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2.单调谐回路谐振放大器实验电路
单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。
其基本部分与图1-1相同。
图中,1C2用来调谐,1K02用以改变集电极电阻,以观察集电极负载变化对谐振回路(包括电压增益、带宽、Q值)的影响。
1W01用以改变基极偏置电压,以观察放大器静态工作点变化对谐振回路(包括电压增益、带宽、Q值)的影响。
1Q02为射极跟随器,主要用于提高带负载能力。
五、实验步骤
1.实验准备
(1)插装好单调谐回路谐振放大器模块,接通实验箱上电源开关,按下模块上开关1K01。
(2)接通电源,此时电源指示灯亮。
2.单调谐回路谐振放大器幅频特性测量
测量幅频特性通常有两种方法,即扫频法和点测法。
扫频法简单直观,可直接观察到单调谐放大特性曲线,但需要扫频仪。
点测法采用示波器进行测试,即保持输入信号幅度不变,改变输入信号的频率,测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度,然后画出频率与幅度的关系曲线,该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
(1)扫频法,即用扫频仪直接测量放大器的幅频特性曲线。
用扫频仪测出的单调谐放大器幅频特性曲线如下图:
图1-3扫频仪测量的幅频特性
(2)点测发,其步骤如下:
①1K02置“off“位,即断开集电极电阻1R3,调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右(用三用表直流电压档测量1R1下端),这样放大器工作于放大状态。
高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端(1P01)。
示波器CH1接放大器的输入端1TP01,示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02,调整高频信号源频率为6.3MHZ
(用频率计测量),高频信号源输出幅度(峰-峰值)为200mv(示波器CH1监测)。
调整单调谐放大器的电容1C2,使放大器的输出为最大值(示波器CH2监测)。
此时回路谐振于6.3MHZ。
比较此时输入输出幅度大小,并算出放大倍数。
②按照表1-2改变高频信号源的频率(用频率计测量),保持高频信号源输出幅度为200mv(示波器CH1监视),从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值,并把数据填入表1-2。
表1-2
输入信号频率f(MHZ)
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
6.0
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
7.0
7.1
输出电压幅值U(mv)
③以横轴为频率,纵轴为电压幅值,按照表1-2,画出单调谐放大器的幅频特性曲线。
3.观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。
顺时针调整1W01(此时1W01阻值增大),使1Q01基极直流电压为1.5V,从而改变静态工作点。
按照上述幅频特性的测量方法,测出幅频特性曲线。
逆时针调整1W01(此时1W01阻值减小),使1Q01基极直流电压为5V,重新测出幅频特性曲线。
可以发现:
当1W01加大时,由于ICQ减小,幅频特性幅值会减小,同时曲线变“瘦”(带宽减小);
而当1W01减小时,由于ICQ加大,幅频特性幅值会加大,同时曲线变“胖”(带宽加大)。
用扫频仪测出不同工作点时的特性曲线,如下图:
1Q01基极直流电压为1.5V时扫频曲线1Q01基极直流电压为5V时扫频曲线
4.观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响
当放大器工作于放大状态下,按照上述幅频特性的测量方法测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线。
当不接1R3时,集电极负载增大,幅频特性幅值加大,曲线变“瘦”,Q值增高,带宽减小。
而当接通1R3时,幅频特性幅值减小,曲线变“胖”,Q值降低,带宽加大。
用扫频仪测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线,如下图:
不接1R3时的幅频特性曲线接1R3时的幅频特性曲线
六、实验报告要求
1.对实验数据进行分析,说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响,并画出相应的幅频特性。
2.对实验数据进行分析,说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响,并画出相应的幅频特性。
3.总结由本实验所获得的体会。
实验8集成乘法器幅度调制电路
●幅度调制
●用模拟乘法器实现幅度调制
●MC1496四象限模拟相乘器
●集成乘法器幅度调制电路模块
1.通过实验了解振幅调制的工作原理。
2.掌握用MC1496来实现AM和DSB的方法,并研究已调波与调制信号,载波之间的关系。
3.掌握用示波器测量调幅系数的方法。
1.模拟相乘调幅器的输入失调电压调节。
2.用示波器观察正常调幅波(AM)波形,并测量其调幅系数。
3.用示波器观察平衡调幅波(抑制载波的双边带波形DSB)波形。
4.用示波器观察调制信号为方波、三角波的调幅波。
所谓调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡(载波)的幅度,使其成为带有低频信息的调幅波。
目前由于集成电路的发展,集成模拟相乘器得到广泛的应用,为此本实验采用价格较低廉的MC1496集成模拟相乘器来实现调幅之功能。
1.MC1496简介
MC1496是一种四象限模拟相乘器,其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图8-1所示。
由图可见,电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对(T1~T4),且这两组差分对的恒流源管(T5、T6)又组成了一个差分对,因而亦称为双差分对模拟相乘器。
其典型用法是:
⑻、⑽脚间接一路输入(称为上输入v1),⑴、⑷脚间接另一路输入(称为下输入v2),⑹、⑿脚分别经由集电极电阻Rc接到正电源+12V上,并从⑹、⑿脚间取输出vo。
⑵、⑶脚间接负反馈电阻Rt。
⑸脚到地之间接电阻RB,它决定了恒流源电流I7、I8的数值,典型值为6.8kΩ。
⒁脚接负电源8V。
⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。
由于两路输入v1、v2的极性皆可取正或负,因而称之为四象限模拟相乘器。
可以证明:
,
因而,仅当上输入满足v1≤VT(26mV)时,方有:
才是真正的模拟相乘器。
本实验即为此例。
图8-1MC1496内部电路及外部连接
2.MC1496组成的调幅器实验电路
用1496组成的调幅器实验电路如图8-2所示。
图中,与图8-1相对应之处是:
8R08对应于RT,8R09对应于RB,8R03、8R10对应于RC。
此外,8W01用来调节
(1)、(4)端之间的平衡,8W02用来调节(8)、(10)端之间的平衡。
8K01开关控制
(1)端是否接入直流电压,当8K01置“on”时,1496的
(1)端接入直流电压,其输出为正常调幅波(AM),调整8W03电位器,可改变调幅波的调制度。
当8K01置“off”时,其输出为平衡调幅波(DSB)。
晶体管8Q01为随极跟随器,以提高调制器的带负载能力。
1.实验准备
(1)在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。
接通实验箱上电源开关,按下模块上开关8K1,此时电源指标灯点亮。
(2)调制信号源:
采用低频信号源中的函数发生器,其参数调节如下(示波器监测):
频率范围:
1kHz
波形选择:
正弦波
图8-21496组成的调幅器实验电路
输出峰-峰值:
300mV
(3)载波源:
采用高频信号源:
工作频率:
2MHz用频率计测量(也可采用其它频率);
输出幅度(峰-峰值):
200mV,用示波器观测。
2.输入失调电压的调整(交流馈通电压的调整)
集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零,也就是要进行交流馈通电压的调整,其目的是使相乘器调整为平衡状态。
因此在调整前必须将开关8K01置“off”(往下拨),以切断其直流电压。
交流馈通电压指的是相乘器的一个输入端加上信号电压,而另一个输入端不加信号时的输出电压,这个电压越小越好。
(1)载波输入端输入失调电压调节
把调制信号源输出的音频调制信号加到音频输入端(8P02),而载波输入端不加信号。
用示波器监测相乘器输出端(8TP03)的输出波形,调节电位器8W02,使此时输出端(8TP03)的输出信号(称为调制输入端馈通误差)最小。
(2)调制输入端输入失调电压调节
把载波源输出的载波信号加到载波输入端(8P01),而音频输入端不加信号。
用示波器监测相乘器输出端(8TP03)的输出波形。
调节电位器8W01使此时输出(8TP03)的输出信号(称为载波输入端馈通误差)最小。
3.DSB(抑制载波双边带调幅)波形观察
在载波输入、音频输入端已进行输入失调电压调节(对应于8W02、8W01调节的基础上),可进行DSB的测量。
(1)DSB信号波形观察
将高频信号源输出的载波接入载波输入端(8P01),低频调制信号接入音频输入端(8P02)。
示波器CH1接调制信号(可用带“钩”的探头接到8TP02上),示波器CH2接调幅输出端(8TP03),即可观察到调制信号及其对应的DSB信号波形。
其波形如图8-3所示,如果观察到的DSB波形不对称,应微调8W01电位器。
图8-3图8-4
(2)DSB信号反相点观察
为了清楚地观察双边带信号过零点的反相,必须降低载波的频率。
本实验可将载波频率降低为100KHZ(如果是DDS高频信号源可直接调制100KHZ;
如果是其它信号源,需另配100KHZ的函数发生器),幅度仍为200mv。
调制信号仍为1KHZ(幅度300mv)。
增大示波器X轴扫描速率,仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB信号,过零点时刻的波形应该反相,如图8-4所示。
(3)DSB信号波形与载波波形的相位比较
在实验3
(2)的基础上,将示波器CH1改接8TP01点,把调制器的输入载波波形与输出DSB波形的相位进行比较,可发现:
在调制信号正半周期间,两者同相;
在调制信号负半周期间,两者反相。
4.SSB(单边带调制)波形观察
单边带(SSB)是将抑制载波的双边带(DSB)通过边带滤波器滤除一个边带而得到的。
本实验利用滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器作为边带滤波器,该滤波器的中心频率104KHZ左右,通频带约12KHZ。
为了利用该带通滤波器取出上边带而抑制下边带。
双边带(DSB)的载波频率应取100KHZ。
具体操作方法如下:
将载波频率为100KHZ,幅度300mv的正弦波接入载波输入端(8P01),将频率为4KHZ,幅度300mv的正弦波接入音频输入端(8P02)。
按照DSB的调试方法得到DSB波形。
将调幅输出(8P03)连接到滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器输入端(15P05),用示波器测量带通滤波器输出(15P06),即可观察到SSB信号波形。
在本实验中,正常的SSB波形应为104KHZ的等幅波形,但由于带通滤波器频带较宽,下边带不可能完全抑制,因此,其输出波形不完全是等幅波。
5.AM(常规调幅)波形测量
(1)AM正常波形观测
在保持输入失调电压调节的基础上,将开关8K01置“on”(往上拨),即转为正常调幅状态。
载波频率仍设置为2MHZ(幅度200mv),调制信号频率1KHZ(幅度300mv)。
示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03,即可观察到正常的AM波形,如图8-5所示。
图8-5
调整电位器8W03,可以改变调幅波的调制度。
在观察输出波形时,改变音频调制信号的频率及幅度,输出波形应随之变化。
下图为用示波器测出的正常调幅波波形:
(2)不对称调制度的AM波形观察
在AM正常波形调整的基础上,改变8W02,可观察到调制度不对称的情形。
最后仍调到调制度对称的情形。
下图为用示波器测出的不对称调幅波波形:
(3)过调制时的AM波形观察
在上述实验的基础上,即载波2MHZ(幅度200mv),音频调制信号1KHZ(幅度300mv),示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03。
调整8W03使调制度为100%,然后增大音频调制信号的幅度,可以观察到过调制时AM波形,并与调制信号波形作比较。
下图为调制度为100%和过调制的AM波形:
调制度为100%的AM波形过调制AM波形
(4)增大载波幅度时的调幅波观察
保持调制信号输入不变,逐步增大载波幅度,并观察输出已调波。
当载波幅度增大到某值时,已调波形开始有失真;
而当载波幅度继续增大时,已调波形包络出现模糊。
最后把载波幅度复原(200mv)。
(5)调制信号为三角波和方波时的调幅波观察
保持载波源输出不变,但把调制信号源输出的调制信号改为三角波(峰—峰值200mv)或方波(200mv),并改变其频率,观察已调波形的变化,调整8W03,观察输出波形调制度的变化。
下图为调制信号为三角波时的调幅波形:
5.调制度Ma的测试
我们可以通过直接测量调制包络来测出Ma。
将被测的调幅信号加到示波器CH1或CH2,并使其同步。
调节时间旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形,如图8-6所示。
根据Ma的定义,测出A、B,即可得到Ma。
图8-6
1.整理按实验步骤所得数据,绘制记录的波形,并作出相应的结论。
2.画出DSB波形和
时的AM波形,比较两者的区别。
实验9振幅解调器(包络检波、同步检波)
●振幅解调
●二极管包络检波
●模拟乘法器实现同步检波
●集成乘法器幅度解调电路模块
●晶体二极管检波器模块
1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统;
2.掌握用包络检波器实现AM波解调的方法。
了解滤波电容数值对AM波解调影响;
3.理解包络检波器只能解调m≤100%的AM波,而不能解调m>100%的AM波以及DSB波的概念;
4.掌握用MC1496模拟乘法器组成的同步检波器来实现AM波和DSB波解调的方法;
5.了解输出端的低通滤波器对AM波解调、DSB波解调的影响;
6.理解同步检波器能解调各种AM波以及DSB波的概念。
1.用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB波时的性能;
2.用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB波时的性能;
3.用示波器观察普通调幅波(AM)解调中的对角切割失真和底部切割失真的现象。
振幅解调即是从振幅受调制的高频信号中提取原调制信号的过程,亦称为检波。
通常,振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。
1.二极管包络检波
二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。
它适合于解调信号电平较大(俗称大信号,通常要求峰一峰值为1.5V以上)的AM波。
它具有电路简单,检波线性好,易于实现等优点。
本实验电路主要包括二极管、RC低通滤波器和低频放大部分,如图9-1所示。
图中,10D01为检波管,10C02、10R08、10C07构成低通滤波器,10R01、10W01为二极管检波直流负载,10W01用来调节直流负载大小,10R02与10W02相串构成二极管检波交流负载,10W02用来调节交流负载大小。
开关10K01是为二极管检波交流负载的接入与断开而设置的,10K01置“on”为接入交流负载,10K01置“off”为断开交流负载。
10K02开关控制着检波器是接入交流负载还是接入后级低放。
开关10K02拨至左侧时接交流负载,拨至右侧时接后级低放。
当检波器构成系统时,需与后级低放接通。
10BG01、10BG02对检波后的音频进行放大,放大后音频信号由10P02输出,因此10K02可控制音频信号是否输出,调节10W03可调整输出幅度。
图中,利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同(实际上,相差很大)来实现检波,所以RC时间常数的选择很重要。
RC时间常数过大,则会产生对角切割失真(又称惰性失真)。
RC常数太小,高频分量会滤不干净。
综合考虑要求满足下式:
其中:
为调幅系数,Ω为调制信号角频率。
当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻
不相等,而且调幅度
又相当大时会产生底边切割失真(又称负峰切割失真),为了保证不产生底边切割失真应满足
。
图9-1二极管包络检波电路
2.同步检波
同步检波又称相干检波。
它利用与已调幅波的载波同步(同频、同相)的一个恢复载波与已调幅波相乘,再用低通滤波器滤除高频分量,从而解调出调制信号。
本实验采用MC1496集成电路来组成解调器,如图9-2所示。
图中,恢复载波vc先加到输入端9P01上,再经过电容9C01加在⑻、⑽脚之间。
已调幅波vamp先加到输入端9P02上,再经过电容9C02加在⑴、⑷脚之间。
相乘后的信号由(6)脚输出,再经过由9C04、9C05、9R06组成的型低通滤波器滤除高频分量后,在解调输出端(9P03)提取出调制信号。
需要指出的是,在图9-2中对1496采用了单电源(+12V)供电,因而⒁脚需接地,且其它脚亦应偏置相应的正电位,恰如图中所示。
(一)实验准备
1.选择好需做实验的模块:
集成乘法器幅度调制电路、二极管检波器、集成乘法
器幅度解调电路。
2.接通实验板的电源开关,使相应电源指示灯发光,表示已接通电源即可开始实验。
注意:
做本实验时仍需重复实验8中部分内容,先产生调幅波,再供这里解调之用。
(二)二极管包络检波
1.AM波的解调
(1)
的AM波的解调
①AM波的获得
与实验8的五、4.⑴中的实验内容相同,低频信号或函数发生器作为调制信号源(输出300mVp-p的1kHz正弦波),以高频信号源作为载波源(输出200mVp-p的2MHz正弦波),调节8W03,便可从幅度调制电路单元上输出
的AM波,其输出幅度(峰-峰值)至少应为0.8V。
②AM波的包络检波器解调
先断开检波器交流负载(10K01=off),把上面得到的AM波加到包络检波器输入端(10P01),即可用示波器在10TP02观察到包络检波器的输出,并记录输出波形。
为了
图9-2MC1496组成的解调器实验电路
更好地观察包络检波器的解调性能,可将示波器CH1接包络检波器的输入10TP01,而将示波器CH2接包络检波器的输出10TP02(下同)。
调节直流负载的大小(调10W01),使输出得到一个不失真的解调信号,画出波形。
③观察对角切割失真
保持以上输出,调节直流负载(调10W01),使输出产生对角失真,如果失真不明显可以加大调幅度(即调整8W03),画出其波形,并记算此时的
值。
④观察底部切割失真
当交流负载未接入前,先调节10W01使解调信号不失真。
然后接通交流负载(10K01至“on”,10K02至左侧),示波器CH2接10TP03。
调节交流负载的大小(调10W02),使解调信号出现割底失真,如果失真不明显,可加大调幅度(即增大音频调制信号幅度)画出其相应的波形,并计算此时的
当出现割底失真后,减小
(减小音频调制信号幅度)使失真消失,并计算此时的
在解调信号不失真的情况下,将10K02拨至右侧,示波器CH2接10TP04,可观察到放大后音频信号,调节10W03音频幅度会发生变化。
(2)
调节8W03,使
=100%,观察并记录检波器输出波形。
(3)
加大音频调制信号幅度,使
>
100%,观察并记录检波器输出波形。
(4)调制信号为三角波和方波的解调
在上述情况下,恢复
,调节10W01和10W02,使解调输出波形不失真。
然后将低频信号源的调制信号改为三解波和方波(由K101控制),即可在检波器输出端(10TP02、10TP03、10TP04)观察到与调制信号相对应的波形,调节音频信号的频率(低频信号源中W101),其波形也随之变化。
实际观察到各种调制度的解调波形如下图:
2.DSB波的解调
采用实验8中五、3相同的方法得到DSB波形,并增大载波信号及调制信号幅度,使得在调制电路输出端产生较大幅度的DSB信号。
然后把它加到二极管包络检波器的输入端,观察并记录检波器的输出波形,并与调制信号作比较。
实际观察到DSB解调波形如下图:
(三)集成电路(乘法器)构成的同步检波
1.AM波的解调
将幅度调制电路的输出接到幅度解调电路的调幅输入端(9P02)。
解调电路的恢复载波,可用铆孔线直接与调制电路中载波输入相连,即9P01与8P01相连。
示波器CH1接调幅信号9TP02,CH2接同步检波器的输出9TP03。
分别观察并记录当调制电路输出为
=30%、
=100%、
100%时三种AM的解调输出波形,并与调制信号作比较。
2.DSB波的解调
采用实验8的五、3中相同的方法来获得DSB波,并加入到幅度解调电路的调幅输入端,而其它连线均保持不变,观察并记录解调输出波形,并与调制信号作比较。
改变调制信号的频率及幅度,观察解调信号有何变化。
将调制信号改成三角波和方波,再观察解调输出波形。
DSB波解调波形如下图:
3.SSB波的解调
采用实验8的五、4中相同的方法来获得SSB波,并将带通滤波器输出的SSB波形(15P06)连接到幅度解调电路的调幅输入端,载波输入与上述连接相同。
观察并记录解调输出波形,并与调制信号作比较。
由于带通滤波器的原因,当调制信号的频率降低时,其解调后波形将产生失真,因为调制信号降低时,双边带(DSB)中的上边带与下边带靠得更近,带通滤波器不能有效地抑制下边带,这样就会使得解调后的波形产生失真。
(四)调幅与检波系统实验
按图9-3可构成调幅与检波的系统实验。
图9-3调幅
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