高频电路(仿真)实验指导书

1、咼频电路（仿真）实验指导书电子信息系2016年3月19实验一、共射级单级交流放大器性能分析、实验目的1、学习单级共射电压放大器静态工作点的设置与调试方法。2、 学习放大器的放大倍数（Au）、输入电阻（Ri）、输出电阻（R。）的测试方法。3、观察基本放大电路参数对放大器的静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。4、 熟悉函数信号发生器、示波器、数字万用表和直流稳压电源等常用仪器的使用方法。、实验原理如图所示的电路是一个分压式单级放大电路。该电路设计时需保证Ub>510UBE,li2>510IB，则该电路能够稳定静态工作点，即当温度变化时或三级管的参数变化时，电 路的静态工作点不会发

2、生变化。R1UB=VCCR1 + R2UB-UBEICj RE由上式可知，静态工作时，Ub是由 到0.7之间，所以Ic、Ie只和有关。当温度变化时或管子的参数改变时 多的情况下，必须计入考虑），例如，管子的受到激发而R1和R2共同决定的，而UBE 般是恒定的， 在0.6（深究来看，三极管的特性并非是完全线性的，在很IC欲要变大时，由于 Re的反馈作用，使得Ube节压降减小，从而IB减小，Ic减小，电路自动回到原来的静态工作点附近。 所以该电路不仅有较好的温度稳定性，还可以适应一定非线性的三极管，只要电路设计得当。调整电阻R1、R2，可以调节静态工作点高低。若工作点过高，使三极管进入饱和区， 则

3、会引起饱和失真；反之，三极管进入截止区，引起截止失真。O1测2102C« de >R447|JF>lkiJ RL图1-1分压式单级放大电路如图1-1, C1、C2为耦合电容，将使电路只将交流信号传输到负载端，而略去不必要的 直流信号。发射极旁路电容 Ce 一般选用较大的电容，以保证对于交流信号完全是短路的, 即相当于交流接地。也是防止交流反馈对电路的放大性能造成影响。电路的放大倍数pKLAu= 一盂，输入电阻 Ri=R1/ R2/ rbe,输出电阻 Ro=Rl'空载时 Ro=Rc。当发射极电容断开时，在发射极电容上产生交流负反馈，电压的放大倍数为Au=-胡釜莎，输

4、入电阻Ri=R1 / R2 /卩+內R电。输出电阻仍近似等于集电极负载电阻。三、实验内容（一）如图1-2所示，建立放大电路，进行静态分析。*.5>5h-an：-DC旳rn-:，於血- I:IlItLIkt*盘1販"1 1課率3krtrffic34IT Up石护aV阳i gl砧i+itA单僧示茗-JEQ=TZm图1-2静态工作点的调整与测试注意，电路必须工作在放大区，即输出波形必须对称（因为输入信号是正弦波）且和原 来的信号保持协调。只有设置好静态工作点才可以进行下一步。此步骤就是要选择合适的Ri、R2。（二）动态分析动态分析时，实验中一直使用的信号。F=1000HZ,VPP=2

5、8mv。如图 1-3 所示:fraction 召*neratwr*F wvaforms1 嗣rtalFrequency Dutf Cycle ATipIrfude a-fiset1000Csrurnqn图1-3函数信号发生器在原来设置好静态工作点的基础上，接入信号。并按照此图进行测量电压放大倍数。（该电路另接入了一电阻 R3，以增大输入电阻）如图 1-4所示：囲3T3Cs HF JPi mF01 时 pF匚1 -d(- 1""5tlXMttlI砂 0=8耳rfT 1-辦 Hi'-i E暑.Ivvv-也-?1*JCftnV.期.iinanffii图1-4放大倍数（加大

6、输入电阻）计算电压的放大倍数:Au=Uo/Ui输入输出电阻的测量:7 pa9 939 nVCF殆-Sfia:孕>C2.-dH时.霍MTGl xmlTfiWM? fCTl ；'知i-.>lknC<"TFtjF=Xv«' =h5-图1-5输入电阻的测试ss.mmn Ff J f*+ I * :'rn.T g 丄 “4I H |l *| r， * i -U计算计算R UliUi(Us Ui)/RshJ二比匚.1JJ图1-6输出电阻的测试UiRs 和 Rq(Us Ui)WWr:Uo UoUoRl1-7和图1-8所示。*1丽3可一 L屠（I

7、CM*P *+0时fl 打 I iwrII 旳E Mm I 削 FlUPVI JiO V UMJ'|尸 如 I号I rn-r- 二n*疋I Lwrn 如t jl 佃r如片F_严，淫h jjj £ jj馬 e屋* rr盅h.迴空塑叵flj»2ancivc血V:gd,T'vZ凹I. 呈 E Klj：- II（三）若是静态工作点设置不合适，则会引起失真。如图1*1加 HwOLii'Ufl.iKiVF 土* WlW"ii.WirfV片寧mViDIUn-i11 U4nV-Tk-MlrniX一j-Lhri#4*w gwrj aSI过 Fvf 知* Ij

8、jOfrJa. 牛 Yr pUbtfuR艮I.斗:严 茫IJ j hN图1-7饱和失真图1-8截止失真（四）有无发射极电容 Ce的影响rs<iC*-Hh Hl*矶I：oHK ?i *AiFr.g，门TF2-<1TE-I 2 iZ" ! I fli阳 i* %予»Mi3i0It虚暂ktiIHS*E -1 07eE-I-I -TT-rAv1占Sfc- "j*EQkF異野-ibsa-i基互I曲明显看出，在不加发射极电容图1-9有无发射极电容的影响Ce时，交流电压的放大倍数减小了。可见是交流的负反馈作用促成了这一结果。显然，在实际的生产实际中，我们不需要这一反

9、馈，因此一般选择 并联上发射极输出电容，可以明显增大电压的放大倍数。但同时也增加了电路的硬件成本。（五）增大输入电阻对电路性能的影响从示波器中的波形可以看出，输入波形与输出波形的相位相反，频率相同。信号源内阻 增大，如图所示：比较可知，增大输入电阻，可以略微地提高电压放大倍数。-tltruF-prjtrtjlJUClI QI" I FVCF4Tul 4C_nasfliw1 063 VVHKflfK-a. I $*71+.PX -3X：nc 旦 Al p =111xsctl5BlHHEC_Jt-«ETWC：;S-JJT旦到IJ!血Ihurt>nrt*r-5LQ1 -_i

10、：eK 1IH4 275aa2mVllAta 砸 - - - : = = - 卜:二一faL；利3 ；.与些廉四、思考题1由实验（一）（二）（三）可知，静态工作点的设置对放大电路有何作用？2、 仿真电路中的电路必须要接地”这样做有什么好处？3、 仿真电路中的很多细节都需要注意，某一细节处理不好就会影响电路的正常工作。 结合实验过程举例说明。实验二高频LC谐振功率放大器性能研究、实验目的1、进一步熟悉EWB仿真软件的使用方法；2、测试高频谐振功率放大器的电路参数及性能指标；3、熟悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。、实验内容及步骤（一）构造实验电路利用EWB软件绘制如图2-1所示的高频

11、谐振功率放大器实验电路。UiCbTfQ1Cc +VccV90图2-1所示的高频谐撮功薛放大器实验电路图中，各元件的名称及标称值如表2-1所示。序号元件名称及标号标称值1信号源Ui270mV/2MHz2负载RL10k Q3基极直流偏置电压 VBB0.2V4集电极直流偏置电压 VCC12V5谐振回路电容C13 pF6基极旁路电容Cb0.1uF7集电极旁路电容 Cc0.1uF8高频变压器T1N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;R P=RS=09晶体管Q12N2222(3DG6)表2-1各元件的名称及标称值（二 ）性能测试1、静态测试选择“An alysi”7“ DC Op erat i

12、ng Poi nt ”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的 直流工作点如图2-2所示。XArualysis Gr劄<lllStatistics Analog | Oscilloscope DC Hias高频功率放大器上WbMode/Branch1Voltage/Current JQI第base0.2Qlcoliector12Qlemitteu圈2-2高频谐振功率服丈器薛奩工作点2、动态测试(1)输入输出电压波形当接上信号源 Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及B通道的灵敏度，即可看到如图2-3所示的输入、输出波形。二以 OscilloscopeTime base

13、(asP气"flU -WfMMition £» 罔妙 A/B-Chiannwl ADau mTATki(2)调整工作状态Ewp andC round Trigger 亍I Livsl |oiE -EsaChanrrel EV position I la图2-3高频谐振功率腹丈誥扁入、篇出波形图1、分别调整负载阻值为 5 k Q、100 kQ,可观测出输入输出信号波形的差异。2、分别调整信号源输出信号频率为 号的响应情况。3、分别调整信号源输出信号幅度为幅值信号的响应情况。1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信100mV、400mV，可观测出高频功率放

14、大器对不同i-Tlrrie b 日se¥ posftiofi 卜ijBDX position I 口栢 弓/vej-Channel Hha nwuBcpandl JIPCround r*一 Till囚erEdge 気.fLfiT |aia 目 列B|电J-Channel QlifflffWPUIT fHiit ion I iai|EEl -图A4髙频谐撮功率取丈器工作于凭压状态输人.输出破册圈ObCilloSODP巳-Tme baseH p03(ti«1 IDJ 目 盼 /VB-Cfiartfiel 冲IW WP H(iV pxitiofl 1=1 JJBtpand |Gn

15、xjnd-Triggeredfle 耳 rLewel 皿EHMi创旦'Channel eI 1如bV portion I IBP B ftlljoc ；，图2-5高頻谐振功率放大遵工作干过屋状态输入 输出波形图由图2-5可知，工作于过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。通过调 整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。三、思考题1、变压器T1起什么作用？2、对照输入波形，说明输出波形有什么特点？3、负载阻值的改变对输出信号波形有什么影响？4、当功放的输入信号频率改变时，输出信号波形有什么变化？说明了什么问题?实验三正弦波振荡器实验、实验目的1、理解LC三点式振荡器

16、的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。2、理解振荡回路 Q值对频率稳定度的影响。3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。4、了解LC电容反馈三点式振荡器的设计方法。Xbe、Xcb为谐振回路的三Xcb与Xce、Xbe相比必须、实验原理三点式振荡器的交流等效电路如图3-1所示。图中，Xce、个电抗。根据相位平衡条件可知，Xce、Xbe必须为同性电抗，为异性电抗，且三者之间满足下列关系：(3-1)的前提下，若 Xce、Xbe呈Xcb(Xce Xbe)这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。在满足式(3-1)容性,呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若Xce、Xbe呈感

17、性，Xcb呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。XteXce图3-1三点式振荡器的交流等效电路1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理Auo Fuo 1“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图 3-2所示，图中L和C1、C2组成振荡回路，反 馈电压取自电容 C2的两端，Cb和Cc为高频旁路电容，Lc为高频扼流圈，对直流可视为短 路，对交流可视为开路。显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。 若要它产生正弦波， 还必须满足振幅条件和起振条件，即：(3-2)式中Auo为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；Fuo为反馈系数,只要求出二者的值，便可知

18、道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出3-3所示的丫参数等效电路。若忽略晶体管的内反馈，即yre °,可得3-4所示的简化等效电路。图 3-4中，IIC1 C1 Coe，C2 C2 Cie，gie gie Gb，go为LC并联谐振回路折合到晶体管 ce' 2 ' ' '端的等效谐振电导，即goP1 go，R (C1 C2)/C2。Ifp L-丄"C2%图3-3“考毕兹”电容三点式振荡器Y参数等效电路lip图3-4简化等效电路由图3-4可求出小信号工作状态时电压增益Auo和反馈系数Fuo分别为Au0UoyfeUi(3-3)YfelE(mA)式

19、中，若忽略各个g26(mV) , g goe的影响，电路的反馈系数为goP22 g ieP2C1/C2。由式(3-2)可得起振条件为F u0UfC1UoP2(3-4)Au0 Fu0yfeC：1(3-5)故有YfeggCl上式即为振荡器起振的振幅条件。为了进一步说明起振的一些关系，11 2 ' 1F g F(goegoP2 g ie ) poe式(3-7)第一项表示输出电导和负载电导(这里未考虑负载电导I可将式(3-6)(3-6)变换为Yfego )Fgie(3-7)对振荡的影响，F越大，越容易起振。第二项表示输入电导对振荡的影响，gie和F越大，越不容易起振。可见，考虑到晶体管输入电导

20、对回路的加载作用时，反馈系数F并不是越大越容易起振。由式(3-7)可知,在晶体管参数gie、goe、Yfe一定的情况下，可以改变Rb1、Rb2和负载电导gL及F来保证起振。F 般取0.10.5。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数 F已经确定的情况下，静态工作点的位置对 振荡器的起振以及稳定平衡状态(振幅大小，波形好坏)有着直接的影响。工作点偏高，振 荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至使振荡器停振；工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在 靠近截止区，但不能取得太低，否则不易起振。由式

21、(3-3)可知，实际的振荡电路在 Fuo确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形 失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。实际中静态电流值一般取 0.5mA 1mA。三、实验内容1、利用EWB仿真软件绘制出如图 3-5所示的西勒(Seiler)振荡器实验电路。R1C1O.0B pF:L匚<2 rmHUVcc127C31000 PR25.1 kQO.Ge pFC547 pFR52 kc_1 0BGuF12 KCCM70pFr20%R/50 kM 00%图3-5西勒振荡器实验电路3-6所示,

22、llloYpoiitior Q4QEl 班 I 2Xpcntiw o.OQ'77 EfA AfE Channel A.I 5 VJEiv|rhin?tasie h，诃伽2、按图3-3设置各元件参数，打开仿真开关，从示波器上观察振荡波形如图 读出振荡频率f。，并作好记录。Ej-andGround Trig 卿Ed卯亍七J出.2 a| E Em I-Cb-anriiel E I E V/ISv3、改变电容 并作好记录。4、改变电容 波形的好坏（与图3-6西勒振荡器的输出波形C6的容量，分别为最大或最小（100%或0%）时，观察振荡频率变化,C4的容量，分别为0.33卩F和0.001卩F,从

23、示波器上观察起振情况和振荡 C4为0.033卩F时进行比较），并分析原因。5、将C4恢复为0.033卩F,分别调节Rp为最大和最小时，观察输出波形振幅的变化, 并说明原因。四、思考题1、振荡器与一般放大器的主要区别是什么？2、振荡器中晶体管、振荡回路、反馈网络各起什么作用？对它们应有什么要求?3、振荡器波形不好与哪些因素有关？如何改善？实验四调幅和检波电路的设计与性能分析、实验目的（1） 在前三个实验的基础上，加强EWB的熟练应用，掌握一些仿真的技巧。（2）进一步熟悉调幅电路、检波电路的工作原理。（3）观察调幅电路、检波电路的输出波形。、实验内容及步骤1、普通调幅电路4-1为参考图）。（1）利用EWB绘制出相应的普通调幅实验电路（图R3U2以及电路中各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上Ui的关系，将示波器中观察到的两个波形（普通调幅电（2）按图4-1设置Uo、U1、观察调幅波的波形以及与调制信号 路输入、输出波形）画在下方。（3）改变直流电压 Uo为4V，观察过调幅现象，做好记录并说明原因。将过调幅时的 输入、输出波形画在下方。2、双边带调制电路（1）利用EWB绘制出双边带调制仿真电路（图 4-2为参考图），接上载波信号U1、调制信号U2以及示波器。（2）按