高频电子线路实验实验指导书(2012年5月)含实验数据

1、目录、八前言实验一：LC 与晶体振荡器实验实验二：变容二极管调频器实验三：幅度调制与解调实验四：锁相环频率合成器实验11第1 页、八-前言高频电子线路是通信和无线电技术的重要专业基础课，它涉及到许多专业理论知识 和实践知识。伴随着无线电通讯的进程，高频电子技术的发展，已有百余年的历史，传统的 高频技术主要由信号发生 （正弦信号发生，非正弦信号发生，波形变换、载波发生 ） 、信号调 制（调幅、调频 ）、信号发送和接收 （选频、变频、中频选频放大、检波、鉴频 ）等组成，近二、 三十年来， 由于视频传输技术和数字电路技术的发展， 高频技术衍生出许多新型电路和器件， 如：单边带发送与接收、残留单边带发

2、送与接收、声表面波滤波器与陶瓷滤波器的应用，数 字调频技术、锁相环与锁相式频率合成技术、移相键控技术等等。为了配合现代“高频电子技术”教学的需要，设计了十四项实验。其中九项属模拟电路 范畴，即 LC 与晶体振荡器，调幅与解调，非线性波形变换，函数信号发生，小信号选频放 大，集成乘法器混频，通频带展宽、锁相调频与鉴频和变容二极管调频与相位鉴频：属数字 电路范畴的有三项，即数字信号发生，数字锁相环与数字锁相式频率合成器，数字调频与解 调；其它二项实验分别是采用专用集成电路的电视图象中放检波和采用专用集成电路的电视 伴音中放鉴频。在电路的设计和选择上，具有以下特点：一、尽量采用原理性突出的典型电路，

3、便于结合理论知识、进行学习和分析。二、载波工作频率采用几兆赫到几十兆赫，易于制作工艺和调试。三、采用分列元件，集成电路及专用集成电路相结合的原则，既便于学生深入掌握电路 的基本工作原理，又能及时了解现代无线电通讯技术的新技术。四、电路中采用了变容二极管调频和声表面波滤波器以及陶瓷滤波器等固态器件，便于 学生了解新型器件的性能和调测方法。五、各个实验单元电路既自成完整系统，又便于互联成一个较大的系统进行联试、联调， 以增加学习的综合性、系统性和趣味性。六、为了使学生较全面地掌握一些基本电路。我们在实验电路编排上尽量介绍一些具有 相同功能的不同电路。 例如采用 65MHz 调频解调的相位鉴频器和斜

4、率鉴频器： 采用集成电 路的幅度同步检波器和二极管检波器等。七、采用单板整体构成形式：三路直流电源采用内置式的开关电源：电路的联结或改接 采用按键切换。实验需要外置的仪器有：1）、0-50MHZ 扫频仪（如 BT5-A 型）2）、40MHz（或 20MHz）双踪示波器（如 protek6504型）3）、10MHz调频、调幅高频信号发生器（如AS1051S型）4）、 10MHz 频率计函数信号发生器 （如 EEl642B 型）在编写“高频电子线路实验指导书”过程中。我们尽量采用重点突出、简明扼要的表达 方法，突出基本原理和实验过程。由于水平有限，难免有许多不足和错误之处，请使用本指 导书的师生指

5、正。实验LC与晶体振荡器实验、实验目的1、2、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。 比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。 测量振荡器的反馈系数、波段覆盖系数、频率稳定度等参数。 比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。、实验仪器设备高频电子线路实验箱60M双踪示波器频率计 三、实验原理三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振 荡器），其交流等效电路如图1-1:图1-1三点式振荡器1、起振条件（1）、相位平衡条件：Xce和Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗, 且它们之间满足下列关系：（2）、幅度起振条件:qm晶

6、体管的跨导，Pu反馈系数，Au放大器的增益qie晶体管的输入电导qoe晶体管的输出电导式中:qL晶体管的等效负载电导Fu 一般在0.10.5之间取值2、电容三点式振荡器(1)、电容反馈三点式电路一一考毕兹振荡器图1-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容Ci和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。第 8 页(b)、交流等效电路(a)、考毕兹振荡器图1-2考毕兹振荡器(2) 、串联改进型电容反馈三点式电路克拉泼振荡器电路如图1-3所示，其特点是在L支路中串入一一个可调的小电容 C3,并加大Cl和 C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大

7、 大减小了 Ci和Co对频率稳定度的影响，且使频率可调。3-C3(b)、交流等效电路(a)、克拉泼振荡器图1-3、克拉泼振荡器(3)、并联改进型电容反馈三点式电路一一西勒振荡器Cfjch Lk于Cl J11e1L1L卜(a)、西勒振荡器图1-4、西勒振荡器(b)、交流等效电路电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在 L1两端并联一个小电容C4,调 节C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。 本实验箱所提供的LC振荡器就是西勒振荡器。3、晶体振荡器本实验箱提供的晶体振荡器电路为

8、并联晶振b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路如图1-5所示。图1-5皮尔斯振荡器四、实验内容指导开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认 清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。作为第一次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析；以改善振荡波形。在调整 LC振荡电路静态工作点时，应短接电感 Li02 （即 三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。本实验中 LC振荡器 1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为6MHz，调节电阻Riio,可调节输出的幅电阻R1O1R1O6为三极管BG101提供直流偏置工

9、作点，电感L101既为集电极提供直流通路， 又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。 用“短路帽”短接切换开关 K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接Kxxx X- X”） 便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接 K101、K102、K103 2-3，并去除电 容C107后，便成为晶体振荡电路，电容 C106起耦合作用，R111为阻尼电阻，用于降低晶体等 效电感的Q值， 短接 K104 2-3）。 的输出频率约为 度。经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的 +12V总电 源开关K1和实

10、验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。（一）、调整和测量西勒振荡器的静态工作点：1、组成 LC 西勒振荡器：短接 K1011-2、K1021-2、K103 1-2、K1041-2,并在 C107处插入 1000p 的电容器，这样就组成了 LC西勒振荡器电路。用示波器在测试点 TP102观测LC振荡器的输 出波形。2、调整静态工作点：短接K104 2-3 （即短接电感L102），使振荡器停振，然后调整精密可 调电阻R101使三极管BG101的发射极对地直流电压Ueq=0.5V （此处用DC档测量）。3、 测量发射极电压：短接 K104 1-2，使西勒振荡器恢复工作，测量

11、 BG102的发射极电压 Ue并记录。1.85V4、 调整振荡器的输出：调节精密可调电阻R110值，使LC振荡器的输出（TP102）幅度Vlo为1.2VP-P；调节电容C110,使LC振荡器的输出（TP102）频率f0为1.5MHz。（二）、观察反馈系数Kfu对振荡电压的影响：根据振荡器原理可知，反馈系数Kfu=C106/C107。按下表改变电容C107的值，在TP102处测 量振荡器的输出幅度Vl（保持Ueq=0.5V ），记录相应的数据，并绘制 VL=f（ C）曲线。C107( pf)220330560100020003300Vl( p-p)0.520.781.161.20.800.44V

12、lA5001000150020002500C(pf)（三）、测量振荡电压Vl与振荡频率f之间的关系曲线，计算振荡器波段覆盖f max/ f min : 在C107处插入任意一个电容，改变C110值，在测试点TP102观察Vl随f的变化规律，并 找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin，并计算覆盖系数，数据均填入下表并绘制相应 的曲线。fmin按顺序任意取值fmaxf (KHz)142614731500151015301616Vl( p-p)1.201.221.221.201.261.26C107=1000pff max =1616和 fmin =1426，f max/ fmin =VlA

13、2.001.801.90=>f (MHZ)五、实验报告要求实验原理、实验步骤和实验数据;1、给出实验目的、2、画出振荡波形；3、根据实验数据在坐标纸上绘制 Vf曲线;实验二:变容二极管调频器、实验目的1、了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理。2、掌握调频器的调制特性及其测量方法。、实验仪器设备高频电子线路实验箱60M双踪示波器频率计 三、实验原理变容二极管直接调频电路：变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容 二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图 2-1所示。图1变容二极管的Cju曲线变容二极管的结电容Q与电容二极管加的反向偏置电压之

14、间的关系可以用下式来表示:Ct>卩+型卩式中，U ©为PN结的势垒电位差（硅管约0. 7V，锗管约为0. 20. 3V）: Co为未加外 电压时的耗尽层电容值；u为变容二极管两端所加的反向偏置电压；丫为变容二极管结电容 变化指数，它与PN结渗杂情况有关，通常丫 =1/21/3。采用特殊工艺制成的变容二极管 丫值可达15。直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调 制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。若载波信号是由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决 定。因而，只要用调制信号去控制振荡电容，就能达到控制振荡

15、频率的目的。若在LC振荡回路上并联一个变容二极管，如图 2-2所示，并用调制信号电压来控制变容 二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的 目的。ft控制号可变电抗谐振回路图2直接调频示意图四、实验内容指导1、电路的调整（1） 将切换开关K401的1、2接点短接（左边），调节精密可调电位器 W401使变容二极 管D401的负极（左边引脚）对地电压 直流电压为+2V （用示波器DC档测量）；（2）用示波器观察振荡器输出（TP402）的波形；（3）用示波器测量R407上端对地的电压（此处为 脉动直流，注意用示波器DC档测量其 直流分量），调节精密可调电位器 R

16、404使R407上端对地的直流分量电压为1.7V；然后将示波 器连接到振荡器输出TP402，调节L402使振荡器输出频率（TP402）为6.5MHz ； 5.89MHz（4） 调节精密可调电位器 W402使振荡器输出（TP402）波形峰-峰值V P-P大于1V。2、变容二极管静态调制特性的测量（1）在输入端J401无信号输入时，调节精密可调电位器 W401使变容二极管D401的负极对 地电压在0.55V范围内变化，用频率计测量 在电容C404（ 100p）并接与不并接两种状态下 输 出的频率（TP402）值并填入下表：（K 401接1-2为不并接，K 401接2-3为并接） 表一：偏置电压（V

17、）0.511.522.533.544.55f0（MHz ）不并C4045.655.745.815.895.966.066.186.366.436.44并 C4045.765.886.026.136.246.376.566.756.826.83在同一坐标系中画出两条特性曲线，并说明曲线斜率受哪些因素影响。A麻、曲!变容二极管调制特性曲线曲线斜率受哪些因素影响？ 五、实验报告要求1、给出实验目的、实验原理、实验步骤和实验数据;2、画出振荡波形；3、根据实验数据在坐标纸上绘制 Vf曲线；实验三:幅度调制与解调、实验目的1、加深理解幅度调制与检波原理。2、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。

18、3、了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。、实验预习要求1、复习高频电子线路中有关调幅与检波的内容;2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤；三、实验原理和电路说明1、调幅与检波原理简述：调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅呈调制信 号的规律变化：而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构 分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边 带调制信号。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上（例如晶体二极管和晶体三极管），经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需

19、的频 率成分就可实现调幅。2、集成四象限模拟乘法器 MCI496简介：本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频 动态增益控制等。它有两个输入端 Vx、Vy和一个输出端Vo。一个理想乘法器的输出为 Vo=KVxVy，而实际输出存在着各种误差， 其输出的关系为：Vo=K（Vx+Vxos）（Vy+Vyos） + Vzox。为了得到好的精度，必须消除 Vxos、Vyos与Vzox三项失调电压。集成模拟乘法 器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有8个有源晶体管。本实验箱3-1所示:MCI496的内部原理图和管脚功能如图图3-1集成模拟乘法器MC1496

20、电路原理图MCI496各引脚功能如下：（1）、 SIG+信号输入正端（2）、 GADJ增益调节端（3）、 GADJ增益调节端（ 4）、 SIG-信号输入负端（ 5）、 BIAS偏置端（6）、 OUT+正电流输出端（ 7）、空脚（ 8）、 CAR+载波信号输入正端（ 9）、空脚（10）、 CAR-载波信号输入负端（11）、 空脚（12）、 OUT-负电流输出端（13）、空脚（14）、 V-负电源3、实际线路分析U501是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从J501和J502输入到乘法器的两个输入端， K501 和 K503 可分别将两路输入对地短路， 以便对乘法器进行输入失调凋零0 W501 可

21、控制调幅波的调制度，K502断开时，可观察平衡调幅波，R502为增益调节电阻，R509和 R504分别为乘法器的负载电阻，C509对输出负端进行交流旁路。C504为调幅波输出耦合电 容， BG50l 接成低阻抗输出的射级跟随器0U502是幅度解调乘法器，调幅波和载波分别从 J504和J505输入，K504和K505可分别 将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调调零。 R511、R517、R513和C512作用与 上图相同。D503是检波二极管，R522和C521、C522滤去残余的高频分量，R523和R524是可调检 波直流负载，C523、R525 R526是可调检波交流负载，改变 R5

22、24和R526可试验负载对检 波效率和波形的影响。 U503 对输入的调幅波进行幅度放大。四、实验仪器1、 TKGP-1 高频电子线路实验箱；2、高频信号发生器；3、双踪示波器。五、实验内容与步骤1、在实验箱上找到本次实验所用的单元电路， 熟悉元器件的位置和实际电路的布局， 然后按下+12V , -12V总电源开关K1 , K3，函数信号发生实验单元电源开关 K700，本实验单 元电源开关K500，与此相对应的发光二极管点亮。2、幅度调制实验需要加音频信号 VL和高频信号VH 0 VL由实验箱上的“函数信号发 生实验”模块产生，调节输出为 0. 2VP-P、1KHZ的正弦波信号；Vh由外接的信

23、号发生器产 生，调节输出为0. 4VP-P、100KHZ的正弦波信号。第9 页请首先检查音频信号和载波信 当短接K5021-2是，在输出端观 Vo',记录Vo'的波形。Vi高频载波信号音频信号波形3、幅度调制：将音频信号和载波信号输入到乘法器的两个输入端：音频信号通过短线输 入到J501(J701-J501)载波信号通过信号线连接到 TP502;在TP503观察调幅波输出(注意: 请仔细调节示波器)，并记录波形。(若调幅波不能正常输出： 号的频率和幅度，然后调节相关的电位器 W501和W502)。测调频波Vo,。此外，在短接K5022-3时，可观测平衡调幅波第 11 页调幅波波

24、形平衡调幅波波形vl4、解调：将调幅波和载波分别输入到解调器的“调幅波输入”和“载波输入”(J503-J504, J502-J505),用双踪示波器同时观察音频输入和解调器的输出，比较音频信号和经过调制、解 调输出的波形，并在同一坐标 记录波形。II输入波形和解调输出波形六、实验注意事项1、为了得到准确的结果，乘法器的失调调零至关重要细致的工作，必须要认真完成 这一实验步骤。2、其它同前。七、实验报告1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。2、实验心得与体会。实验四:锁相环频率合成器实验、实验目的1、加深对基本锁相环工作原理的理解。2、熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。、实验仪器设

25、备高频电子线路实验箱60M双踪示波器频率计 三、实验原理图1锁相式数字频率合成器电路原理框图如图 1所示:锁相式数字频率合成器电路框图1、锁相式数字频率合成器的组成与基本工作原理图1中的相位比较器与压控振荡器 VCO由锁相环LM4046组成。1/ N分频电路是一个 三级可预置数分频器，各级都采用可预置数 BCD码同步1/N制计数器MCI4522，每级的分 频比可由单片机去控制，也可用4位小型拨动开关以8421BCD码形式对该级计数器进行预置 数，分频比可选择的范围为 0-999,总共可生成999个频率点，它是构成锁相式数字频率合 成器的主要单元电路之一，称之为程序分频器TN。按所需的分频比N，

26、预先输入百位、十位和个位的数据后，给4046锁相环相位比较器11（第 14引脚PDll），输入频率为fR的方波信号Ur；压控振荡器产生频率为fo的输出信号U。，经 程序分频器TN后，得到频率为fV的比较信号Uv，送至相位比较器11（第3引脚PD12）。这两 个信号在相位比较器II中进行比较，当锁相环锁定后，可得到：fR 二 fv其中：代入得：即：由此可知，fv = fo / NfR = fo/ Nfo=N*f R当fR固定不变时，改变三级程序分频器的分频比 N， VCO的输出振荡频率（也就是频率合成器的输出频率）f。就会得到相应地改变。这样，只要输入一个固定信号频率 fR,即可得到一系列所需要

27、的频率，其频率间隔等于 fR，对于选择不同的fR,则可以获得不同的fR频率间隔。例如：设输入的fR = 1. 024KHZ，N取为132,贝U第11页Fo = N*f R = 132*1. 024KHz=135. 168KHZ。2、实际使用的相位比较器与环路低通滤波器4046锁相环集成电路内部含有两个相位比较器，其中相位比较器I为异或门（即模二和结构）比较器，为使锁相范围最大，通常要求两个输入信号PD11，和PD2的占空比必须为50%的方波，而相位比较器II为过沿控制式比较器，它只由两个信号的上升沿作用，因此不要求 波形占空比为50%。由于本实验系统电路基本锁相环实验电路与锁相式数字频率合成器实验电路二者均组合 在一起，基于相位比较器的比较信号来自程序分频器电路，占空比非50%，因