高频电子线路指导书1.docx
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高频电子线路指导书1
高频电子线路
实验指导书
王东明
沈阳理工大学
实验要求
1.实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。
预习要求如下:
1)认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的估算。
2)完成各实验“预习要求”中指定的内容。
3)熟悉实验任务。
4)预习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
2.使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。
3.实验时接线要认真,相互仔细检查,确定无误才能接通电源,初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。
4.高频电路实验注意:
1)将实验板插入主机插座后,即已接通地线,但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。
2)由于高频电路频率较高,分布参数及相互感应的影响较大。
所以在接线时连接线要尽可能短。
接地点必须接触良好,以减少干扰。
3)做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波,应检查工作点设置是否正确,或输入信号是否过大。
5.实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源,保持现场,报告指导教师。
找出原因、排除故障,经指导教师同意再继续实验。
6.实验过程中需要改接线时,应关断电源后才能拆、接线。
7.实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验结果(数据、波形、现象)。
所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
8.实验结束后,必须关断电源、拔出电源插头,并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。
9.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。
实验一小信号调谐放大器…………………………………………………………1
1.单调谐回路谐振放大器
2.双调谐回路谐振放大器
实验二集中选择滤波式高频小信号放器…………………………………………5实验三丙类高频功率放大器实验…………………………………………………8实验四LC电容反馈三点式振荡器………………………………………………13实验五石英晶体振荡器…………………………………………………………17
实验六低电平振幅调制器………………………………………………………19
实验七高电平振幅调制器实验…………………………………………………23
实验八调幅波信号的解调实验……………………………………………………26
实验九变容二极管调频振荡器…………………………………………………30
实验十相位鉴频器实验…………………………………………………………34
实验十一集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器……………………………39实验十二集成电路(锁相环)构成的频率解调器…………………………………42
实验十三集成乘法器混频实验…………………………………………………44实验十四晶体管混频电路………………………………………………………47实验十五二次变频与鉴频实验…………………………………………………50
实验十六中放、检波与低放电路………………………………………………54
实验十七小功率调频/调幅发射机与接收机实验………………………………55
实验一调谐放大器
一、实验目的
1.熟悉电子元器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。
二、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。
3.
实验电路中,若电感量L=1μH,回路总电容C=220pf(分布电容包括在内),计算回路中心频率f。
三、实验仪器设备
1.双踪示波器
2.扫频仪
3.SP1461型高频信号发生器
4.毫伏表
5.万用表
6.TPE-GP4实验箱(实验区域:
单回路调谐放大器、双回路调谐放大器)
四、实验内容及步骤图1-1单调谐回路谐振放大器原理图
(一)单调谐回路谐振放大器。
1.实验电路见图1-1
(1).按图1-1所示连接电路(注意接线前先测量+12V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Re=1K
测量各静态工作点,计算并填表1.1
表1.1
实测
实测计算
根据VCE判断
V是否工作在放大区
原因
VB
VE
IC
VCE
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Vi~V0(在谐振点)
选R=10K,Re=1K。
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10.7MHz,调节CT2002使回路谐振,使输出电压幅度为最大。
此时调节Vi由0.02伏变到0.8伏,逐点记录V0电压,并填入表1.2。
Vi的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。
表1.2
Vi(V)
0.02
0.8
V0(V)
Re=1k
Re=500Ω
Re=2K
(2)当Re分别为500Ω、2K时,重复上述过程,将结果填入表1.2。
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R=10K,Re=1K。
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CT2002,使f0=10.7MHz。
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R=10K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10.7MHz,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f0=10.7MHz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1.3。
频率偏离范围可根据(各自)实测情况来确定。
表1.3
f(MHz)
10.7
V0
R=10KΩ
R=2KΩ
R=470Ω
计算f0=10.7MHz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2KΩ,470Ω时,重复上述测试,并填入表1.3。
比较通频带情况。
(二)双调谐回路谐振放大器
1.实验线路见图1-2
(1).用扫频仪调双回路谐振曲线
接线方法同上3(3)。
观察双回路谐振曲线,选Cc=3pf,反复调整CT2003、CT2004使两回路谐振在10.7MHz。
图1-2双调谐回路谐振放大器原理图
(2).测双回路放大器的频率特性按图1-2所示连接电路,将高频信号发生器输出端接至电路输入端,选Cc=3pf,置高频信号发生器频率为10.7MHz,反复调整CT2003、CT2004使两回路谐振,使输出电压幅度为最大,此时的频率为中心频率,然后保持高频信号发生器输出电压不变,改变频率,由中心频率向两边逐点偏离,测得对应的输出频率f和电压值,并填入表1.3。
表1.3
f(MHz)
10.7
V0
C=3pf
C=9pf
C=12pf
2.改变耦合电容Cc为9Pf、12Pf,重复上述测试,并填入表1.3。
(三)附:
天线输入回路的调整方法:
天线输入回路是无线电接收设备中必不可少的电路。
天线回路使用扫频仪调整,将扫频仪输出与检波探头同时加在M2001,调整CT2001,使输入回路谐振于10.7MHz。
在实际联机时,再作进一步调整。
五、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。
(1).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。
(2).双调谐回路耦合电容C对幅频特性,通频带的影响。
从实验结果找出单调谐回路和双调谐回路的优缺点。
5.本放大器的动态范围是多少(放大倍数下降1dB的折弯点V0定义为放大器动态范围),讨论IC对动态范围的影响。
实验二LC电容反馈式三点式振荡器
一、实验目的
1.熟悉电容三点式振荡器(考毕兹电路)、改进型电容三点式振荡器(克拉泼电路及西勒电路)的电路特点、结构及工作原理。
2.掌握振荡器静态工作点调整方法。
3.熟悉频率计、示波器等仪器的使用方法。
二、预习要求
1.复习LC振荡器的工作原理。
2.分析图3-1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β值为50)。
3.实验电路中,L1=10μH,若C=120pf,C’=680pf,计算当CT=50pf和CT=150pf时振荡频率各为多少?
三、实验仪器设备
1.双踪示波器
2.频率计
3.万用表
4.TPE-GP4高频综合实验箱(实验区域:
LC与晶体振荡器)
四、实验原理及电路简介:
1.实验原理:
振荡器是一种在没有外来信号的作用下,能自动地将直流电源的能量转换为一定波形的交变振荡能量的装置。
根据振荡器的特性,可将振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类,LC振荡器属于反馈式振荡器。
工作时它应满足两个条件:
1)相位条件:
反馈信号必须与输入信号同相,以保证电路是正反馈电路,即电路的总相移Σφ=φk+φF=n×3600。
2)振幅条件:
反馈信号的振幅应大于或等于输入信号的振幅,即│ẢF│≥1,式中Ả为放大倍数,F为反馈系数。
当振荡器接通电源后,电路中存在着各种电的扰动(如热噪声、晶体管电流的突变等),它们就是振荡器起振的初始激励。
经过电路放大和正反馈的作用,它们的幅度会得到不断的加强。
同时,由于电路中LC谐振回路的选频作用,只有等于其谐振频率的电压分量满足振荡条件,最终形成了单一频率的振荡信号。
2.电路特点:
图1为实验电路,V1001及周边元件构成了电容反馈振荡电路及石英晶体振荡电路。
V1002构成射极输出器。
S1001、S1002、S1003、J1001分别连接在不同位置时,就可分别构成考毕兹、克拉泼和西勒三种不同的LC振荡器以及石英晶体振荡器。
3.思路提示:
图二给出了几种振荡电路的交流等效电路图。
图二(a)是考毕兹电路,是电容三点式振荡电路的基本形式,可以看出晶体管的输出、输入电容分别与回路电容C1、C2相并联(为叙述方便,图中C1001、C1002等均以C1、
(a)考毕兹电路(b)克拉泼电路(c)西勒电路(d)皮尔斯电路
图二几种振荡电路计入Co、Ci时的交流等效电路
C2表示,其余类推),当工作环境改变时,就会影响振荡频率及其稳定性。
加大C1、C2的容值可以减弱由于Co、Ci的变化对振荡频率的影响,但在频率较高时,过分增加C1、C2,必然减小L的值(以维持震荡频率不变),从而导致回路Q值下降,振荡幅度下降,甚至停振。
图二(b)为克拉泼电路,回路电容1/CΣ=1/C3+1/(C2+Ci)+1/(C1+Co),因C3< 回路电容主要取决于C3,从而使晶体管极间电容的影响降低。 但应注意的是: C3改变,接入系数改变,等效到输出端的负载电阻RL也将随之改变,放大器的增益也会将发生改变,即C3↓→RL↓→增益↓,有可能因环路增益不足而停振。 图二(c)为西勒电路,同样有C3< 而接入系数为: 由于C4的接入并不影响接入系数,故对增益影响较小,这样不仅使电路的频率稳定性提高了,而且使得频率覆盖范围扩大。 图二(d)所示的是并联晶体振荡器(皮尔斯电路),该电路的振荡频率近似为晶体的标称频率,C5可以减小晶体管与晶体之间的耦合作用。 五、实验内容与方法: 1.实验内容: 1)分析电路结构,正确连接电路,使电路分别构成三种不同的振荡电路。 2)研究反馈大小及工作点对考毕兹电路振荡频率、幅度及波形的影响。 3)研究克拉泼电路中电容C1003-1、C1003-2、C1003-3对振荡频率及幅度的影响。 4)研究西勒电路中电容C1004对振荡频率及幅度的影响。 2.实验方法: 1)考毕兹电路: a)利用跳线端子将实验电路连接成考毕兹电路。 S1001开路 S1002按需要接入C1002的值 S1003接C1003-4(1000P) S1004开路 b)调整静态工作点,使Ue分别为1V、1.5V、2V时,测量C1=200pf、C1002=1000pf的幅度、频率及波形。 c)固定Ue=1V,C1=200pf,改变C1002的值,测量幅度、频率计波形。 2)克拉泼电路: a)利用跳线端子将实验电路连接成克拉泼电路。 S1001开路 S1002接入C1002-3=1000pf S1003按需要接入C1003的值 S1004开路 b)固定Ue=1.5V,C1001=200pf,C1002-3=1000pf,改变C1003的数值测量幅度、频率及波形。 3)西勒电路: a)利用跳线端子将实验电路连接成西勒电路。 S1001开路 S1002C1002-3(1000pf) S1003C1003-2(62pf) S1004按需要接入C1004的值 b)固定Ue=2V,C1001=200pf,C1002-3=1000pf,改变C1004的数值测量幅度、频率及波形。 c)求出西勒电路的频率覆盖系数。 六、实验报告要求 1.写明实验目的。 2.写明实验所用仪器设备。 3.画出实验电路的直流与交流等效电路,整理实验数据,分析实验结果。 4.以IEQ为横轴,输出电压峰峰值VP-P为纵轴,将不同C/C′值下测得的三组数据,在同一座标纸上绘制成曲线。 5.说明本振荡电路有什么特点。 实验三石英晶体振荡器 一、实验目的 1.了解晶体振荡器的工作原理及特点。 2.掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。 二、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.试画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振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。 三、实验仪器设备 1.双踪示波器 2.频率计 3.万用表 4.TPE-GP4高频综合实验箱(LC与晶体振荡器部分) 四、实验原理及电路简介 由于石英晶体具有正、反压电效应,因此可以做成谐振器使用。 与一般谐振回路相比,石英晶体谐振器有以下特点: 回路的标准性高,受外界影响小;接入系数 。 故而石英晶体谐振器的频率稳定度较高,可达10-4量级以上。 晶体振荡器可以分为两大类: 并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。 在并联型晶体振荡器中,晶体起等效电感的作用;在串联型晶体振荡器中,晶体起选频短路线的作用。 1.并联型晶体振荡器: 图1所示为并联型晶体振荡器(皮尔斯振荡器)的交流等效电路图,当振荡频率在晶体的串联谐振频率与并联谐振频率之间时晶体呈感性,满足三点式振荡器的组成原则,故可以振荡。 其振荡频率近似为晶体的标称频率,电路中与晶体串联的小电容可减小晶体管与晶体之间的耦合作用,同时,调整该电容可以微调振荡频率。 2.串联型晶体振荡器 图2所示为串联型晶体振荡器的交流等效电路图,晶体串联在反馈之路中,当谐振频率等于晶体的振荡频率时,晶体相当于短路,从而构成反馈式振荡器电路。 3.实际电路简介: 实际电路图见上节实验指导书中的图1,利用跳线端子J1001可以方便的切换为皮尔斯电路。 五、实验内容及步骤 1.短接跳线端子J1001,S1001、S1003和S1004开路,S1002作适当连接。 2.调整Rp1001和Rp1002,使输出幅度最大且失真最小。 3.比较S1002在三种不同位置时的波形与幅值。 4.测量频率稳定度: 将S1002置于S1002-2的位置,使C1002-2(510pf)接入电路,电源接通5分钟后在P1001处用频率计测试频率,以后每隔5分钟测量一次,共测7次,记录测试数据。 计算相对频率稳定度: 式中f0是标准频率(10.7MHz),f是实际测试频率 将实验结果与LC振荡器相比较。 六、实验报告要求 1.整理实验数据。 2.根据图2所示的串联型晶体振荡器交流等效等效电路,绘出实际完整电路图。 实验四低电平振幅调制器(利用乘法器) 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,并研究已调波与二输入信号的关系。 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、预习要求 1.预习幅度调制器有关知识。 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1496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特点,并画出其频谱图。 三、实验仪器设备 1.双踪示波器。 2.SP1461型高频信号发生器。 3.万用表。 4.TPE-GP4高频综合实验箱(实验区域: 乘法器调幅电路) 四、实验电路说明 图 幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。 变化的周期与调制信号周期相同。 即振幅变化与调制信 号的振幅成正比。 通常称高频信号为载波5-11496芯片内部电路图 信号,低频信号为调制信号,调幅器即为 产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器,图5-1为1496芯片内部电路图,它是一个四象限模拟乘法器的基本电路,电路采用了两组差动对由V1-V4组成,以反极性方式相连接,而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路,即V5与V6,因此恒流源的控制电压可正可负,以此实现了四象限工作。 D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。 进行调幅时,载波信号加在V1-V4的输入端,即引脚的⑧、⑩之间;调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端,即引脚的①、④之间,②、③脚外接 1KΩ电阻,以扩大调制信号动态范围,已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚⑹、⑿之间)输出。 用1496集成电路构成的调幅器电路图如图5-2所示,图中RP5002用来调节引出脚①、④之间的平衡,RP5001用来调节⑧、⑩脚之间的平衡,三极管V5001为射极跟随器,以提高调幅器带负载的能力。 五、实验内容及步骤 实验电路见图5-2 图5-21496构成的调幅器 1.直流调制特性的测量 1)载波输入端平衡调节: 在调制信号输入端P5002加入峰值为100mv,频率为1KHz的正弦信号,调节Rp5001电位器使输出端信号最小,然后去掉输入信号。 2)在载波输入端P5001加峰值为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VAB=0.1V为步长,记录RP5002由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压,注意观察相位变化,根据公式VO=KVABVC(t)计算出系数K值。 并填入表5.1。 表5.1 VAB VO(P-P) K 2.实现全载波调幅 1)调节RP5002使VAB=0.1V,载波信号仍为VC(t)=10sin2π×10.7×106t(mV),将低频信号Vs(t)=VSsin2π×103t(mV)加至调制器输入端P5002,画出VS=30mV和100mV时的调幅波形(标明峰一峰值与谷一谷值)并测出其调制度m。 2)载波信号VC(t)不变,将调制信号改为VS(t)=100sin2π×103t(mV)调节RP5002观察输出波形VAM(t)的变化情况,记录m=30%和m=100%调幅波所对应的VAB值。 3)载波信号VC(t)不变,将调制信号改为方波,幅值为100mV,观察记录VAB=0V、0.1V、0.15V时的已调波。 3.实现抑制载波调幅 1)调RP5002使调制端平衡,并在载波信号输入端IN1加VC(t)=10Sin2π×105t(mV)信号,调制信号端IN2不加信号,观察并记录输出端波形。 2)载波输入端不变,调制信号输入端IN2加VS(t)=100sin2π×103t(mV)信号,观察记录波形,并标明峰一峰值电压。 3)加大示波器扫描速率,观察记录已调波在零点附近波形,比较它与m=100%调幅波的区别。 4)所加载波信号和调制信号均不变,微调RP5001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。 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m=30%、m=100%、m>100%的调幅波形,在图上标明峰一峰值电压。 3.画出当改变VAB时能得到几种调幅波形,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,比较二者的区别。 5.画出实现抑制载波调幅时改变RP5001后的输出波形,分析其现象。 实验五高电平振幅调制器(集电极调幅)实验 一、实验目的 1.通过实验加深对于高电平调幅器的了解。 2.熟悉并掌握集电极调幅器的调整方法。 3.掌握调幅系数的测量方法。 二、预习要求 1.预习高电平幅度调制器的有关知识,并与低电平调幅器相对照。 2.了解高电平调幅器都有那些工作形式,以及构成高电平调幅器的基础电路。 三、实验仪器 1.双踪示波器 2.TPE-GP4高频综合实验箱[实验区域: 高频功放(调幅)及发射电路、LC与晶体振荡器、函数波发生器等部分] 3.万用表 四、高电平振幅调制电路工作原理简介 在无线电发送中,振幅调制的方法按功率电平的高低分为高电平调幅电路和低电平调幅电路两大类。 而普通调幅波的产生多用高电平调幅电路。 其优点是不需要采用效率低的线性放大器,有利于提高整机效率。 但他必须兼顾输出功率、效率和调幅线性的要求。 高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的,实际上它是一个输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器。 根据调制信号注入调幅器的方式不同,分为基极调幅、发射极调幅和集电极调幅三种,本实验是晶体
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