高频电路仿真实验讲义.docx

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高频电路仿真实验讲义

高频电路（仿真）实验讲义

物理与电子工程学院

电子信息科学与技术

2013年9月

实验一、共射级单级交流放大器性能分析

一、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（Ro）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。

二、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>5～10UBE，

I1≈I2>5～10IB，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生变化。

UB=

VCCIC

IE

由上式可知，静态工作时，UB是由R1和R2共同决定的，而UBE一般是恒定的，在0.6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（深究来看，三极管的特性并非是完全线性的，在很多的情况下，必须计入考虑），例如，管子的受到激发而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，前提是只要电路设计的得当。

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，则会引起饱和失真；反之，三极管进入截止区，引起截止失真。

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AU=

，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=

，输入电阻Ri=R1∥R2∥[

]。

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。

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R1、R2。

（二）动态分析

动态分析时，实验中一直使用的信号。

F=1000HZ,Vpp=28mv。

如图1-3所示：

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：

、

图1-4放大倍数（加大输入电阻）

计算电压的放大倍数：

AU=UO/Ui

输入输出电阻的测量：

图1-5输入电阻的测试

图1-6输出电阻的测试

计算计算

和

（三）若是静态工作点设置不合适，则会引起失真。

如图1-7和图1-8所示。

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

图1-9有无发射极电容的影响

明显看出，在不加发射极电容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。

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。

试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

一、实验目的

（1）了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性

（2）了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化、负载变化对功率放大器工作状态的影响。

（3）掌握丙类放大器的计算与设计方法。

2．仿真电路

V1信号源频率1MHz,幅度1V。

示波器中上面波形为集电极波形；下面波形为功放的输入波形，由于谐振电路谐振在1MHz。

可按原理仿真过压、欠压和临界等情况，观察输出集电极电压波形。

二、实验内容及步骤

（一）构造实验电路

利用Mulisim软件绘制如图2-1所示的高频谐振功率放大器实验电路。

图2-1高频谐振功率放大器电路图

图2-3集电极波形图（欠压）V1=0.75V

图2-3集电极波形图（过压）V1=1.05V

（二）内容

（1）观察高频功率放大器丙类工作状态（欠压和过压）的现象，并分析其特点。

（2）观察丙类功放的调谐特性（负载上输出波形）。

测试丙类功放的负载特性。

（3）观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。

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

一、

正弦波振荡器

1．仿真目的

（1）掌握正弦波振荡器的基本组成，起振条件和平衡条件；

（2）掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，反馈系数和振荡频率；

（3）了解反馈式振荡器、各种三点式振荡器的特性及优缺点；

2．仿真电路

图3-1LC正弦波振荡器电路图

图3-2LC正弦波振荡器电路波形图

3．测试内容

（1）测试振荡器各元件的作用，即短路（或开路）该元件，观察振荡器的工作情况。

（2）进行LC振荡器波段工作研究，即测试振荡器在多宽的频率范围内能平稳工作。

（3）研究LC振荡器的静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

（4）测试LC振荡器的频率稳定度，即研究温度、电源电压和负载变化对振荡器频率稳定度的影响。

二、石英晶体振荡器

1．仿真目的

（1）掌握晶体振荡器的基本工作原理；

（2）研究外界条件（电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响；

（3）比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。

2．仿真电路

提示：

晶体不需外接负载电容（因负载电容和晶体组成一模块）

图3-3石英晶体振荡器电路图

（J1闭合）（J1闭合后断开）

图3-4石英晶体振荡器电路波形图

3．测试内容

（1）熟悉振荡器各元件的作用。

（2）在直流电源上叠加微变交流电压，观察振荡器的频率稳定度。

（3）改变

电容值、改变反馈系数观察振荡器的情况。

实验四信号调制解调电路仿真与测试

一、普通调幅波信号调制

1．仿真目的

（1）掌握用晶体三极管进行集电极调幅的原理和方法。

（2）研究已调波与调制信号及载波信号的关系。

（3）掌握调幅系数测量与计算的方法。

2．仿真电路

集电极调幅电路：

载波信号频率为46.5kHz,幅度峰峰值为5V；调制信号频率为4.65kHz,幅度为1.1V，这个幅度影响调幅度，仿真时变换调制信号幅度，观察调幅度的变化。

示波器上面波形为调制信号波形，下面为已调波波形。

图4-1普通调幅波信号调制电路图

图4-2普通调幅波信号波形图

3．测试内容

（1）测试丙类功放工作状态与集电极调幅的关系。

（2）观察调幅度、观察改变调幅度输出波形变化情况并计算调幅度。

二、FM调频波信号调制

1．仿真目的

（1）掌握变容二极管调频电路的原理。

（2）了解调频电路的调制特性及测量方法。

（3）观察调频波波形，观察调制信号振幅对频偏的影响。

（4）观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。

2．仿真电路

调频波：

从示波器上看到的波形频率变化不明显，从频率计（XFC1）可看出频率不停变化。

载波信号80kHz，调制信号3kHz，从示波器看不出明显的调频波频率的变化。

调频广播载波频率范围是（88~108）MHz，低频调制信号最高20kHz,从载波波形也看不出频率的变化。

图4-3FM调频波信号调制电路图

图4-4FM调频波信号波形图

3．测试内容

（1）测试变容二极管的静态调制特性，即拿掉

，保留直流电压

，观察

以及取其它值时振荡频率的变化，这时的振荡器属于压控振荡器。

（2）任务：

①观察调频波波形。

②观察调制信号振幅对频偏的影响。

③观察寄生调幅现象。

三、普通调幅波的解调

1．仿真目的

（1）进一步了解调幅波的性质，掌握调幅波的解调方法。

（2）掌握二极管峰值包络检波的原理。

（3）掌握包络检波器的主要性能指标，检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并考虑克服的方法。

2．仿真电路

峰值包络检波：

设置调幅度m=0.35,示波器中深红线为检波信号。

图4-5普通调幅波的解调电路图

图4-6普通调幅波的解调波形图

加大R9可观察到对角线失真。

在R5=510欧时可观察到负峰切割失真。

3．测试内容

（1）完成普通调幅波的解调。

（2）观察普通调幅波解调中的对角切割失真、底部切割失真以及检波器不加高频滤波时的现象。

实验五反馈控制电路仿真与测试

一、自动增益控制电路

1．仿真目的

（1）掌握AGC工作原理。

比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化情况

（2）掌握AGC主放大器的增益控制原理。

学会测量AGC的增益控制范围。

2．仿真电路

下面是AGC电路，载波信号是93kHz,调制信号0.93kHz.。

输入信号峰峰值8mV时，即有效值5.6mV，用万用表测输出电压（三极管Q2集电极）为1.62V，放大倍数接近300倍；加大输入信号到峰峰值18mV时，此时输入信号有效值为13.2mV,测量此时的输出信号电压为1.64V，放大倍数为126倍，AGC电路起了作用，放大倍数减小了。

图5-1自动增益控制电路图

图5-2自动增益控制电路波形图

示波器所示为AM信号源波形和R10～R12间输出检波波形。

3．测试内容

（1）比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化范围。

（2）测量AGC的增益控制范围。

9.7.2锁相环路的应用

1．仿真目的

（1）掌握锁相环锁相原理，了解用锁相环构成的调频波解调原理。

（2）学习用集成锁相环构成的调频波信号产生电路。

2．仿真电路

（1）PLL应用1：

产生FM信号，载波为1V、10kHz，调制信号为12mv、1kHz。

图5-3锁相环产生调频波电路图

图5-4锁相环产生调频波波形图

图5-5锁相环产生调频波参数设置

（2）PLL应用2：

调频波解调电路，解调信号含有高频寄生振荡。

图5-6锁相环解调调频波电路图

图5-7锁相环解调调频波波形图

图5-8锁相环解调调频波参数设置