通信电子线路实验通信DOC.docx

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通信电子线路实验通信DOC

通信电子线路实验

上海师范大学

信息与机电工程学院

前言

通信（高频）电子线路课程是大学本科电子类专业的必修课之一，其相应的实验课程，也是非常重要的。

它为学生巩固所学理论知识，开拓思路，增加动手能力提供了实践平台。

本系列实验参考了《电子线路－非线性部分》谢嘉奎主编、《高频电子线路》张肃文主编，等教材的相关内容而编写的。

实验内容包括振荡器、调频、调幅、波形变换、综合类实验等，约13个实验。

可以基本满足对理论教材的覆盖面。

如果需要，还可以延伸出更多相关的实验内容。

实验系统由实验平台和若干个独立实验模块组成，实验平台自带直流电源（＋12V、＋5V、－12V、－5V）。

实验模块以插板的形式插在实验平台上，除需调节和拨动的器件外，其它元件均焊接在PCB板上。

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，便于学生观察元件，又可对元件加以保护。

本实验课程内容适合高校通信和电子信息专业学生学习，若本教材在使用中发现不妥或错误之处，欢迎同学和老师指正。

上海师范大学

信息与机电工程学院

王晨王芳

2015.10于上海

实验一高频小信号调谐放大器

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、20MHz示波器一台

2、数字式万用表一块

3、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、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。

五、实验步骤

1、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、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

六、实验报告

1、按步实验并完成表1－1、1－2、1－3、1－4。

2、高频小信号放大器的主要技术指标有哪些？

实验二三点式LC振荡器与压控振荡器

一.实验目的

1了解三点式LC振荡器和压控振荡器的基本工作原理；

2学会使用科学的测量方法采集振荡器的相关技术数据；

3通过观察、比较,了解改变相关技术参数对振荡器工作状态的影响。

二.实验仪器

双踪示波器一台；数字式万用表一个；实验箱及正弦波振荡器模块一套

调试工具若干

三.实验原理

1三点式LC振荡器

三点式LC振荡器原理图如图2－1所示。

图2－1三点式LC振荡器原理图

图中，T2为可调电感，Q1与周边相关元件组成振荡器，Q2和R9、R10、C11等元件组成射极跟随器，Q3与周边相关元件组成电压放大器。

C6=100pF，C7=200pF，C8=330pF，C40=1nF。

通过控制K6、K7、K8的开闭，可改变振荡器的反馈系数。

设C7、C8、C40的组合电容为C∑，则振荡器的反馈系数F＝C6/C∑。

反馈电路不仅把输出电压的一部分送回输入端产生振荡，而且把晶体管的输入电阻也反映到LC回路两端。

F大，使等效负载电阻减小，放大倍数下降，不易起振。

另外，F的大小还影响波形的好坏，F过大会使振荡波形的非线性失真变得严重。

通常F约在0.01～0.5之间。

同时，为减小晶体管输入输出电容对回路振荡频率的影响，C6和C∑取值要大。

当振荡频率较高时，有时可不加C6和C∑，直接利用晶体管的输入输出电容构成振荡电容，使电路振荡。

忽略三极管输入输出电容的影响，则三点式LC振荡器的交流等效电路图如图2－2所示。

图1－2中，C5=33pF，由于C6和C∑均比C5大的

多，回路总电容C0可近似为：

（2－1）

则振荡器的频率f0可近似为：

（2－2）图1－2LC振荡器等效图

若调节T2则振荡器的振荡频率变化，当电感量L2变大时，f0将变小，振荡回路的品质因素变小，振荡输出波形的非线性失真也变大。

在实际应用中，C6和C∑不会远大于C5，且由于三极管输入输出电容的影响，在改变C∑，即改变反馈系数时，振荡器的频率也会变化。

本模块的实验电路在C11与Q3之间还有一级10.7MHz陶瓷滤波器电路，用来滤除石英晶体振荡器输出信号中的二次、三次谐波分量，以给其它模块提供载波信号。

由于受到模块大小的限制，故没有在模块上画出这部分电路图。

若LC振荡所产生信号的频率不在陶瓷滤波器的通带内，则在TP5处将不会有波形输出或输出信号幅度较小。

2压控振荡器

压控振荡器的实验原理图如图2-3所示。

图2-3压控振荡器原理图

Q1、Q2、Q3的作用与三点式LC振荡器相同，TP2和TP3是为其他实验二次开发留出的接口，在做压控振荡器实验的时候，连接TP2与TP3。

TP1是为调频实验留出的调制信号输入接口，C1、L1为调制信号耦合隔离电路，压控振荡器实验不涉及此部分电路。

R2、R3、W1为变容二极管D1提供直流反偏压VD。

C2、C3为变容二极管的接入电容（C2=5pF，C3＝10pF），设C2、C3的组合电容为CN，C7、C8、C40的组合电容为CM，忽略三极管输入输出电容的影响，则压控振荡器的交流等效电路如图2-4所示。

图2-4压控振荡器等效图

图中，C5=33pF，由于C6和CM均比C5大的多，则回路总电容C0可近似为：

（2－3）

则振荡器的频率f0可近似为：

（2－4）

参考图1－4，定义变容二极管的接入系数P为：

（2－5）

其中，CjQ是直流反偏压为VD时变容二极管的容量。

调节W1，则VD变化，CjQ也变化。

由式2－5可知，CN越大，变容二极管的接入系数P也越大，单位直流反偏压变化所引起的频偏也越大。

但为了减小高频电压对D1的作用和中心频率的漂移，通常将CN取的较小。

四.实验内容与步骤

1三点式LC振荡器

（1）连接实验电路

在实验箱上插入“正弦波振荡器”模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K4、K7、K8向下拨，K5、K6向上拨。

主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。

（2）测量LC振荡器的频率变化范围

用示波器在三极管Q2的发射极观察反馈输出信号的波形，用无感螺丝刀调节T2，记录（可用频率计）输出信号的频率f0的变化范围，比较波形的非线性失真情况，记录波形并将数据填入表2-1。

f0（MHz）

最小值

最大值

波形非线性失真（大、小）

表2-1

（3）观察反馈系数变化对输出信号的影响

用示波器在三极管Q2的发射极观察反馈输出信号Vo的波形，调节T2，使Vo的频率f1为10.7MHz，改变反馈系数F的大小（通过选择K6、K7、K8的拨动方向来改变），观察Vo和f1，记录波形（对应与不同的F）并将相应的数据填入表2-2。

反馈系数

Vop-p（V）

振荡器频率（MHz）

F=1/2

10.7

F=1/3

F=1/5

F=1/10

表2-2

（4）观察温度变化对三点式LC振荡器频率稳定度的影响

用一热源（如加热的烙铁）靠近T2，在Q2发射极观察输出信号频率的变化情况。

2压控振荡器

（1）连接实验电路

在实验箱上插入“正弦波振荡器”模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K3、K6、K8向下拨，K2、K4、K5、K7向上拨。

实验箱直流电源输出端GND接模块GND；＋12V接模块＋12V；TP2接TP3。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。

（2）观察直流反偏压、变容二极管接入电容对振荡器频率的影响。

①接入电容CN＝5pF

K2向上拨、K3向下拨，使变容二极管的接入电容CN＝5pF。

用万用表测变容二极管D1阴极对地的直流电压VD（在D1上方的军品插座处测量），调节W1，使VD从小变大，均匀选取多个VD，并用示波器在Q2发射极测量输出信号的频率f0，将数据填入表1－3。

②接入电容CN＝15pF

K2、K3都向上拨，使变容二极管接入电容CN＝15pF。

用万用表测变容二极管D1阴极对地的直流电压VD（在D1上方的军品插座处测量），调节W1，使VD从小变大，均匀选取多个VD，并用示波器在Q2发射极测量输出信号的频率f0，将数据填入表2-3。

接入电容

CN＝5pF

VD（V）

f0（MHz）

接入电容

CN＝15pF

VD（V）

f0（MHz）

表2-3

注意：

由于万用表输出电容的影响，将万用表接在D1两侧和不接在D1两侧时，Q2发射极信号的频率会不一样，所以万用表在测量直流电压后应取下，再用示波器在Q2发射极测信号频率。

五.思考题

1在对电路进行测量时，一般因被测参数种类的不同，应选用不同的仪器，以达到最佳的测量精度和效果。

本实验中，你在测量电压、信号频率时，选用了何种仪器？

为什么？

2调节电感时，为什么用无感螺丝刀？

调节时，应特别注意什么？

3若将LC振荡器的C5短路，K5上拨，电路工作状态如何？

为什么？

4压控振荡器通常是通过什么方法来控制信号频率的？

实验三波形变换电路

一.实验目的

1了解二极管限幅器的组成与工作原理；

2掌握用二极管实现非线性波形变换的基本原理；

3熟悉任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、三角波变正弦波的原理和方法。

二.实验仪器

双踪示波器一台；实验箱与综合实验模块一套；信号发生器一台；连接线若干

三.实验原理

1二极管限幅器

二极管限幅器的原理图如图3-1所示。

图3-1二极管限幅器实验原理图

输入信号从TP1处输入，输出信号在TT1处测试。

设输入信号电压为

，输出信号电压为

，二极管导通电压为

，二极管导通电阻为

。

（1）当

时，二极管D1、D2都截止，

，由于

远远小于

，则

。

（2）当

时，二极管D1、D2都导通，

由于

远远小于

，则

。

所以当

时输出信号波形就近似变为上、下顶部被削平的梯形波。

2任意波转方波、方波转脉冲波、方波转三角波、脉冲波转锯齿波

任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、脉冲波变锯齿波的原理图如图3-2所示。

图3-2若干波形转换原理图

（1）任意波转方波

任意波从TP11输入，经过双向限幅器（D9、D10）后送入比较器U5A的正向输入端，从TP13处输出方波。

此比较器为迟滞比较器，在过零点比较器的基础上引入正反馈电阻R43，用来抑制过零点附近的干扰。

R42和稳压二极管D11、D12起分压作用。

（2）方波转脉冲波

当TP12悬空时，比较器U5B的反向输入端由＋12V电源通过电阻R46，获得一个高于同向输入端的电压，其值等于二极管D13的导通电压，则比较器输出一个负的直流电压。

连接TP13和TP12，则TP13处的方波经过电容C16送入到比较器U5B的反向输入端。

当反向输入端电压发生正向变化时，由于D13的正向导通电阻很小，电压的变化大部分降落在C16上，比较器的反向输入端发生的变化不大，因此比较器的输出电压保持不变。

当反向输入端电压发生负向变化时，由于C16两端的电压不能发生突变，二极管反向截止，使比较器反相输入端发生负向变化，比较器输出发生正跳变。

在电源电压充电的作用下，C16右端电位逐渐升高，当反向输入端的电位过零点后，输出电压迅速变为负值。

直到反向输入端的第二个负跳变之前，比较器的输出一直为负电压。

如此反复，就可在TT4处得到正负交替的脉冲波，输出负脉冲的宽度由C16和R46决定。

（3）方波转三角波、脉冲波转锯齿波

方波转三角波、脉冲波转锯齿波用积分电路实现。

图3－2中，运放U6A组成积分器，R51用来克服运放失调和初始输出直流分量的不确定性。

开关K7向上波，选择方波进入积分器；K7向下拨，选择脉冲波进入积分器。

三角波和锯齿波在TT5处观察。

3三角波转正弦波

三角波变正弦波的方法有滤波法和折线法，本实验采用的是折线法。

原理图如图3-3所示，具体原理可参考高等教育出版社出版的《模拟电子技术基础》（第三版）（童诗白、华成英主编）或其他相关书籍。

图3-3三角波转正弦波原理图

四.实验内容与步骤

观察各波形变换的结果并进行比较分析。

1限幅器

（1）连接实验电路

在实验箱上插入“综合实验”模块，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9向左拨，实验箱直流稳压电源GND接模块GND，其他电源可不接。

（2）输入信号

TP1处输入频率f=1KHz，电压U=500mVPP的正弦波信号。

该信号由信号发生器提供。

（3）观察限幅器的输出

用示波器在TT1处观察，逐渐增大TP1处信号的幅度，观察TT1处信号波形的变化情况。

记录TT1处信号上下顶被削平时TP1处信号的峰峰值，并记录（画出）这2个波形（在同一个坐标系内）。

2任意波转方波、方波转脉冲波、方波转三角波、脉冲波转锯齿波

（1）连接实验电路

模块同前，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9向左拨，实验箱直流稳压电源的GND接模块GND，±12V接模块±12V。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的电压开关，K5、K6向右拨，K7放任意位置，此时，模块上的电源指示灯LED5、LED6亮。

（2）输入信号

TP11处输入频率f=1KHz，U=2VPP的正弦波或三角波信号（由低频信号源提供）。

（3）观察方波输出

用示波器在TP13处观察，记录此处信号的波形。

（4）观察三角波输出

开关K7向上拨，用示波器在TT5处观察，记录此处信号的波形。

（5）观察脉冲波输出

连接TP12与TP13，用示波器在TT4处观察，记录此处信号的波形。

（6）观察锯齿波输出

连接TP12与TP13，K7向下拨，用示波器在TT5处观察，记录此处信号的波形。

3三角波转正弦波

（1）连接实验电路

实验模块同前，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9向左拨，主板GND接模块GND，TP3接主板＋5V，TP5接主板－5V。

检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关。

（2）输入信号

TP2处输入频率f=20KHz，U=8VPP的三角波信号。

此信号由低频信号源提供。

（3）观察正弦波输出

用示波器在TT2处观察并记录输出波形

（4）改变分压电阻观察输出波形

去掉TP3与主板＋5V的连线以及TP5与主板－5V的连线。

TP4接主板＋5V，TP6接主板－5V。

TP2处输入信号不变，用示波器在TT2处观察并记录输出波形。

五．思考题

1双向限幅器的工作原理。

2试分析任意波转方波的过程原理。

3在三角波转正弦波的电路中，改变分压电阻对输出正弦波的影响如何。

实验四模拟乘法器调幅电路

一.实验目的

1理解模拟乘法器调制电路的工作原理；

2掌握测量调幅器相关参数的方法。

二.实验仪器

双踪示波器一台；BT-3扫频仪（选做）；实验箱与幅度调制与解调模块一套；

信号发生器一台；数字式万用表一只；调试工具一套

三.实验原理

所谓调幅，就是用低频调制信号去控制高频载波（振荡）信号的幅度，使载波的幅度随调制信号的规律而变化。

调幅波按其不同的频谱结构，可分为普通调幅信号（AM）；平衡调幅波或称为抑制载波的双边带调幅信号（DSB）和抑制载波及一个边带的单边带调幅信号（SSB）。

调幅的实质是将调制信号的频谱搬迁到载频的两侧，使其成为含有低频信息的调幅波。

这是一个频谱搬迁的过程。

从时域上考虑，这相当于将调制信号与载波信号相乘。

因而在低电平调制时，可以用模拟乘法器将调制信号与载波信号相乘来实现调幅。

若把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上，如：

晶体二极管、晶体三极管、模拟乘法器等，经过非线性变换电路的作用，就可以产生新的频率成分，在利用一定的带宽谐振回路选出所需的频率成分就能够实现调幅。

以下是电路简介。

乘法器调幅器电路图如图4-1所示。

图4-1乘法器调幅电原理图

模拟乘法器MC1496是常用的平衡调制/解调器，内部有8个有源晶体管。

本电路可用于调幅和解调及其他电路。

调制信号从TP2输入，载波从TP1输入。

适当调节调制信号与载波信号的幅度以及乘法器的静态偏置电压（调节W1），当模拟乘法器的4脚直流电压不为0时，TT1输出普通调幅信号（AM）；当模拟乘法器的4脚直流电压为0时，TT1输出平衡调幅信号（DSB）。

FL1为10.7MHz的陶瓷滤波器，它的作用是对TT1处调幅波进行滤波，得到抑制载波的单边带调幅信号（SSB）。

该信号可在TP4处观察到。

为兼容检波电路的滤波网络，在进行调制与检波实验时，调制信号的频率选择为1KHz，载波信号的频率选择为10.7MHz。

在观察平衡调幅波（DSB）的相位突变现象时，调制信号的频率可改为500KHz，载波信号的频率选择为11.2MHz。

AM波的波形图如下：

图4-2普通调幅波

A为最大振幅；B为最小振幅；Ma是普通调幅波的调制系数。

它是描述调幅波调制情况的一个物理量。

普通调幅波的包络反应了调制信号的变化规律，且波谷处的内部载波是连续变化的。

平衡调幅波如下图：

图4-3平衡调幅波

平衡调幅波的包络不反应调制信号的变化规律，它的内部载波在过0处有180度的翻转。

四.实验内容与步骤

1普通调幅（AM）波的测试

在实验箱主板上插入“幅度调制与解调”模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板±12V接模块±12V，检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1、K2向右拨。

此时模块上的电源指示灯LED1、LED2亮。

（1）在TP2处输入调制信号UΩ。

fΩ=100KHz；UΩ=700mVΩp-p（正弦波信号）

（2）在TP1处输入载波信号Ui。

fi=10.7MHz；Ui=500mVp-p（正弦波信号）

（以上信号均由信号发生器提供）。

（3）产生并观察AM波。

①用示波器探头接TT1处，观察输出信号，适当调节W1，以产生清晰的AM波。

画下此波形，测量出它的A与B，求出调制度M。

改变调制信号UΩ的大小，产生一个M=0.5的调幅波。

测量出此时的A与B，并画下该波形。

2平衡调幅（DSB）波的测试

①示波器探头接