高频实验指导讲义.docx

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高频实验指导讲义

实验要求

1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。

预习要求如下：

1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。

2）熟悉实验步骤

3）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。

2．使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。

3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。

4．高频电路实验注意：

1）将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。

2）由于高频电路频率较高，分布参数及相互感应的影响较大。

所以在接线时连接线要尽可能短。

接地点必须接触良好。

以减少干扰。

3）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大。

5．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。

找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。

6．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。

7．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据、波形、现象）。

所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。

8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理

9．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。

10.未经教师同意，不得私自搬动实验仪器。

11.实验分组后不经过教师同意不得私自调换小组和实验台座位。

实验项目

高频实验共9个实验项目，每个实验项目4学时（3小时）

项目中的选做部分（用红色字体标出）不作要求，除了选做部分其他未必做部分。

实验一常用高频仪器使用

实验二高频小信号调谐放大器（实验指导书实验一）

实验三仿真软件OrCAD的使用1（LC,小信号放大）（实验指导书第二章）

实验四仿真软件OrCAD的使用2（功放仿真,乘法器调幅）（实验指导书第二章）

实验五振荡器（石英晶体振荡器、RC振荡器、集成电路振荡器）

（实验指导书实验九、十、十一）

实验六模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）（实验指导书实验十七）

实验七调幅信号解调（包络检波，同步，小信号检波）

（实验指导书实验十九、十八、二十）

实验八锁相环调频与鉴频、集成调频与鉴频

（实验指导书实验二十五、二十六、二十七、三十二）

实验九综合设计性实验

实验一常用高频仪器使用及高频Q表的元件测量

预习提示：

复习串联谐振回路和并联谐振回路的特点，参考仪器使用说明书

一、实验目的

1、掌握实验室常用高频仪器的使用；

2、利用高频Q表进行元件参数的测量；

二、实验内容

1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p），用频率计测量信号的频率f，用超高频毫伏表测量电压V，反复进行3组，并进行填入下表；

高频信号发生器

示波器

频率计

频毫伏表

信号类型

频率

画出波形

周期T

电压峰峰值Vp-p

测量频率f

测量电压V

正弦波

10.7M

方波

5M

三角波

15.4M

2、熟悉高频试验箱的面板，测量实验箱上的低频信号发生器，利用相关仪器测量电压和频率；

3、利用Q表进行元件参数测量

（1）熟悉Q表的使用。

（2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组；

（3）利用Q表测量电容的电容值：

（a）用并联代替法测量电容值在（0~460pF）的电容；

（b）用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。

三、实验仪器

1、数字示波器一台

2、高频Q表一台

3、频率计一台

4、超高频毫伏表一台

5、高频信号发生器一台

6、高频实验箱一台

7、数字式万用表一块

四、实验基本原理

参见实验仪器说明书。

五、实验步骤

1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p），用频率计测量信号的频率f，用超高频毫伏表测量电压V，反复进行3组，并进行填入下表1；

表1

高频信号发生器

示波器

频率计

频毫伏表

信号类型

频率

画出波形

周期T

电压峰峰值Vp-p

测量频率f

测量电压V

正弦波

10.7MHz

方波

5MHz

三角波

15.4MHz

2、熟悉高频试验箱的面板，测量实验箱上的低频信号发生器，利用相关仪器测量电压和频率；

3、利用Q表进行元件参数测量

（1）熟悉Q表的使用。

（2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组填入表2；

表2

线圈标称电感值

电感测量值

内部总电容值

Q值

（3）利用Q表测量电容的电容值填入表3（选择2个不同标准电感进行两次测量）：

（a）用并联代替法测量电容值在（0~460pF）的电容；

（b）用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。

表3

电容标称值

标准电感值

电容测量值

240pF

680PF

六、实验报告

1、按步实验并完成表1、2、3；

2、理解并联替代法测量电容的基本原理；

3、请思考为什么电容的测量要以460pF为分界。

实验二高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器

预习提示：

复习单调谐放大器的工作原理和相关参数的计算

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、扫频仪的使用；

2、测量各放大器的电压增益（单级单调谐必做，其余三种选做）；

3、测量放大器的通频带与矩形系数；

4、测试放大器的频率特性曲线。

三、实验仪器

1、BT-3扫频仪一台

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。

同时由于石英晶体振荡器的输出中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为1.8uH～2.4uH，回路总电容为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，打开实验箱左侧的船形开关，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）

电压增益（dB）

（4）测量放大器的通频带、矩形系数

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（频率与相对放大倍数的关系曲线），从频率特性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，打开实验箱左侧的船形开关，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）

电压增益（dB）

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，打开实验箱左侧的船形开关，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）

两级放大器电压增益（dB）

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，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，TP17接TP22，TP17接TP6，TP7接TP11，TP18接TP21，TP23接TP10。

检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，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使此电压为5V。

（3）测量放大器电压增益

去掉TP5与地及TP16与地的连线，TP14接TP15。

参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi1（Vi1p-p约200mV）。

将Vi1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TP14处测量，调节T2、T3、CC2、CC3使TP14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、T5、CC4、CC5，使TT2处信号最大不失真，记录此时Vo2的峰峰值Vo2p-p。

用示波器在小信号放大器模块的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1－4。

表1－4

Vi1p-p（V）

Vi2p-p（V）

Vo1p-p（V）

Vo2p-p（V）

两级放大器电压增益（dB）

注意：

两级双调谐放大器的各中周不要调节的太深，因为中周的变化会改变放大器的输入输出阻抗，从而使放大器与信号源之间不匹配，进而使放大器的输入波形失真。

同时，为了获得最佳的实验效果可以适当调节输入信号的幅度和各三极管的静态工作点。

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那些？

如何理解选择性与通频带的关系？

3、画出单级单调谐放大器的频率特性曲线。

实验三仿真软件OrCAD（LC，小信号放大）

预习提示：

自学仿真软件OrCAD，复习LC振荡器的工作原理，小信号放大器的工作原理

一、实验目的

1、掌握仿真软件OrCAD的使用方法；

2、利用仿真软件分析LC，小信号放大；

二、实验内容

1、根据教程学习仿真软件OrCAD；

2、利用仿真软件分析LC振荡器；

3、利用仿真软件分析小信号放大电路（选作）；

三、实验仪器

1、微型计算机一台

四、实验基本原理

1、软件学习请参考相关资料；

2、LC参看附录2；

3、小信号放大电路的仿真参看附录3；

五、实验步骤

同上。

六、实验报告

1、按附录要求完成实验。

2、进一步熟练掌握OrCAD软件的使用。

实验四仿真软件OrCAD（高频功放，乘法器调幅）

预习提示：

复习丙类高频攻放的工作原理和特点，复习模拟乘法器的电路组成和工作原理

一、实验目的

1、继续学习仿真软件OrCAD的使用方法；

2、利用仿真软件分析高频功放，乘法器调幅；

二、实验内容

1、熟练掌握仿真软件OrCAD；

2、利用仿真软件分析丙类高频功放电路；

3、利用仿真软件分析乘法器调幅电路（选作）；

三、实验仪器

1、微型计算机一台

四、实验基本原理

1、软件学习请参考相关资料；

2、高频功放电路的仿真参看附录4；

3、乘法器调幅电路的仿真参看附录5；

五、实验步骤

同上。

六、实验报告

1、按附录要求完成实验。

2、进一步熟练掌握OrCAD软件的使用。

实验五-1石英晶体振荡器

预习提示：

复习石英晶体振荡器的电路组成和工作原理

一、实验目的

1、掌握石英晶体振荡器的工作原理；

2、掌握石英晶体振荡器的设计方法；

3、掌握反馈系数对电路起振和波形的影响。

二、实验内容

1、观察反馈系数变化对输出波形的影响；

2、研究温度变化对振荡器频率稳定度的影响（选做）。

三、实验仪器

1、20MHz示波器一台

2、调试工具一套

四、实验原理及电路

石英晶体振荡器的实验原理图如图9－1所示。

Q1组成振荡器，Q2组成隔离器，Q3组成放大器。

图中，C6=100pF，C7=200pF，C8=330pF，C40=1nF。

通过改变K6、K7、K8的拨动方向来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∑。

图9－1石英晶体振荡器实验原理图

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。

本实验产生的10.7MHz信号将作为功放模块、小信号放大器模块、混频器模块、幅度调制与解调模块的输入信号。

实际实验电路在C11与Q3之间还加有一级10.7MHz陶瓷滤波器电路，用来滤除晶体振荡器输出信号中的二次、三次谐波分量，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。

本实验电路只涉及到振荡器和隔离器部分。

五、实验步骤

1、连接实验电路

在主板上正确插好正弦波振荡器模块，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接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。

检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。

2、观察输出波形

用示波器在三极管Q2发射极（军品插座处）处观察反馈输出信号的波形，记录信号的频率f0。

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峰峰值Vop-p大小的变化情况及波形的非线性失真情况，填表9－1。

表9－1

反馈系数

Vop-p（V）

波形非线性失真（大小）

F=1/2

F=1/3

F=1/5

F=1/10

3、观察温度变化对石英晶体振荡器频率稳定度的影响（选做）

用一热源（如加热的烙铁）靠近晶体CR1，在Q2发射极观察输出信号频率的变化情况。

六、实验报告

1、画出振荡器的交流等效电路图，按步实验完成表9－1；

2、讨论反馈系数对振荡器起振和输出波形非线性失真的影响。

实验五-2RC振荡

预习提示：

复习RC文氏电桥震荡电路的工作原理

一、实验目的

1、掌握文氏电桥振荡电路的原理；

2、掌握文氏电桥振荡电路振荡频率的计算方法。

二、实验内容

1、调试文氏电桥振荡电路；

2、测量并记录振荡波形的相关参数。

三、实验仪器

20MHz示波器一台

四、实验原理

RC振荡器由放大器和RC网络组成，根据RC网络的不同，可将RC振荡器分为相移振荡器和文氏电桥振荡器两大类。

其中，文氏电桥振荡器广泛用于产生几Hz到几百KHz频段范围的振荡器。

图10－1为文氏电桥振荡器的实验原理图。

图10－1文氏电桥振荡器的实验原理图

R27、C25、R28、C26组成RC选频网络同时兼作正反馈支路，R25、R26、R29、D3、D2构成负反馈及稳幅环节。

当R27=R28＝R，C25＝C26＝C时（本实验R27=R28＝12KΩ,C25＝C26＝0.01uF），

电路的振荡频率为：

（10－1）

设二极管D2、D3的正向导通电阻为

，当R26＋（R29||

）=

时，

电路起振的振幅条件为

（10-2）

运放U1A组成放大器，振荡信号从TP6和TT2处输出，通过W3调节输出信号的幅度。

由于D2、D3正向电阻非线性特性不可能完全一致，所以振荡波形会有正负半周不对称的失真。

本实验产生的信号仅用于一般原理性验证实验，因此对输出波形的失真未做处理。

五、实验步骤

1、连接实验电路

在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V。

检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K9、K10向右拨。

若正确连接，则模块上的电源指示灯LED2、LED3亮。

2、观察、测量振荡输出波形及其相关参数

用示波器在TT2处测量，调节电位器W3，观察TT2处波形的幅度变化及失真情况，记录TT2处波形的最大峰峰Vmp-p及频率f0，填表10-1。

表10－1

f0（KHz）

Vmp-p（V）

理论计算值

实测值

最大值

六、实验报告

1、按步实验并完成表10－1；

2、分析文氏电桥振荡器的工作原理；

3、讨论振荡输出信号的实际频率与理论计算值偏差的原因；

4、讨论二极管D2、D3稳幅的原理及导致振荡波形正负半周不对称的原因。

实验五-3集成电路振荡器

预习提示：

预习集成电路振荡器的工作原理

一、实验目的

1、熟悉