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高频电子线路实验指导书

南昌工程学院

《高频电子线路》实验指导书

通信工程、通信技术专业

杨清编

2012年9月

目录

高频电子线路E型实验箱总体介绍………………………………3

实验一高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器…8

实验二三点式LC振荡器及压控振荡器………………………14

实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）……………………19

实验四调幅语音通话……………………………………………23

高频电子线路E型实验箱总体介绍

一、概述

高频电子线路E型实验箱的实验内容主要是根据高等教育出版社出版的《高频电子线路》一书而设计的（作者张肃文），其中还参考了《电子线路－非线性部分》（作者谢嘉奎）、《高频电子线路》（作者曾兴雯）等教材的部分内容。

本实验箱由主机和14个模块组成，共设置了54个硬件实验和5个软件实验。

实验箱采用“积木式”结构，将实验所需的直流电源、频率计、信号源（带简易扫频源）设计成一个公共平台。

使用前请仔细阅读实验箱主板上的使用注意事项。

实验模块以插板的形式插在实验箱主板上，除需调节和拨动的元件外，其它元件均焊接在PCB板的反面。

模块正面印有实验电路图，便于学生理解实验原理。

反面使用透明盒罩，一方面便于学生观察元件，另一方面又可对元件加以保护。

二、主板简介

主机提供实验所需的直流电源、信号源（带简易扫频源）、频率计，它们作为实验工具不开设实验内容。

各单元使用方法介绍如下：

1、直流电源

本实验箱提供的直流电源是基于本实验箱实验的需求而设计的。

主机提供四路直流电源：

＋12V、＋5V、－12V、－5V，共直流地。

每路电源都有两个输出端口，分别放置在主板的左上方和右上方。

实验时，用实验箱所配置的单相三极电源线，连接220V交流电源和实验箱上侧的电源插座，打开实验箱右侧的船形开关，若正确连接则主板上的电源指示灯LEDf9和LEDf11亮。

此时，各直流电源端口均有相应的直流电压输出。

实验时，应根据模块的位置就近选择所需的直流电源输出端口。

2、低频信号源

本实验箱提供的低频信号源是基于本实验箱实验的需求而设计的。

可输出正弦波、三角波和方波信号，频率范围分别为：

1Hz～10MHz、1Hz～1MHz、1Hz～1MHz。

数码管LED900～LED907用于显示输出信号的频率，单位为Hz。

LED900～LED907依次为10MHz、MHz、100KHz、10KHz、KHz、100Hz、10Hz和Hz位。

若输出信号频率为Hz级，则LED900～LED906不显示。

若输出信号频率为10Hz级，则LED900～LED905不显示。

输出信号频率为其它情况时以此类推。

本低频信号源带简易扫频源的功能，可产生扫频信号用于定性检测外部网络的频率特性，共有两个扫频频段，分别为10KHz～100KHz和100KHz～1MHz。

Vout为正弦波、三角波、方波和扫频信号的输出端口，Vi和Vo分别为扫频源的检波输入端和检波输出端。

将Vout处扫频信号接到外部网络的输入端，再将外部网络的输出与Vi连接，就可用示波器在Vo处定性观察外部网络的频率特性曲线。

低频信号源的使用方法介绍如下：

（1）开机

接通主机电源，按下开关Power1和Power2，则低频信号源的电源指示灯D100和D101亮。

数码管LED900～LED903不显示，LED904～LED907分别显示1、0、0、0，即开机默认输出1KHz的正弦波信号。

（2）波形选择

按键TYPE用于改变输出信号的波形，在正弦波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为三角波；在三角波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为方波；在方波输出的情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为正弦波。

依此顺序按动TYPE键，则循环输出这三种波形。

（3）频率选择

按键RIGHT和LEFT用于选择当前需修改位，开机默认当前修改位为KHz位（LED904）。

在非扫频输出的状态下，按一次RIGHT键则修改位右移一位；按一次LEFT键则修改位左移一位。

被选中的当前修改位会闪烁显示。

按键UP和DOWN用于修改当前修改位的数值。

在选中当前修改位的情况下，按一次UP键，则当前修改位的数值加1；按一次DOWN键，则当前修改位的数值减1。

当当前修改位的数值为所需的数值时，按下ENTER键确定操作，当前修改位会停止闪烁，则Vout处输出所需频率的信号。

在当前修改位的数值为9的情况下，按一次UP键，则当前修改位数值为0，其左边显示数值加1且当前修改位不变。

如在显示频率为1999Hz且当前修改位为10Hz位时，按一次UP键，则显示频率变为2009Hz且当前修改位仍为10Hz位。

在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值不为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位且原当前修改位不显示。

如在显示频率为1100Hz且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为100Hz且当前修改位为100Hz位。

在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位（且该位数值变为9）且原当前修改位不显示。

如在显示频率为1000Hz且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为900且当前修改位为100Hz位。

在当前修改位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位的数值变为9且当前修改位左边显示的数值减1。

如在显示频率为100Hz且当前修改位为Hz时，按一次DOWN键，则显示频率变为99Hz且当前修改位不变。

（4）幅度调节

双刀三掷开关U70用于选择输出信号幅度的衰减量，U70拨到最上端、中间和最下端时，衰减量分别为0dB、20dB和40dB。

即U70用于输出信号幅度的粗调。

“幅度调节”电位器用于对输出信号的幅度进行细调，当衰减量为0dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为1.5V～15V；当衰减量为20dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为150mV～1.5V；当衰减量为40dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为80mV～150mV。

说明：

当输出信号的峰峰值较小时，由于噪声干扰相对较大，输出信号波形会有抖动，属于正常现象。

（5）占空比调节

在输出信号为方波的情况下，调节“占空比调节”电位器可改变方波的占空比。

说明：

严格地说，方波是指占空比为50％的矩形波，当占空比不为50％时，只能称为矩形波。

本实验指导书此处不做区别。

（6）直流电平调节

在任意波形输出或扫频输出的情况下，调节“电平调节”电位器，可改变输出信号的直流量。

（7）扫频输出

在点频输出的情况下，按一次SWEEP键，则Vout输出10KHz～100KHz的扫频信号；连续按两次SWEEP键，则Vout输出100KHz～1MHz的扫频信号；连续按三次SWEEP键，则回到输出扫频前的状态。

（8）复位

在通电后的任意情况下，按下RESET键，则信号源复位，恢复到输出1KHz正弦波信号的状态。

3、高频信号源

本实验箱提供的高频信号源是基于本实验箱实验的需求而设计的。

可输出10MHz～120MHz的正弦波。

Power3为高频信号源部分的电源开关，D1为电源指示灯。

数码管LED6～LED1用于显示输出信号的频率，单位分别为100MHz、10MHz、MHz、100KHz、10KHz、KHz。

（1）开机

接通主机电源，按下开关Power3，则电源指示灯D1亮。

数码管LED6～LED1显示010.700，即开机默认输出10.7MHz的正弦波信号。

（2）输出接口选择

OUT1用于输出10MHz～20MHz的信号，信号幅度较小，主要用于小信号实验。

OUT2用于输出20MHz～70MHz的信号，其中10MHz～20MHz信号的幅度相对OUT1处较大。

OUT3用于输出70MHz～120MHz的信号，AGND为本信号源地，与主板共地。

当输出信号的频率较高时，需使用射频座接口。

本实验箱所开设实验的载波信号一般为10.7MHz，其它未使用的频段信号仅供用户参考使用。

（3）频率选择

开机默认当前修改位为KHz位（LED1），每按动一次SELECT键，则当前修改位向左移动一位且闪烁显示。

选中当前修改位后，每按动一次UP或DOWN键，则当前修改位的数值加一或减一。

当当前修改位的数值为所需的数值时，按一下ENTER键确定操作，当前修改位停止闪烁，OUT1（或OUT2、OUT3）处输出所需频率的信号。

注意：

本信号源的UP键和DOWN键不进位和退位，即：

在当前修改位的数值为9的情况下，按一次UP键，当前修改位数值变为0，其它数码管显示数值不变。

在当前修改位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，当前修改位数值仍为0，其它数码管显示的数值也不变。

（4）幅度调节

“幅度调节”电位器用于调节输出信号的幅度，调节时请勿将电位器调节到两个最底端。

（5）扫频

本高频信号源自带简易扫频源，用于定性分析外部网络的特性。

扫频频段有六段：

信号输出频率（小于20MHz）～20MHz、20MHz～30MHz、30MHz～50MHz、50MHz～70MHz、70MHz～90MHz、90MHz～120MHz。

在点频输出的情况下，每按动一次TYPE键，则进入相应扫频频段。

如在10.7MHz点频输出的情况下，按动一次TYPE键，则进入10.7MHz～20MHz的扫频频段。

数码管LED1显示1（表示第1频段），同时用示波器在相应输出接口处观察，信号频率由10.7MHz逐渐向20MHz靠近，当信号频率为20MHz时，LED1所显示的1消失，LED6～LED1显示010.7000，即扫频前的信号频率值。

连续按动TYPE键，则扫频频段依次为20MHz～30MHz、30MHz～50MHz、50MHz～70MHz、70MHz～90MHz、90MHz～120MHz（注意选择输出接口，以便正确观察）。

当点频输出信号频率大于20MHz时，要根据点频所处的频段，按动相应的次数才能开始扫频。

如在点频输出为35MHz，按动两次TYPE键，则进入35MHz～50MHz的扫频状态，LED1显示3（表示第3频段），同时用示波器在相应输出接口处观察，信号频率由35MHz逐渐向50MHz靠近，当信号频率为50MHz时，LED1所显示的3消失，LED6～LED1显示035000，即扫频前的信号频率值。

连续按动TYPE键，则扫频频段依次为50MHz～70MHz、70MHz～90MHz、90MHz～120MHz（注意选择输出接口，以便正确观察）。

在扫频频段为第六频段的情况下，再次按动TYPE键，不进入第一频段，即扫频频段不循环。

在扫频状态下，按动ENTER键，则信号源回到扫频前的状态。

（6）复位

在通电后的任意情况下，按下RESET键，则信号源复位，恢复到输出10.7MHz正弦波信号的状态。

4、频率计

本实验箱提供的频率计是基于本实验箱实验的需要而设计的。

它适用于频率范围为20Hz～100MHz，峰峰值Vp-p=100mV～5V的信号。

开关Power4为频率计部分的电源开关，LEDf10为电源指示灯。

信号从“频率输入”处的二号台阶插座或射频座输入。

测试高频信号源输出的较高频率信号时，需使用实验箱所配置的射频线进行连接。

开关Sf1用于给不同频段的信号选择输入匹配通道。

当输入信号频率低于10MHz时，Sf1向下拨；当输入信号的频率高于10MHz时，Sf1向上拨。

数码管LEDf1～LEDf8用于显示所测信号的频率。

其中，前6个数码管显示有效数字，第8个数码管显示10的幂，单位为Hz。

第7个数码管显示“—”，用于间隔前6个数码管和第8个数码管（如显示10.7000—6，则频率为10.7MHZ）。

若输入信号频率为10MHz以上，则测试精度为50ppm；若输入信号为10MHz以下，则测试精度为20ppm。

若输入信号为1KHz以下，则可能有个位偏差。

三、模块介绍

基本模块：

1、小信号放大器模块：

　　可完成高频小信号调谐放大器（单级单调谐、单级双调谐、两级单调谐、两级双调谐）、场效应管谐振放大器、集成选频放大器和三极管倍频器等部分的实验。

2、高频功率放大器模块：

　　可完成高频谐振功率放大器、集成高频功率放大器、宽带功率放大器和集电极调幅部分的实验。

3、正弦波振荡器模块：

　　可完成三点式LC振荡器及压控振荡器、石英晶体振荡器、RC振荡器、集成电路振荡器和变容二极管调频部分的实验。

4、混频器模块

　　可完成二极管环形混频器、三极管混频器、场效应管混频器和乘法器混频部分的实验。

5、幅度调制与解调模块：

　　可完成乘法器调幅（AM、DSB、SSB）、二极管峰值包络检波、同步检波和小信号检波部分的实验。

6、角度调制模块：

　　可完成直接调频、间接调频（选做）、锁相环调频和集成调频电路部分的实验。

7、角度解调模块：

　　可完成锁相环鉴频、脉冲计数式鉴频、乘法器鉴频、相位鉴频器、斜率鉴频器和集成鉴频电路部分的实验。

扩展模块：

1、面包板模块：

可与综合模块、选频网络模块、角度调制模块等相结合用于二次开发实验的调试和设计。

2、频率合成模块：

　　可完成直接数字式频率合成（DDS）、—数字锁相环路法频率合成器（PLL）、自动增益控制（AGC）和自动频率控制（AFC）部分的实验。

3、选频网络模块：

　　可完成LC串并联谐振回路（选做）、LC低通滤波器、LC集中选择性滤波器（选做）、RC有源（低通、高通、带通、带阻）滤波器（选做）、石英晶体、器陶、声表面波滤波器（选做）和T型网络、π型网络（选做）部分的实验。

4、数字调制与解调模块：

　　可完成CPLD实验（数字基带信号的产生）、ASK调制与解调、FSK调制与解调和PSK/DPSK调制与解调电路部分的实验。

5、综合模块：

　　可完成波形变换（二极管限幅、三角波变正弦波、任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、脉冲波变锯齿波）、加法器和语音传输系统部分的实验。

6、视频传输模块：

　　可完成视频传输系统部分的实验。

7、红外调频收发模块：

　　可完成红外编解码系统、调频/调幅接收系统、调频发射系统和单双工通信系统部分的实验。

其中，幅度调制与解调模块与综合模块联合可实现调幅语音通话实验；角度调制模块、角度解调模块、综合模块联合可实现调频语音通话实验。

另外还有5个软件仿真实验：

（1）滤波器的设计及ADS仿真

（2）高频小信号单调谐放大器的仿真

（3）丙类功率放大器的仿真

（4）LC振荡器的仿真

（5）乘法器调幅的仿真

说明：

用户可对各模块进行组合，开发出新的实验，也可挂接自己开发的模块。

做实验时应把具有相应实验内容的模块插在主板上。

实验一高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器

一、实验目的

1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；

2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。

二、实验内容

1、测量各放大器的电压增益；

2、测量放大器的通频带与矩形系数（选做）；

3、测试放大器的频率特性曲线（选做）。

三、实验仪器

1、BT-3扫频仪（选做）一台

2、20MHz示波器一台

3、数字式万用表一块

4、调试工具一套

四、实验基本原理

1、单级单调谐放大器

图1－1单级单调谐放大器实验原理图

实验原理图如图1－1所示，本实验的输入信号（10.7MHz）由正弦波振荡器模块的石英晶体振荡器或高频信号源提供。

信号从TP5处输入，从TT2处输出。

调节电位器W3可改变三极管Q2的静态工作点，调节可调电容CC2和中周T2可改变谐振回路的幅频特性。

2、单级双调谐放大器

图1－2单级双调谐放大器实验原理图

实验原理图如图1－2所示，单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。

两个谐振回路通过电容C20（1nF）或C21（10nF）耦合，若选择C20为耦合电容，则TP7接TP11；若选择C21为耦合电容，则TP7接TP12。

3、双级单调谐放大器

图1－3双级单调谐放大器实验原理图

实验原理图如图1－3所示，若TP5处输入信号的峰峰值为几百毫伏，经过第一级放大器后可达几伏，此信号幅度远远超过了第二级放大器的动态范围，从而使第二级放大器无法发挥放大的作用。

同时由于输入信号不可避免地存在谐波成分，经过第一级谐振放大器后，由于谐振回路频率特性的非理想性，放大器也会对残留的谐波成分进行放大。

所以在第一级与第二级放大器之间又加了一个陶瓷滤波器（FL3），一方面滤除放大的谐波成分，另一方面使第二级放大器输入信号的幅度满足要求。

实验时若采用外置专用函数信号发生器，调节第一级放大器输入信号的幅度，使第一级放大器输出信号的幅度满足第二级放大器的输入要求，则第一级与第二级放大器之间可不用再经过FL3。

4、双级双调谐放大器

图1－4双级双调谐放大器实验原理图

实验原理图如图1－4所示，第一级放大器两谐振回路的耦合电容（C20、C21）可选，第二级放大器两谐振回路的耦合电容不可选（固定为C26，1nF），两级放大器之间是否接FL3及相应原因与两级单调谐放大器相同。

五、实验步骤

1、计算选频回路的谐振频率范围

若谐振回路的电感量L=1.8uH～2.4uH，回路总电容C=105pF～125pF（分布电容包括在内），根据公式

计算谐振回路谐振频率

的范围。

2、单级单调谐放大器

（1）连接实验电路

在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

TP9接地，TP8接TP10。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。

（2）静态工作点调节

K5向左拨（即关闭电路电源），TP5接地，然后K5向右拨。

用万用表测三极管Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。

说明：

本实验箱的所有实验，改接线的操作均要在断电的情况下进行，以后关于断电改接线的操作步骤不再重复说明。

（3）测量放大器电压增益

去掉TP5与地的连线，由正弦波振荡器模块或高频信号源提供输入信号Vi。

1）输入信号Vi由正弦波振荡器模块提供，参考实验九产生10.7MHz的正弦波信号Vi，操作步骤如下：

①在主板上正确插好正弦波振荡器模块，该模块开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。

主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V，检查连线正确无误后，开关K1向右拨。

若正确连接，则该模块上的电源指示灯LED1亮。

②用示波器在正弦波振荡器模块的TT1处测量，输出信号应为正弦波，频率为10.7MHz。

调节该模块的W2可改变TT1处信号的幅度（注意W2不要调到两个最底端）。

此信号即为本实验的输入信号Vi，从TP5处引出。

③正弦波振荡器模块的TP5接小信号放大器模块的TP5，调节正弦波振荡器模块的W2使小信号放大器模块TP5处信号Vi的峰峰值Vip-p为400mV左右。

④用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。

记录各数据，填表1－1。

2）输入信号Vi由高频信号源提供，参考高频信号源的使用方法，用高频信号源产生频率为10.7MHz，峰峰值约400mV的正弦信号，将此信号输入到小信号放大器模块的TP5。

用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。

记录各数据，填表1－1。

表1－1

Vip-p（V）

Vop-p（V）

电压放大倍数

（4）测量放大器的通频带、矩形系数（选做）

放大器通频带的测量方法有两种：

扫频法和逐点法。

扫频法即用BT-3扫频仪直接测试。

使用BT-3扫频仪测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。

在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。

注意：

扫频仪的输出不要太大以免超过放大器的动态范围，检波头的方向不要接反。

逐点法即用外置专用信号源做扫频源，用信号源输出幅度相同频率逐步变化的信号作为放大器的输入，逐点记录相应输出信号的大小，然后描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。

在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1处的带宽

或0.01处的带宽

。

则矩形系数

，

，其中

为放大器的通频带。

3、单级双调谐放大器

（1）连接实验电路

在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

TP6接TP13，TP7接TP11（选择C20为耦合电容），TP14接TP10。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。

（2）静态工作点调节

TP5接地，用万用表测Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压约为5V。

（3）测量放大器电压增益

①去掉TP5与地的连线，参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi（Vip-p约400mV）。

将Vi输入到小信号放大器模块的TP5处。

②用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节该模块的T2、T3、CC2、CC3，并适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。

记录各数据，填表1－2。

表1－2

Vip-p（V）

Vop-p（V）

电压放大倍数

注意：

不要用示波器探头直接在耦合电容（C20、C21）的两侧测量，因为示波器探头的输入电容会影响谐振回路的特性。

4、双级单调谐放大器

（1）连接实验电路

在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

TP9接地，TP17接TP6，TP20接地，TP19接TP10。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。

（2）静态工作点调节

TP5接地，用万用表测Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压约为5V。

TP16接地，用万用表测Q3发射极对地的直流电压，调节W4使此电压约为5V。

（3）测量放大器电压增益

①去掉TP5与地及TP16与地的连线，TP8接TP15。

参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi1（Vi1p-p约400mV）。

将Vi1输入到小信号放大器模块的TP5处。

②用示波器在TP8处测量，调节T2、CC2，使TP8处信号Vo1的峰峰值Vo1p-p约为4V。

③用示波器在TT2处测量，调节T4、CC4，并适当调节该模块的W3、W4，使TT2处信号最大不失真，记录此时输出信号Vo2的峰峰值Vo2p-p。

用示波器在TP16处测量第二级放大器输入信号Vi2的峰峰值Vi2p-p，记录各数据，填表1－3。

表1－3

Vi1p-p（V）

Vi2p-p（V）

Vo1p-p（V）

Vo2p-p（V）

两级放大器电压放大倍数

5、双级双调谐放大器

（1）连接实验电路

在主板上正确插好小信号放大器模块，K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

TP6接TP13，TP17接TP22，TP17接TP6，