益。只要求出A和F值，便可知道电路有关参数与它的关系。通过对起振条件分析可知，晶体管的静态工作点电流IEQ越大，gm、A越大，振荡器越容易起振；RL越大、RE越大越容易起振；而F应有一个适当的数值，太小不容易起振，太大也不容易起振。一个实际的晶体管振荡电路，在F确定之后，其振幅

23、的增加主要是靠提高振荡管的电流放大倍数和静态电流值ICQ。但是如静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真，严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般ICQ=0.5mA-2mA。频率稳定度是振荡器的一项十分重要技术指标，这表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。若频率稳定度用S表示，则S=f/ f0这里，f为频率变化量，f0为振荡频率标称值。改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振

24、荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力。提高振荡回路的频率选择能力主要是提高振荡回路的Q值，其中回路电感的材料和制作工艺起了很大的作用。其次还需要很好地隔离振荡回路的负载，采用部分接入的方法或应用阻抗变换器都是常用的方法。不稳定的晶体管（振荡管）极间电容和分布电容对振荡频率的也会造成影响。因此在设计振荡器时需要很好地选择振荡管以及振荡器的工作状态。振荡器的频率稳定度还受温度、电源等外界因素的影响，因此要改善振荡器频率稳定度还需要很好地设计电源馈电电路，采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容以实现温度补偿作用等等。石英晶

25、体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效电感Lq很大，等效电容Cq很小，因此晶体Q值往往可达到十万百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。通常LC振荡器的频率稳定度S为10-2 至10-3 左右，而晶体振荡器的频率稳定度S可高达 10-5以上。32改进电容三点式/并联晶体振荡器实验电路的原理和设计方法321实验电路和基本工作原理 图3改进电容三点式/并联晶体振荡器实验电原理图实验电路如图3所示。该电路是共基极电容三点式/并联晶体振荡器，其中通过跳线J1的选择可以实现LC振荡器或晶体振荡器。电路分为三级，第一级为共基极电容三点式/并联晶体振荡器主振电路；第二级

26、为晶体管射极跟随器；第三级为晶体管共射极放大器，每级放大器均采用分压式直流偏置电路。主振电路中振荡回路电抗元件为L1、C4、C5、C6、C12, 构成改进电容三点式振荡器；将L1替换为晶体，即构成并联型晶体振荡器。第二级为晶体管射极跟随器，它隔离了振荡器和输出负载。第三级为晶体管共射极放大器，它提高了振荡器输出电压幅度。整个振荡器电路采用+5V供电。322主要技术指标：1振荡器工作频率f06MHz2振荡器输出电压幅度3Vp-p3振荡器工作频率准确度S LC振荡器 优于510-3晶体振荡器 优于210-54正弦波失真度 优于5%主要元件选用：振荡回路电感L1采用电视伴音线圈3218，电感量约10

27、-30uH；石英晶体X1选用6MHz 基频晶体；振荡管Q1、隔离级晶体管Q2均为2SC9013(其fT 约150MHz)、输出放大管Q3为2SC9018(其fT 约800MHz)，（根据经验，为了改善正弦波振荡器的失真，振荡管的fT 不宜过高,而输出放大器由于幅度较大，放大管的fT 可以高一些）。323电路设计：主振电路设计：主振电路工作电流ICQ1一般选取0.5-2mA为宜，电路中取ICQ1=1mA，UBQ1=1.5V，UEQ1=0.8V。为了容易起振；选取了较大的R4、R5。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。确定振荡回路电抗元件L1、C4、C5、C6、C12：设计反馈系数F为0.4，根据

28、振荡器工作频率范围，确定C5和C4取值范围约几百pF根据公式： 可以确定C4为470pF，C5为330pF。再根据公式： 若f0=6MHz，设L110H，则 由于C=（C4C5C6）+C12，本电路选取C6为100p，则C4C5C6约为66pF，可以得到C12约为4pF。本实验电路中C12为0-20p（可选），当C12为0p（开路）时，电路为改进电容三点式振荡器（科拉泼振荡器）。（实际上由于高频电路的分布电容的影响，理论计算值往往误差较大，电路中往往需要要可调元件，本实验采用的是可调电感）。对于并联型晶体振荡器，只需和晶体串联一可调电容进行微调即可。可调电容取值约为520p合适。射极跟随器设计

29、：第二级放大器为射极跟随器，工作电流IEQ2选取8-10mA为宜，电路中取IEQ2=8mA，UBQ2=1.8V，UEQ2=1.2V。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。TP1为振荡器输出测试点，f06MHz, 输出电压幅度约2Vp-p。输出放大器设计：第三级放大器为晶体管共射放大器，它提高了振荡器输出电压幅度。工作电流ICQ3一般选取2-8mA为宜，电路中取ICQ3=5mA，UBQ3=1.6V，UEQ3=1V。耦合电容和旁路电容取值均为0.1F。放大器输出端为Y1。四 实验内容电路调试应先静态后动态，即先测试静态工作点，然后再测试交流参数。4.1 按下开关S1，接通+5V电源，红色LED（D1

30、)亮。4.2 测试晶体管的静态工作点：将跳线J1取出（振荡器停振），用万用表直流电压档（10V档）测量三个晶体管基极、发射极和集电极的电压（VBQ1 、VEQ1和VCQ1 ；VBQ2 、VEQ2和VCQ2 ；VBQ3 、VEQ3和VCQ3 ），将上述测量结果填入表1：表1 测量点 VBQ1 VEQ1 VCQ1 VBQ2 VEQ2 VCQ2 VBQ3 VEQ3 VCQ3直流电压（V）43 观察LC振荡器输出波形并调节频率：接通跳线J1在右方，接通跳线J2在上方，通过示波器在TP1处观察振荡器波形，电压幅度不小于2Vp-p。同时使用频率计（附录1：DG1022双函数信号发生器说明书）观察振荡频率。

31、使用调试工具慢慢旋动振荡回路电感L1的磁芯（电感器的磁芯易碎，当心！）使振荡频率为6MHz，频率误差满足技术指标要求。44 观察输出放大器的输出波形；通过示波器在Y1处观察输出波形，电压幅度不小于3Vp-p。同时观察输出波形失真情况，波形应无明显失真。条件许可的情况下可用频谱分析仪测量输出波形的失真度（用频谱分析仪测量正弦波的失真方法见附录2：频谱分析仪的应用）。45 观察晶体振荡器输出波形并调节频率：接通跳线J1在左方，接通跳线J2在下方，通过示波器在TP1处观察振荡波形，电压幅度不小于1.5Vp-p。同时使用频率计观察振荡频率。使用调试工具对可调电容CVAR1进行微调（可调电容易坏，当心！

32、）使振荡频率为6MHz，频率误差满足技术指标要求。46 观察输出放大器的输出波形；通过示波器在Y1处观察输出波形，电压幅度不小于3Vp-p。同时观察输出波形失真情况，波形应无明显失真。条件许可的情况下可用频谱分析仪测量输出波形的失真度。 47 观察温度变化对振荡频率的影响。（若无电吹风，可不作该实验） 用电吹风在距电路15cm处对着电路吹热风，用频率计在Y1处观察频率变化情况。五 实验报告内容51写明实验题目、实验目的。绘制实验电路；52制作直流工作点表1并填入相关数据；53用方格纸画出输出波形（TP1和Y1），标明周期和幅度；54整理实验所测得的数据，并用所学理论加以分析。思考题：1比较LC

33、振荡器和晶体振荡器频率稳定度并分析原因。2比较LC振荡器与晶体振荡器的优缺点。实验三 集成模拟乘法器的应用-振幅调制一 实验目的11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。12掌握利用模拟乘法器实现平衡调幅的原理及方法。二 实验仪器21 DG1022双函数信号发生器 一台22 40MHz双踪示波器 一台23 万用表 一台24 调试工具 一件25 频谱分析仪（选配） 一台三 实验原理及电路31集成模拟乘法器的内部结构集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为

34、两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多。集成模拟乘法器的常见产品有MC1495、MC1496、AD734、AD835等。下面介绍常用的MC1496集成模拟乘法器。311MC1496的结构MC1496图1 MC1496的内部电路及引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图1（a）（b）所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压ux，1与4接另一输入电压uy，输出电压u0从引脚6与

35、12输出。引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电，器件的静态工作点由外接元件确定，静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集一基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图1（a），三对差分放大器的基极电流I8、I10、I1和I4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件

36、为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源，由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0的大小，即当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-UEE，5脚通过一电阻R5接地，因此，改变R5也可以调节I0的大小，即根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取I0I51mA左右。312基本工作原理设输入信号uxUxm cosxt，uyUym cosyt，则MC1496乘法器的输出u0与引脚2与3间的反馈电阻RE及输入信号ux、uy的幅值有关: 当ux为小信号（Uxm2UT）时，输出电压u0可表示为 ux为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号U0中

37、只包含两个输入信号的和频与差额。当ux为小信号（Uxm2UT）时，输出电压可近似表示为其中是双向开关函数。313集成模拟乘法器在振幅调制方面的应用振幅调制是使载波信号的幅值正比于调制信号瞬时值的变换过程。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uc(t)ucm cosct，调制信号的表达式为u(t)um cost，则普通（AM）调幅信号的表达式u0（t）ucm (1+macost) cosct式中，ma为调幅系数，maum / ucm。 由式可见AM调幅波包含载波分量和上下边频。通信中称这种调制为有载波调制。由于载波分量不含调制信号信息，但在AM信号能量中却占有很大比重

38、，因此发送AM信号的传输效率较低，但对于接收机来说则接收成本较低。因此AM调幅方式广泛应用于无线广播领域。另一方面，为了提高信息传输效率，人们广泛采用双边带（DSB）或单边带（SSB）振幅调制。双边带（DSB）振幅调制也可以用集成模拟乘法器来实现。双边带调幅波的表达式为u0（t）ucm macost cosct与AM信号相比，不含载波分量。在具体电路实现中可以通过调整直流电压的方法来实现双边带调幅波。32集成模拟乘法器幅度调制电路的原理和设计方法 321实验电路和基本工作原理 图2模拟乘法器幅度调制实验电原理图实验电路如图2所示。由MC1496及高速运算放大器NE5534构成的振幅调制器/输出

39、放大器电路。其中载波信号UC加至Y1，经电阻R3和高频耦合电容C2从MC1496载波端（car）输入，载波端偏置电压通过电阻R4、R6得到，C3为高频旁路电容。为了防止载波信号交流旁路接地，偏置电压通过51电阻R5加至载波信号端；调制信号U加至Y2，经电阻R1和低频耦合电容C1从MC1496调制端（singal）输入，C11为低频旁路电容，使4脚交流接地。调制端偏置电压通过电阻R17、R18、R19和电位器W1得到，其中W1的调节起到实现普通调幅波（AM）和双边带（DSB）调幅波的作用。调幅信号U0从6脚和12脚差分输出。由于MC1496为集电极开路输出，所以6脚和12脚分别接电阻R8和R10

40、到正电源端。MC1496器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R7接地，2脚与3脚短接实现模拟乘法器的最大增益。由于MC1496的最大输出电压较小，一般几百mVp-p，而且输出阻抗很高，约3.6K，对负载的驱动能力很差。为此电路中设计了输出放大电路。放大器采用高速运算放大器NE5534，其带宽高达10MHz，其他模拟技术指标也很理想，适合作为调幅信号放大器。由于MC1496的输出为差分形式，故由NE5534构成的输出放大器也设计为差分输入方式，差分输入阻抗为4K（与MC1496输出阻抗匹配），电压增益为5倍，输出端通过高频耦合电容C9和电阻R16输出。输出端为Y3。整个放大器采用双电源+5

41、V和5V供电。322主要技术指标：1载波信号UC频率fC100KHz1MHz；电压幅度3050mVp-p2调制信号U频率f10Hz10KHz；电压幅度50100mVp-p3调幅系数ma范围从30%100(AM波)4输出电压幅度2Vp-p四 实验内容电路调试应先静态后动态，即先测试静态工作点，然后再测量交流参数。41按下开关S1，接通+5V和5V电源，红色LED(D1)和绿色LED(D2)亮。42测试MC1496的静态工作点对于图2所示电路，不加输入交流信号，测量各点直流电压，表1为参考值，将测量结果填入表1：表1 测量点 V8 V10 V1 V4 V6 V12 V2 V3 V5直流电压（V）

42、2.5V 2.5V 0V 0V 3V 3V -0.3V -0.3V -3.9V注：下标为集成电路 1496管脚 编号。43 实现双边带（DSB）振幅调制 设置信号发生器正弦载波信号UC(t)，其频率fC500KHz，电压幅度40mVp-p，从载波端Y1输入；设置正弦调制信号U（t）,其频率f1KHz，电压幅度50mVp-p，从音频端Y2输入，通过示波器在Y3处观察调幅输出波形。使用万用表直流电压档（10V档）测量TP1和TP2之间的电压，调节电位器W1使之为零。（V1V4)。然后逐渐增加调制信号幅度，输出端Y3信号的幅度逐渐增大，最后出现如图3所示的双边带的调幅信号。条件许可的情况下可用频谱分

43、析仪测量双边带调幅输出信号的频谱（附录2：频谱分析仪的应用）。图3 双边带(DSB)的调幅信号44实现普通调幅波（AM）在实现了双边带（DSB）振幅调制的基础上，调节电位器W1，使输出信号U0（t）中包含载波输出。然后逐渐增加调制信号幅度，输出端Y3 信号的幅度逐渐增大，最后出现如图4所示的有载波调幅信号的波形。通过调节电位器W1和改变调制信号幅度，可以调整调幅系数ma ，要求调幅系数ma的范围从30100。条件许可的情况下可用频谱分析仪测量普通调幅波输出信号的频谱（附录2）。调幅系数ma为 图4普通调幅波（AM）信号的波形五 实验报告内容51写明实验题目、实验目的。绘制实验电路；51制作直流

44、工作点表1并填入相关数据；52用方格纸画出三种输出波形（双边带（DSB）波、30AM波和100AM波）。标明周期和幅度；54整理实验所测得的数据，并用所学理论加以分析。思考题：1比较DSB波和AM波的波形特点，分析调制信号与调幅波形的关系。2分析为什么在双边带（DSB）振幅调制实验中得不到载波绝对为零的波形（可用频谱分析仪测量输出信号来证实这一点）？实验四 二极管包络检波器一 实验目的1 进一步加深对二极管大信号检波工作原理的理解；2 掌握利用示波器测量检波效率的方法；3 观察检波器电路参数对输出信号失真的影响。4二 实验仪器21 DG1022双函数信号发生器 一台22 40MHz双踪示波器

45、一台23 万用表 一台三 实验原理与电路31实验原理311二极管包络检波器的工作原理 图1二极管包络检波器的工作原理包络检波方法是将单极性信号通过电阻和电容组成的惰性网络，取出单极性信号的峰值信息，这种包络检波器叫峰值包络检波器。最常用的是二极管峰值包络检波器，如图1所示。图中输入信号us为普通调幅波，RC并联网络两端的电压为输出电压uo，二极管VD两端的电压uD=us-uo。当uD0时，二极管导通，输入信号us通过二极管对电容C充电，充电的时间常数约等于RDC。由于二极管导通电阻RD很小，因此电容C上的电压迅速达到输入信号电压us的幅值。当uD0时，二极管又导通，电容又被充电到us的幅值；当

46、再次现出uDI0的情况。这种情况一旦出现，在cost的负半周就会导致IDo0。在IDo0的范围内，二极管截止，负载网络两端的电压不可能跟随输入电压包络的变化，从而产生失真。这种失真由于出现在输出电压的负半周，所以叫负峰切割失真，也叫底部失真，如图3所示。图3负峰切割失真32二极管包络检波器实验电路的原理和设计方法321实验电路和基本工作原理 图4二极管包络检波器实验电原理图实验电路图如4所示。图中D1为锗检波二极管（由于锗二极管的导通电阻RD和导通电压UD都小于硅二极管，所以在同等条件下选择锗检波二极管能够提高检波效率），J1跳线为检波时间常数选择（决定惰性失真的大小），J2跳线为检波器输出负

47、载电阻选择（决定检波效率的高低）。J3跳线为检波器交流负载电阻选择（决定负峰切割失真的大小）；运算放大器U1A设计为电压跟随器，提供很高的输入阻抗，电压放大倍数为1，输出端TP1为检波器输出的低频信号电压；运算放大器U1B设计为反相比例放大器，电压放大倍数为10。输出端Y2为低频放大器输出。调幅信号由Y1输入，C1为高频耦合电容，R6提供检波二极管放电回路，R3和C2组成的一阶低通滤波器滤除高频载波分量。C6和C7选择两种检波时间常数；R7和R8选择两种检波器负载电阻；R9和R10选择两种检波器交流负载电阻。四 实验内容 41按下开关S1，接通+5V和5V电源，红色LED(D1)和绿色LED(

48、D2)亮。 42检波器一般性能测试与检波效率的计算设置信号发生器为正弦调幅信号U0(t)，其载波频率fC500KHz，电压幅度1Vp-p，低频调制信号频率f1KHz，调制度为30%，从载波端Y1输入。将三个跳线J1、J2、J3选择在右方，用示波器测量TP1端的低频输出信号，应为频率1KHz、幅度约为100mVp-p的正弦信号，即检波器输出的低频信号电压。根据输入信号的载波电压幅度和调制度，通过理论计算或实际测量计算输入调幅信号的包络电压；结合上述结果计算检波器的检波效率。43不同时间常数时检波器惰性失真测试将跳线J1选择在左方，用示波器测量TP1端的低频输出信号，信号波形可能出现失真现象，若出

49、现明显失真，可逐渐降低信号发生器的低频调制信号频率，直到低频信号波形失真明显改善时，记录此时信号发生器的低频调制信号频率。44不同负载电阻时检波器检波效率测试回到检波器一般测试的条件下，将跳线J2选择在左方，用示波器测量TP1端的低频输出信号，重新计算检波器的检波效率并记录。45不同交流负载电阻时检波器负峰切割失真测试将跳线J3选择在左方，用示波器测量TP1端的低频输出信号，信号波形可能出现如图3所示的失真现象，若出现明显失真，需简单绘出信号波形图。46低频放大器输出测试(Y3)回到检波器一般测试的条件下，用示波器测量Y3端的低频输出信号，应为频率1KHz、幅度约为1Vp-p的正弦信号。减小信号发生器的调制度，输出波形幅度应该随之减小，直到输出波形幅度为0，记录此时调制度的大小。增大信号发生器的调制度，输出波形幅度应该随之增大，直到输出波形产生限幅失真，记录此时调制度的大小。五 实验报告内容51写明实验题目、实验目的。绘制实验电路；52理论计算二极管包络检波器实验电路中的两种检波时间常数、两种检波器输入电阻的数值，并和实验结果加以比较，得出自己的结论（检波二极管的rd为120）；53