THKGPZ2高频电子线路综合实验箱解读Word文档下载推荐.docx
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2、实验电路原理图如图2-3所示。
图2-3ICL8038实验电路图
其中K1为输出频段选择波段开关,K2为输出信号选择开关,电位器W1为输出频率细调电位器,电位器W2调节方波占空比,电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。
3、实际线路分析
ICL8038的实际线路与图2-3基本相同,只是在输出增加了一块LF353
双运放,作为波形放大与阻抗变换。
如图2-4所示。
根据所选的电路元器件值,本电路的输出频率范围为约10Hz~11KHz;
幅度调节范围:
正弦波为0~12V,三角波为0~20V,方波为0~22V。
若要得到更高的频率,可适当改变三档电容的值。
图2-4函数信号发生实验电原理图
四、实验仪器与设备
THKGPZ-2型高频电子线路综合实验箱;
双踪示波器。
五、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,并与电路原理图相对照,了解各个切换开关的功能与使用。
然后按前述的实验步骤开启相应的电源开关。
(一)、输出正弦波的调整与测量
1、取某一频段的正弦波输出,用示波器观测输出端(TP201)的波形。
通过反复调节电位器W203、W204、W205,使输出正弦波的失真为最小。
2、用示波器分别测量三个频段的频率调节范围和各频段的输出频响特性V=f(f):
频率f
电压Vp-p
①从最低频段开始,调节频率细调电位器W201,测定本频段的频率调节范围和输出电压(在最高与最低频率之间选取若干点)。
②切换到中间频段,重复①的步骤。
③切换到最高频段,重复①的步骤。
(二)、输出三角波的观察
通过调节频率和幅度,观测输出的波形。
(三)、观察输出的方波信号
1、通过调节频率和幅度,观测输出的波形。
2、通过调节W202,可以改变输出方波的占空比。
六、实验注意事项
1、正弦波的波形调整是一项较细致的实验步骤,往往需要反复多次调整相关的电位器,以获得一个失真度最小的正弦波形。
2、经实验(三)的第2项步骤后,要想重新恢复正弦波输出,则必须重新调整电位器W202。
八、实验报告
1、作出各频段的频响特性曲线。
实验三幅度调制与解调实验
1)、加深理解幅度调制与检波的原理。
2)、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。
3)、掌握集成模拟乘法器的使用方法。
4)、了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。
二、实验预习要求
实验前预习“电子线路非线性部分”第4章:
振幅调制、解调与混频
电路;
“高频电子线路”第六章:
调幅与检波;
“高频电子技术”第8章:
调幅、检波与混频——频谱线性搬移电路有关章节。
1、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。
振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅(AM)信号,抑制载波的双边带调制(DSB)信号,抑制载波和一个边带的单边带调制信号。
把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管和晶体三极管),经过非线性变换电路,就可以产生新的频率成分,再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。
2、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。
本实验箱在幅度调制,同步检波,混频电路三个基本实验项目中均采用MC1496。
MC1496的内部原理图和管脚功能如图3-1所示:
图3-1集成电路MC1496电路原理图
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
3、实际线路分析
实验电路如图3-2所示,图中U301是幅度调制乘法器,音频信号和载波分别从J301和J302输入到乘法器的两个输入端,K301和K303可分别将两路输入对地短路,以便对乘法器进行输入失调调零。
W301可控制调幅波的调制度,K302断开时,可观察平衡调幅波,R302为增益调节电阻,R309和R304分别为乘法器的负载电阻,C309对输出负端进行交流旁路。
C304为调幅波输出耦合电容,BG301接成低阻抗输出的射级跟随器。
U302是幅度解调乘法器,调幅波和载波分别从J304和J305输入,K304和K305可分别将两路输入对地短路,以便对乘法器进行输入失调调零。
R311、R317、R313和C312作用与上图相同。
图3-2幅度调制与解调实验电原理图
THKGPZ-2型高频电子线路综合实验箱;
双踪示波器;
繁用表。
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路,对照实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局,然后按下+12V,+5V,-12V总电源开关K1,K2,K3,函数信号发生实验单元电源开关K200,本实验单元电源开关K300,与此相对应的发光二极管点亮。
准备工作:
幅度调制实验需要加音频信号VL和高频信号VH。
调节函数信号发生器的输出为0.3VP-P、1KHz的正弦波信号;
合上频率计测量模块电源,调节载波发生器的输出为0.6VP-P、10MHz的正弦波信号。
(一)、乘法器U501失调调零
将音频信号接入调制器的音频输入口J301,高频信号接入载波输入口J302或TP302,用双踪示波器同时监视TP301和TP303的波形。
通过电路中有关的切换开关和相应的电位器对乘法器的两路输入进行输入失调调零。
具体步骤参考如下:
1,短接K301的2-3,K303的1-2,K302的2-3,调节W302至TP303输出最小。
2)、短接K301的1-2,K303的2-3,K302的1-2,调节W303和W301,至TP303输出最小。
3)、短接K301的1-2,K303的1-2,K302的1-2,微调W302,即能得到理想的10MHz调幅波。
(二)、观测调幅波
在乘法器的两个输入端分别输入高、低频信号,调节相关的电位器(W301等),短接K3021-2,在输出端观测调幅波VO,并记录VO的幅度和调制度。
此外,在短接K3022-3时,可观测平衡调幅波VO‘,记录VO的幅度。
(三)、观测解调输出
1、参照实验步骤
(一)的方法对解调乘法器进行失调调零。
2、在保持调幅波输出的基础上,将调制波和高频载波输入解调乘法器
U302,即分别连接J303和J304,J302和J305,用双踪示波器分别监视音频输入和解调器的输出。
然后在乘法器的两个输入端分别输入调幅波和载波。
用示波器观测解调器的输出,记录其频率和幅度。
若用平衡调幅波输入(K302
2-3短接),再观察解调器的输出并记录之。
六、实验注意事项
1、为了得到准确的结果,乘法器的失调调零至关重要,而且又是一项
细致的工作,必须要认真完成这一实验步骤。
2、用示波器观察波形时,探头应保持衰减10倍的位置。
3、其它同前。
七、预习思考题
1、三极管调幅与乘法器调幅各自有何特点?
当它们处于过调幅时,两者的波形有何不同?
2、如果平衡调幅波出现下图所示的波形,是何缘故?
3、检波电路的电压传输系统Kd如何定义?
实验四变容二极管调频器与相位鉴频器实验
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及其测量方法。
3)、观察寄生调幅现象,了解其产生的原因及其消除方法。
实验前,预习“电子线路非线性部分”第5章:
角度调制与解调电路;
“高频电子线路”第八章:
角度调制与解调;
“高频电子技术”第9章:
角度调制与解调—非线性频率变换电路等有关章节的内容。
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4-1所示。
变容二极管的结电容Cj与电容二极管两端所
加的反向偏置电压之间的关系可以用下式来表示:
式中,U为PN结的势垒电位差图4-1变容二极管的Cj~u曲线
(硅管约0.7V,锗管约为0.2~0.3V);
Co为未加外电压时的耗尽层电容值
;
u为变容二极管两端所加的反向偏置电压;
γ为变容二极管结电容变化指数,它与PN结渗杂情况有关,通常γ=1/2~1/3。
采用特殊工艺制成的变容二极管γ值可达1~5。
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图4-2直接调频示意图
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4-3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,然图4-3相位鉴频器的组成框图
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4-4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范围,这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。
图4-4耦合回路相位鉴频器
图4-5(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Cp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uo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4-5(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
,
由图可见,加到两个二极管上的信号电压分别为:
uD1=
和uD2=
,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j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。
(a)(b)
图4-5电容耦合双调谐回路相位鉴频器
3、实际线路分析:
电路原理图如图4-6所示,图中的上半部分为变容二极管调频器,下半部分为相位鉴频器。
BG401为电容三点式振荡器,产生10MHz的载波信号。
变容二极管D401和C403构成振荡回路电容的一部分,直流偏置电压通过R427、W401、R403和L401加至变容二极管D401的负端,C402为变容二极管的交流通路,R402为变容二极管的直流通路,L401和R403组成隔离支路,防止载波信号通过电源和低频回路短路。
低频信号从输入端J401输入,通过变容二极管D401实现直接调频,C401为耦合电容,BG402对调制波进行放大,通过W402控制调制波的幅度,BG403为射级跟随器,以减小负载对调频电路的影响。
从输出端J402或TP402输出10MHz调制波,通过隔离电容C413接至频率计;
用示波器接在TP402处观测输出波形,目的是减小对输出波形的影响。
J403为相位鉴频器调制波的输入端,C414提供合适的容性负载;
BG404和BG405接成共集—共基电路,以提高输入阻抗和展宽频带,R418、R419提供公用偏置电压,C422用以改善输出波形。
BG405集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明,这里不再重复。
图4-6变容二极管调频器与相位鉴频器实验电原理图
四、实验仪器设备
扫频仪;
繁用表。
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路,然后接通实验箱的电源,并按下+12V,+5V,-12V总电源开关K1,K2,K3,函数信号发生实验单元的电源开关K200和本单元电源开关K400,相对应的发光二极管被点亮。
接通测量模块电源,频率计数码管被点亮。
(一)、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2.5±
0.05V
(用直流电压表测量),使振荡器的输出频率为10±
0.02MHz。
3、调整电位器W402,使输出振荡幅度为1.6VP-P。
(二)、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0~5.5V范围内变化,分两种情况测量输出频率,并填入下表。
Ed(V)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
f0
MHz
不并C404
并C404
(三)、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10MHz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10MHz至X轴线。
L406、C426调上下波形对称。
C429调中心10MHz附近的的线性。
2、鉴频特性的测试:
使载波发生器模块输出载波CW,频率10MHz,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9.0MHz~11MHz范围内,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)
9.0
9.2
9.4
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
10.8
11
V0(mV)
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:
使变容二极管调频器输出FM调频信号,幅度为0.4VP-P,频率为10MHz,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:
波频率:
K幅度:
VP-P(允许略微调节T401)。
(四)、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。
VI(VP-P)
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)
1、实验前必须认真阅读扫频仪的使用方法。
2、实验时必须对照实验原理线路图进行,要与实验板上的实际元器件
一一对应。
1、在同一座标纸上画出两根变容二极管的静态调制特性曲线,并求出
其调制灵敏度S,说明曲线斜率受哪些因素的影响。
2、根据实验数据绘制相位鉴频器的鉴频特性f~VO曲线。
3、根据实验数据绘制相位鉴频器的动态调制特性曲线VO~Vi和VO~
f,并分析输出波形产生畸变的原因。
4、根据实验步骤(四)的测量结果,并结合相频特性测试所得的S曲线,
求出变容二极管输出调频波的频偏△f。
实验五高频功率放大与发射实验
1)、了解丙类功率放大器的基本工作原理,掌握丙类功率放大器的调谐特性以负载变化时的动态特性。
2)、了解激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。
3)、比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。
实验前预习教材“电子线路非线性部分”第2章:
谐振功率放大器;
“高频电子线路”第三章:
高频功率放大器;
“高频电子技术”第7章:
高频功率放大电路的有关章节。
丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的功率和较高的效率。
本实验单元由三级放大器组成,如图5-1所示。
发射
天线
输入
图5-1高频功率放大器原理框图
高频功率放大与发射的实际电路如图5-2所示。
图中,BG501是一级甲类线性放大器,以适应较小的输入信号电平。
W501和R503可调节这一级放大器的偏置电压,同时控制输入电平;
BG502为射级跟随电路,W502和W503可控制后两级放大器的输入电平,以满足甲类功放和丙类功放对输入电平的要求;
BG503为甲类功率放大器,其集电极负载为LC选频谐振回路,谐振频率为10MHz,R509和R511可调节甲类放大器的偏置电压,以获得较宽的动态范围;
BG504为一典型的丙类高频功率放大电路,其基级无直流偏置电压。
只有载波的正半周且幅度足够才能使功率管导通,其集电极负载为LC选频谐振回路,谐振在载波频率以选出基波,因此可获得较大的功率输出。
R513可调节丙类放大器的功率增益,SW501可选择丙类放大器的输出负载。
全部电路由+12V电源供电。
图5-2高频功率放大与发射实验电原理图
在实验箱上找到本实验的单元电路,并接通实验箱电源,按下+12V,+5V,-12V总电源开关K1,K2,K3本实验单元的电源开关K500,相对应的发光二极管点亮。
(一)、调整高频功率放大电路三级放大器的工作状态
对照图5-2电原理图,用扫频仪观察整个高频功率放大与发射电路的增益和频率特性,扫频输出探头接TP501,检波探头夹在发射天线绝缘外层上,输出衰减30~40db(SW501拨在4),观察谐振点10MHz。
在TP501(或J501)输入10MHz,0.4VP-P,调制度为30%的调幅波(由实验3产生),用示波器在TP503、TP504和TP505观察,调整电路中各电位器,使甲放与丙放的输出最大,失真最小。
(SW501拨在4)
(二)、甲类、丙类功放直流工作点的比较
在上述状态下,用繁用表直流电压档测量BG503和BG504的基极电压,然后断开TP501处的高频输入信号,再次测量BG503和BG504的基极电压,进行比较。
(三)、调谐特性的测试
在上述状态下,改变输入信号频率(由载波发生器产生),频率范围从7MHz~13MHz,用示波器测量TP505的电压值(SW501拨在4)。
7MHz
8MHz
9MHz
10MHz
11MHz
12MHz
13MHz
Uc(VP-P)
(四)、负载特性的测试
在上述状态下,保持输入信号频率10MHz,然后将负载电阻转换开关SW501依次从1-4拨动,用示波器测量TP504的电压值Uc和发射极的电压值Ue,分析负载RL对工作状态的影响。
RL(Ω)
680
150
51
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- THKGPZ2 高频 电子线路 综合 实验 解读