电路CAD实验报告.docx
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电路CAD实验报告
实验一LC与晶体振荡器电路
一、实验目的
1、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路与其工作原理。
2、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。
3、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。
4、比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。
二、实验元器件、仪器、仪表
THKGP系列高频电子实验1台;
双踪示波器:
20~40MHz;
频率计:
10MHz;
万用表:
1只;
电容:
510p:
1颗;1000p:
2颗;2200p一颗;
三、实验原理与参考电路
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2-1。
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。
(2)幅度起振条件:
式中:
gm——晶体管的跨导;
n——接入系数;
gL——晶体管的等效负载电导;
ge——晶体管的等效输入、输出电导;
n一般在0.1-0.5之间取值。
2.电容三点式振荡器
(1)电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器
图2-2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。
(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2-3所示,其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3,并加大C1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,从而大大减小了Ci和Co对频率稳定度的影响,且使频率可调。
(3)并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器
电路如图2-4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2-5所示。
四、实验内容与步骤
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。
电阻R101-R106为三极管BG101提供直流偏置工作点,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╳-╳”)便成为LC西勒振荡电路,改变C107可改变反馈系数,短接K101、K102、K1032-3,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,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L102(即短接K1042-3)。
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振荡器的输出频率约为1.5MHz,晶体振荡器的输出频率为6MHz,调节电阻R110,可调节输出的幅度。
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和实验单元的电源开关K100,电源指示发光二极管D4和D101点亮。
1.调整和测量西勒振荡器的静态工作点,并比较振荡器射极直流电压(Ue、Ueq)和直流电流(Ie、Ieq):
(1)组成LC西勒振荡器:
短接K1011-2、K1021-2、K1031-2、K1041-2,并
在C107处插入1000p的电容器,这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。
用示波器(探头衰减10)在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形,再用频率计测量其输出频率。
(2)调整静态工作点:
短接K1042-3(即短接电感L102),使振荡器停振,并测量三极管BG101的发射极电压Ueq;然后调整电阻R101的值,使Ueq=0.5V,并计算出电流Ieq(=0.5V/1K=0.5mA)。
(3)量发射极电压和电流:
短接K1041-2,使西勒振荡器恢复工作,测量BG102的发射极电压Ue和Ie。
(4)调整振荡器的输出:
改变电容C110和电阻R110值,使LC振荡器的输出频率f0为1.5MHz,输出幅度VLo为1.5VP-P。
2.观察反馈系数F对振荡电压的影响:
由原理可知反馈系数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)
500
1000
1500
2000
2500
VL(p-p)
1.85
1.60
1.45
1.30
1.00
3.测量振荡电压VL与振荡频率f之间的关系曲线,计算振荡器波段复盖系数fmax/fmin:
选择测试点TP102,改变C110值,测量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
f(KHz)
1335
1385
1435
1485
1535
1554
VL(p-p)
1.85
1.95
2.00
2.05
2.15
2.20
Fmax=1554KHz和Fmin=1335KHz,Fmax/Fmin=1.16
4.观察振荡器直流工作点Ieq对振荡电压VL的影响:
保持C107=1000p,fo=1.5MHz不变,然后按以上调整静态工作点的方法改变Ieq,并测量相应的VL,且把数据记入下表。
5.比较两类振荡器的频率稳定度:
Ieq(mA)
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
VL(p-p)
1.1
1.35
1.55
1.75
1.95
2.15
2.25
(1)LC振荡器
保持C107=1000p,Ueq=0.5V,f0=1.5MHz不变,分别测量f1在TP101处和f2在TP102处的频率,观察有何变化?
(2)晶体振荡器
短接K101、K102、K1032-3,并去除电容C107,再观测TP102处的振荡波形,记录幅度VL和频率f0之值。
波形:
(正弦波)幅度VL=(1.4VP-P)频率f0=(5.9993MHz)。
然后将测试点移至TP101处,测得频率f1=(5.9992MHz)。
根据以上的测量结果,试比较两种振荡器频率的稳定度△f/f0:
模拟乘法器调幅(AM、DSB)
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止载波双边带调幅方法。
2、研究已调波与调制信号以与载波信号的关系。
3、掌握调幅系数的测量与计算方法。
4、通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅波形。
5、了解模拟乘法器(MC1496)的工作原理,掌握调整与测量其特性参数的方法。
6、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。
二、实验原理
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,使高频振荡的振幅按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。
本实验中载波是465KHz高频信号,10KHz的低频信号为调制信号。
集成四象限模拟乘法器MC1496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,而实际上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。
MC1496的内部原理图和管脚功能如下图所示:
MC1496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)、NC空脚8)、CAR+载波信号输入正端
9)、NC空脚10)、CAR-载波信号输入负端
11)、NC空脚12)、OUT-负电流输出端
13)、NC空脚14)、V-负电源
实验电路说明
用MC1496集成电路构成的调幅器电路如下图所示。
图中W1用来调节引出脚1、4之间的平衡,器件采用双电源方式供电(+12V,-8V),所以5脚偏置电阻R15接地。
电阻R1、R2、R4、R5、R6为器件提供静态偏置电压,保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。
载波信号加在V1-V4的输入端,即引脚8、10之间;载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入,C2为高频旁路电容,使8脚交流接地。
调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端,即引脚1、4之间,调制信号VΩ经低频偶合电容E1从1脚输入。
2、3脚外接1KΩ电阻,以扩大调制信号动态X围。
当电阻增大,线性X围增大,但乘法器的增益随之减小。
已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚6、12之间)输出。
三、实验仪器与设备
高频电子线路综合实验箱;
高频信号发生器;
双踪示波器;
万用表。
四、实验内容与步骤
1、静态工作点调测:
使调制信号VΩ=0,载波VC=0,调节W1使各引脚偏置电压接近下列参考值:
管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电压V
0
-0.74
-0.74
0
-7.16
8.7
0
5.93
0
5.93
0
8.7
0
-8.2
R11、R12、R13、R14与电位器W1组成平衡调节电路,改变W1可以使乘法器实现抑止载波的振幅调制或有载波的振幅调制。
为了使MCl496各管脚的电压接近上表,只需要调节W1使1、4脚的电压差接近0V即可,方法是用万用表表笔分别接1、4脚,使得万用表读数接近于0V。
2、抑止载波振幅调制:
J1端输入载波信号VC(t),其频率fC=465KHz,峰-峰值VCP-P=500mV。
J5端输入调制信号VΩ(t),其频率fΩ=10KHz,先使峰-峰值VΩP-P=0,调节W1,使输出VO=0(此时ν4=ν1),再逐渐增加VΩP-P,则输出信号VO(t)的幅度逐渐增大,于TH3测得。
最后出现抑止载波的调幅信号。
3、全载波振幅调制,J1端输入载波信号Vc(t),fc=465KHz,VCP-P=500mV,调节平衡电位器W1,使输出信号VO(t)中有载波输出(此时V1与V4不相等)。
再从J5端输入调制信号,其fΩ=10KHz,当VΩP-P由零逐渐增大时,则输出信号VO(t)的幅度发生变化,最后出现有载波调幅信号的波形,如下图所示,记下AM波对应Vmmax和Vmmin,并计算调幅度m。
分别得到m=30%;m=50%和m=100%的AM。
4、加大VΩ,观察波形变化,比较全载波调幅、抑止载波双边带调幅的波形.集成电路(乘法器)构成解调器
解调全载波信号:
按调幅实验中实验内容获得调制度分别为30%,50%、100%与>100%的调幅波。
将它们依次加至解调器调制信号输入端J11,并在解调器的载波输入端J8加上与调幅信号相同的载波信号,分别记录解调输出波形,并与调制信号相比。
解调抑制载波的双边带调幅信号:
按调幅实验中实验内容的条件获得抑制载波调幅波,加至的调制信号输入端J11,观察记录解调输出波形,并与调制信号相比较。
五、实验数据
(1)全载波振幅调制
m
30%
50%
100%
Vmmax/mV
180
240
268
Vmmin/mV
97
68
0
波形如下:
m=30%:
m=50%
m=100%
m>100%
该波形已过调幅,这时调制信号振幅过大,即大于载波振幅的一般。
(2)解调全载波信号
m
30%
50%
100%
>100%
解调前Vp-p/mV
76
68
135
235
解调后Vp-p/mV
42
36
69
210
实验三频率调制与解调电路
一、设计任务与要求
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与其测量方法。
3.观察寄生调幅现象,了解其产生的原因与其消除方法。
4.了解第二伴音中频的性质。
5.了解集成宽带放大器工作原理。
6.了解斜率鉴频器的基本原理。
二、主要元器件、仪器、仪表
THKGP系列高频电子线路踪合实验箱;
扫频仪1台;
高频信号发生器;1台;
低频信号发生器1台;
双踪示波器1台;
频率计1台
万用表1只;
短路线:
3根。
三、实验原理与参考电路
1.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6-1所示。
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回路的电感和电容,就能达到控制振荡频率的目的。
若在LC振荡回路上并联一个变容二极管,如图4-2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。
2.电容耦合双调谐回路相位鉴频器
相位鉴频器的组成方框图如6-3示。
图中的线性移相网络就是频—相变换网络,它将输入调频信号u1的瞬时频率变化转换为相位变化的信号u2,然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器,检出反映频率变化的相位变化,从而实现了鉴频的目的。
图6-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。
这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成,线性移相网络采用耦合回路。
为了扩大线性鉴频的X围,这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。
图6-5(a)是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图,它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。
调频—调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器,耦合回路初级信号通过电容Cc耦合到次级线圈的中心抽头上,L1C1为初级调谐回路,L2C2为次级调谐回路,初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上,二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。
鉴频器输出电压u由C5两端取出,C5对高频短路而对低频开路,再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用,因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。
电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗,并为二极管提供直流通路。
图(a)中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合,只要改变Cp和Cm的大小就可调节耦合的松紧程度。
由于Cp的容量远大于Cm,Cp对高频可视为短路。
基于上述,耦合回路部分的交流等效电路如图6-5(b)所示。
初级电压u1经Cm耦合,在次级回路产生电压u2,经L2中心抽头分成两个相等的电压221u。
由图可见,加到两个二极管上的信号电压分别为:
uD1=2121u+u和uD2=2121uu−,随着输入信号频率的变化。
u1和u2之间的相位也发生相应的变化,从而使它们的合成电压发生变化,由此可将调频波变成调幅—调频波,最后由包络检波器检出调制信号。
四、实验内容与步骤
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路,然后按实验一的步骤接通实验箱的电源,并按下+12V总电源开关K1,-12V总电源开关K3,函数信号发生实验单元的电源开关K700和本单元电源开关K400,相对应的三个红色发光二极管和三个绿色二极管点亮。
1.振荡器输出的调整
(1)将切换开关K401的1-2接点短接,调整电位器W401使变容二极管D401的负极对地电压为+2V,并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。
(2)调整线圈L402的磁芯和可调电阻R404,使R407两端电压为1.7±0.05V
(用直流电压表测量),使振荡器的输出频率为6.5±0.02MHz。
(3)调整电位器W402,使输出振荡幅度为1.6VP-P。
2.变容二极管静态调制特性的测量
输入端J401无信号输入时,改变变容二极管的直流偏置电压,使反偏电压Ed在0~5.5VX围内变化,分两种情况测量输出频率,并填入下表。
Ed(v)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.5
f0MHz
不并C404
6.18
6.27
6.36
6.44
6.51
6.60
6.69
6.79
6.86
6.90
6.93
并C404
6.13
6.36
6.53
6.66
6.78
6.91
7.07
7.21
7.28
7.32
7.36
3.相位鉴频器鉴频特性的测试
(1)相位鉴频器的调整
扫频输出探头接TP403,扫频输出衰减30db,Y输入用开路探头接TP404,
Y衰减10(20db),Y增幅最大,扫频宽度控制在0.5格/MHz左右,使用内频标观察和调整6.5MHz鉴频S曲线,可调器件为L406,T401,C426,C428,C429五个元件。
其主要作用为:
T401、C428调中心6.5MHz至X轴线。
L406、C426调上下波形对称。
C429调中心6.5MHz附近的的线性。
(2)鉴频特性的测试
使高频信号发生器输出载波CW,频率6.5MHz,幅度0.4VP-P,接入输入端TP403,用直流电压表测量输出端TP405对地电压(若不为零,可略微调T401和C428,使其为零),然后在5.5MHz~7.5MHzX围内,以相距0.2MHz的点频,测得相应的直流输出电压,并填入下表。
f(MHz)
5.5
5.7
5.9
6.1
6.3
6.5
6.7
6.9
7.1
7.3
7.5
V0(mV)
-1150
-780
-570
-390
-200
0
290
710
1120
1220
1040
绘制f-VO曲线,并按最小误差画出鉴频特性的直线(用虚线表示)
(3)相位鉴频器的解调功能测量
使高频信号发生器输出FM调频信号,幅度为0.4VP-P,频率为6.5MHz,频偏最大,并接入电路输入端J403,在输出端TP405测量解调信号:
波形:
(正弦)波频率:
(1)K幅度:
(0.2)VP-P(允许略微调节T401)。
4.变容二极管动态调制特性的测量
在变容二极管调频器的输入端J401接入1K的音频调制信号Vi。
将K401的1-2短接,令Ed=2V,连接J402与J403。
用双踪示波器同时观察调制信号与解调信号,改变Vi的幅度,测量输出信号,结果填入下表。
V1(Vp-p)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
V0(Vp-p)
0.0
0.03
0.07
0.1
0.13
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.32
0.36
0.4
0.42
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