TPEGP高频电路实验指导书版.docx
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TPEGP高频电路实验指导书版
高频电子线路
实验指导书
汕头大学电子工程系
2013年02月
实验须知
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)完成各实验“预习要求”中指定的内容。
3)熟悉实验任务。
4)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,并且注意电源极性不能接错,初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。
4.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。
5.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。
6.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。
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后再拆除实验线路。
8.实验结束后,必须关断电源,并将仪器、设备、工具、导线等实验用品整理放好,恢复到实验前的原来状态,征得老师同意,方可离开实验室。
9.由于实验室空间较小,且本实验属于专业实验,故采用两人一组合作完成实验项目的形式,但是需每人记录一份实验数据,实验后每位同学必须按要求独立完成实验报告。
特别注意:
1、电路连接线时,连接导线插入电路板接线端口时一定要顺时针旋转进入,并且不能拧得太紧,保证接触良好就行,否则拔出时非常容易损坏导线;拔出导线时拿住导线端部位置逆时针旋转松开拔出,严禁直拔或拉着导线中间位置拔线,切记!
2、实验所用实验箱有两种型号:
TPE-GP2型和TPE-GP3型,TPE-GP2型电路板和实验箱上的地端是公共地,所有不需用导线把电路板和实验箱上的地端相连接;而TPE-GP3型电路板和实验箱上的地端是相互独立的,不共地,所有必需用一根导线把电路板和实验箱上的地端相连接,使之共地。
3、每张实验台都有一个编号,编号标签贴在电源插座上,记下你所在实验台的编号,签名时一起登记。
做完实验后整理实验桌时请恢复到实验前的原来状态,导线不要放回袋里,盖子不要盖上,电源不要拔出。
进入实验室时先不签名,完成实验,经老师检查好数据无误之后离开实验室时再签名,并且要记得签名之后才离开。
Ⅰ
目录
实验一单调谐回路谐振放大器…………………………………………………1
实验二LC电容反馈式三点式振荡器…………………………………………4
实验三石英晶体振荡器…………………………………………………………7
实验四幅度调制及调幅波的解调………………………………………………8
实验五晶体管混频电路…………………………………………………………14
实验六集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器……………………………17
实验七集成电路(锁相环)构成的频率解调器…………………………………20
实验八模拟线性调制系统的综合仿真设计……………………………………22
Ⅱ
实验一单调谐回路谐振放大器
一、实验目的
1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱。
2.熟悉谐振回路的幅频特性分析--通频带与选择性。
3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,从而了解频带扩展。
4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。
二、预习要求
1.复习谐振回路的工作原理。
2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间的关系。
3.实验电路中,若电感量L=1μh,回路总电容C=220pf(分布电容包括在内),计算回路中心频率f。
。
三、实验仪器设备
1.DDS函数信号发生器DG1022一台
2.超高频数显毫伏表WY2282一台
3.数字万用表VC88E一台
4.实验电路板G1一块
四、实验内容及步骤
图1-1单调谐回路谐振放大器原理图(实际实验电路的输出没有抽头)
VC88E数字万用表使用说明:
该万用表在使用15分钟后,会自动断电,进入休眠节电状态,断电前1分钟内置蜂鸣器会连续发出5声提示,1分钟后长响一声即进入休眠,此时只要按下任意黄色按键就可以重新启动电源,继续使用,而不用把万用表拨回OFF位置之后再次打开。
DG1022函数信号发生器的显示屏也会在仪器无操作一定时间后变暗,按任意按键可以恢复显示。
1.静态工作点测量
实验电路见图1-1,电路中选Re=1K,谐振回路电阻R先不接,电路连接+12V电源电压,然后接通实验箱电源。
用VC88E数字万用表测量三极管静态工作点VBQ和VEQ,填入下表1.1,并根据测量值计算ICQ和VCEQ,做出判断并说明原因。
表1.1
实测
实测计算
根据VCEQ
判断V是否工作在放大区
原因
VBQ
VEQ
ICQ
VCEQ
是
否
*VBQ、VEQ是三极管静态工作时的基极和发射极对地电压。
2.单调谐回路谐振放大器动态特性研究
WY2282超高频毫伏表先开机预热,并预设4V档量程,在后面的测量过程中则需根据读数大小选择最佳量程档。
毫伏表输出的读数是正弦信号的有效值!
读数时以mV为单位取整数,小数四舍五入。
(1).对谐振回路进行调谐
首先电路连接选R=10K,Re=1K。
接着把WY2282超高频数显毫伏表接到单调谐回路的OUT输出端,然后按下DG1022函数信号发生器CH1通道的Output键,在DG1022信号发生器的CH1通道设置一个频率为10.7MHz,电压幅值为峰峰值600mVpp,偏移=0V的正弦波输出信号,并加到实验电路的IN输入端;最后一边用小螺丝刀轻轻慢慢调节回路上的可变电容器CT(注意不要用力压,也不要调得太快),一边观察高频毫伏表的输出变化,当超高频毫伏表所显示的电压读数为最大时,则此时回路处于谐振状态,停止调节可变电容器CT。
(2).检测放大器的Vi~V0动态特性(在谐振点)。
①.完成回路调谐之后,仍保持电路原来的连接状态。
DG1022信号发生器的频率输出仍为10.7MHz,而幅值输出则分别设置为峰峰值Vi(mV)=10、20、40、70、100、130、160、200、240、280、320、380、440、500、560、620、700、780、860、940、1020、1100、1200、1300、1400、1500;同时从超高频毫伏表读出以上各个输入电压Vi(mV)所对应的输出电压V0(mV),填在自制的表1.2中。
注意:
1.改变输入电压之后稍等一下再从毫伏表读输出,因系统有一定的响应时间。
2.当谐振回路的输入激励信号较弱时(前三个),由于附近信号的互相干扰,输出电压可能出现跳动不能稳定显示的情况,则统一读取较小的读数。
表1.2(需根据测量点数自制合适表格)
Vip-p(mV)
10
20
...
1400
1500
V0(mV)
Re=1k
Re=2K
Re=500Ω
②.R=10K不变,把Re改为2K,重复上面Re=1K时的过程,将结果填入自制的表1.2中。
③.R=10K不变,把Re改为500Ω,重复上面Re=1K时的过程,将结果填入自制的表1.2中。
④.在同一坐标上画出Re不同时放大器的动态Vi-V0曲线,对得出的三种不同曲线进行比较和分析。
(3).检测放大器的频率特性
①.选Re=1K,回路电阻R=10K。
DG1022信号发生器和WY2282毫伏表仍接在单调谐电路的输入端和输出端;DG1022信号发生器输出正弦波信号的频率仍设为10.7MHz,电压幅值设为峰峰值600mVpp。
从超高频毫伏表读出中心频率10.7MHz所对应的最大输出电压V0MAX(即谐振点电压,调谐过程已在步骤2.
(1)中完成),接着保持输入电压Vi不变,改变输入信号频率f由中心频率10.7MHz向两边逐渐偏离,具体频率点有f(MHz)=7.4、7.7、8.0、8.3、8.7、9.1、9.5、9.9、10.3、10.7、11.1、11.5、11.9、12.3、12.7、13.1、13.4、13.7、14.0由超高频毫伏表测得在不同频率f时所对应的输出电压V0(mV),将测得的数据填入自制的表1.3中。
注意:
改变输入频率之后稍等一下再从超高频毫伏表读输出,输出电压若小于400mV则毫伏表换成400mV量程档。
表1.3(根据测量频率点数自制合适表格)
f(MHz)
7.4
7.7
...
10.3
10.7
11.1
...
13.7
14.0
V0
R=10KΩ
R=2KΩ
R=470Ω
②.改变谐振回路电阻,即R分别为2KΩ,470Ω时,重复上述测试过程,把结果填入表1.3。
注意:
当回路电阻R改变之后,回路谐振点可能偏移,这时回路需重新调谐,调谐方法与步骤2.
(1)相同。
当R=470Ω时尤其需要仔细调节,此时电压随频率变化的程度较小,必须保证当频率偏离中心频率10.7MHz后,得到的输出电压要比10.7MHz时的输出电压小!
且当R=470Ω时,读数前超高频毫伏表必须先设置在400mV量程档!
③.根据实验数据,计算当f0=10.7MHz时,对应不同回路电阻R时整个电路的电压放大倍数;并理论计算对应不同回路电阻R时回路的Q值和各自的绝对通频带、相对通频带,并对结果进行分析比较。
④.在同一坐标上画出单调谐回路接不同回路电阻R时的幅频特性曲线,并做出分析和评价。
五、实验报告要求
1.写明实验目的和简单扼要的实验原理。
2.写明实验所用仪器设备。
3.简略说明实验步骤,不要照抄!
4.完成预习要求第3项:
计算回路中心频率f。
。
5.画出实验电路的直流和交流等效电路,理论计算当Re=1K时三极管的静态工作点参数,并与实验实测结果进行比较。
6.整理和处理实验数据,分析实验结果,回答相关问题。
实验二LC电容反馈三点式振荡器
一、实验目的
1.掌握LC三点式振荡电路的基本原理,掌握LC电容反馈三点振荡电路设计及电路参数的计算。
2.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
3.掌握振荡器反馈系数不同时,静态工作电流IEQ对振荡器起振及振幅的影响。
二、预习要求
1.复习LC振荡器的工作原理。
2.分析图2-1实验电路的工作原理,及各元件的作用。
3.计算三极管静态工作电流IEQ的最大值(设晶体管的β值为50)。
4.实验电路中,L1=10μh,若C=120pf,C’=680pf,计算当CT=50pf和CT=150pf时振荡频率各为多少?
三、实验仪器
1.数字双踪示波器TDS-1002B一台
2.数字万用表VC88E一台
3.实验电路板G1一块
图2-1LC电容反馈式三点式振荡器原理图
四、实验注意事项
1.测量静态工作点IEQ时,必须在停振时测量,即是要断开振荡回路。
2.振荡回路接线用最短的导线。
3.数字示波器的探头打在10X的位置,且相应通道菜单的探头衰减也设为10X,则显示值就是测量值。
4.GP2型实验箱上的地端和实验板上的地端本身就是共地的,不必再用导线相连;而GP3型实验箱和实验板并不共地,需用导线相连。
5.每项测量开始前,都要求按实验条件把电路调好之后再进行测量。
五、实验内容及步骤
实验前根据图2-1所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用。
1.检查静态工作点
(1).在实验板+12V插孔上接入+12V直流电源。
(2).反馈电容C不接,C’接入(C’=680pf),CT先不接,RL接110K,此时振荡器处于停振状态。
(以下测静态工作电流IEQ时都是以断开反馈电容C的接线为准。
)
(3).改变电位器RP测得晶体管V的发射极电压VE,VE可连续变化,记下VE的最大值,计算IEQ值
其中Re=R4=1KΩ
万用表选直流电压档,黑端接地,红端接晶体管发射极,把电位器RP逆时针拧到尽头,记下读数即为最大值的VEQ,代入上面公式可求出静态工作点的最大工作电流IEQ。
2.振荡频率与振荡电压的测试
实验条件:
IEQ=2mA,C=C5=120pf,C’=C6=680pf,RL=110K
(IEQ为停振时的工作电流,下同)
实验内容:
测量改变CT电容对振荡回路频率和电压的影响。
用数字示波器观测电路输出端(示波器探头的钩勾在输出端铁片的小孔上),当CT电容分别接为C9、C10、C11时,用示波器测量振荡回路在不同CT电容情况下的振荡电压峰峰值VP-P和振荡频率值(就是示波器屏幕右下方所显示的频率值,取四位读数),并填入下表2.1。
同时记录不同CT电容的输出波形,检测评价输出正弦波的波形特性。
分析和总结实验结果。
表2.1
CT
f(MHz)
VP-P
50pf
100pf
150pf
3.测试当C、C’不同时,振荡回路振荡电压与工作电流Ie的关系
实验条件:
CT=C9=50pf,RL=110K
(1).取C=C3=100pf,C’=C4=1200pf,调电位器RP使Ie(动态值)分别为表2.2所标各值,用数字示波器测量输出振荡电压VP-P(峰-峰值),并填入表2.2(示波器一直接在电路上,万用表每次测完Ve电压拿开后再从示波器上读出VP-P)。
同时在测量过程中注意输出波形的变化情况(不用画波形)。
表2.2
Ie(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
VP-P(V)
(2).分别取C=C5=120pf,C’=C6=680pf和C=C7=680pf,C’=C8=120pf,重复测试表2.2的内容。
(注:
前面两组结果比较相近,后面一组读数比较小。
)
4.振荡回路频率稳定度的检测
(1).检测当回路LC参数固定,改变并联在L上的电阻使等效Q值变化时,对振荡频率的影响(即是检测带负载能力)。
实验条件:
IEQ=2mA,C/C’=100/1200pf,CT=C10=100pf,(RL先不接)
接入L的并联电阻RL,使其分别为110KΩ,10KΩ,1KΩ时,测量电路的输出电压和振荡频率,并记录下相应的输出波形。
分析和总结实验结果,观察变化规律,检测负载对振荡回路频率稳定度的影响。
(对于当RL接1KΩ时所出现的情况,要会做出正确的判断。
)
(2).检测当回路LC参数及Q值不变时,改变工作点对回路频率的影响。
实验条件:
CT=C10=100pf,C/C’=100pf/1200pf,R=110KΩ
改变晶体管工作电流Ie(动态的)分别为1mA,2mA,3mA,4mA时,用数字示波器测量回路的振荡频率和电压,并记录下输出波形。
分析和总结实验结果,找出变化规律,检测工作点对振荡回路频率稳定度和输出正弦波形特性的影响。
(注意:
每次万用表测完工作电流Ie,拿开之后再读数和记录波形。
)
六、实验报告要求
1.写明实验目的和简单扼要的实验原理。
2.写明实验所用仪器设备。
3.简略说明实验步骤,不要照抄!
4.画出实验电路的直流与交流等效电路。
5.完成预习要求的第3、第4项。
6.整理实验数据,分析实验结果,回答相关问题。
7.以Ie为横轴,输出电压峰峰值VP-P为纵轴,将不同C/C′值下测得的三组数据,在同一座标纸上绘制成曲线,并分析解释曲线的特性。
8.查阅相关资料,说明本振荡电路的特点。
实验三石英晶体振荡器
一、实验目的
1.了解晶体振荡器的工作原理及特点。
2.掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。
二、预习要求
1.查阅晶体振荡器的有关资料。
阐明为什么用石英晶体作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定度大大提高。
2.分析比较并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的实际电路,阐述两者在电路结构及应用方面的区别。
三、实验仪器
1.数字示波器TDS-1002B一台
2.数字万用表VC88E一台
3.实验电路板G1一块
四、实验内容
图3-1晶体振荡器原理图
1.检测负载对振荡回路的影响
实验电路见图3-1。
首先RL先不接,取Ve=2V。
然后接入负载电阻RL,使其分别为110KΩ,10KΩ,1KΩ时,用数字示波器测量电路的输出电压VP-P和振荡频率值(就是示波器屏幕右下角所显示的频率值,取全部六位读数),并记录下相应的输出波形。
分析和总结实验结果,观察变化规律,检测负载对振荡回路的影响。
并与LC振荡器实验内容4
(1)的结果相比较,做出评价。
2.检测工作点对振荡回路的影响。
振荡器先接RL=110kΩ。
然后测量当Ve分别为1V,2V,3V,4V时,振荡回路的输出电压VP-P和振荡频率,并记录下相应的输出波形。
分析和总结实验结果,观察变化规律,检测不同工作点对振荡回路频率稳定度和输出正弦波形特性的影响。
并与LC振荡器实验内容4
(2)的结果相比较,做出评价。
(注意:
每次万用表测完工作电压Ve,拿开表笔之后再从示波器上读取电压、频率和记录波形!
)
五、实验报告要求
1.写明实验目的和简单扼要的实验原理。
2.写明实验所用仪器设备。
3.画出实验电路的交流等效电路,整理实验数据,分析实验结果。
4.比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异,并分析原因。
5.从实验数据结果分析,振荡回路正常情况下应该工作在什么频率上?
6.阐述本电路的优点。
实验四幅度调制及调幅波的解调
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制载波双边带调幅的方法与过程,并研究已调波与二输入信号的关系。
2.掌握测量调幅系数的方法。
3.了解调幅波的解调方法,掌握用集成电路实现同步检波的方法。
4.了解二极管包络检波的主要指标,检波效率及波形失真;掌握二极管包络检波法。
5.通过实验中波形的变换,学会分析实验现象。
二、预习要求
1.复习课本中有关幅度调制和解调原理的知识。
2.认真阅读实验指示书,了解实验原理及内容,分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理,并分析各引出脚的直流电压。
3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点,并画出其频谱图。
4.复习调幅波调制系数m的计算方法,分别算出下述条件下所需要的调制信号幅度Vs,已知:
载波信号
V①④=0.1V,调制信号:
,求m=30%时的Vs及m=100%时的Vs值。
5.分析二极管包络检波产生波形失真的主要因素。
三、实验仪器
1.模拟双踪示波器CS-4135A一台
2.DDS函数信号发生器DG1022一台
3.数字万用表VC88E一台
4.实验电路板G3一块
四、实验原理及电路说明
(一)利用集成模拟乘法器实现幅度调制
幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。
变化的周期与调制信号周期相同。
即振幅变化
与调制信号的振幅成正比。
通常称高频信号为载波信号,图4-11496芯片内部电路图
低频信号为调制信号,调幅器即为产生调幅信号的装置。
本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器,图4-1为1496芯片内部电路图,它是一个四象限模拟乘法器的基本电路,电路采用了两组差动对由V1-V4组成,以反极性方式相连接,而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路,即V5与V6,因此恒流源的控制电压可正可负,以此实现了四象限工作。
D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。
进行调幅时,载波信号加在V1-V4的输入端,即引脚的⑧、⑩之间;调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端,即引脚的①、④之间,②、③脚外接1KΩ电阻,以扩大调制信号动态范围,已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚⑹、⑿之间)输出。
用1496集成电路构成的调幅器电路图如图4-2所示,图中RP1用来调节引出脚①、④之间的平衡,RP2用来调节⑧、⑩脚之间的平衡,三极管V为射极跟随器,以提高调幅器带负载的能力。
图4-21496构成的调幅器
根据相乘器的原理,当载波信号为:
VC(t)=VCSinc(t)
(1)
调制信号为:
VS(t)=VSSin(t)
(2)
并假定两信号输入端均处于平衡状态,那么其输出信号为;
Vo(t)=kVC(t)·VS(t)=kVS·VCSinct·Sint
=
kVS·VC[cos(c-)t-cos(c+)t](3)
式中k为相乘器的乘法因子,可用实验测得,本实验中k=70。
从(3)式不难看出,该输出信号中只含有两边频分量而不含载频分量,因此它是一个抑制载波的双边带调幅信号。
如果调制信号输入端不平衡,即V①④≠0,那么加在引出脚①、④之间的信号为:
Vs(t)=V①④+Vs(t)=V①④+VsSint(4)
于是输出信号就为:
Vo(t)=kVC(t)·VS(t)=kVCSinct(V①④+VsSint)
=kVCV①④(1+mSint)·Sinct(5)
式中:
(6)
为调幅系数理论计算公式。
由(5)式可以看出,这是一个全载波调幅信号,它含有三个频率分量,即载频及两个边频分量。
由此可见,当相乘器的调制信号输入端不平衡时,相当于在平衡的调制信号输入端垫上一个直流电压,此时若在载波信号输入端加上一个高频信号,即可实现全载波调幅,其调幅系数由调制信号的振幅Vs及直流电压V①④的大小决定,若改变Vs或V①④均可达到改变调幅系数的目的。
调幅波调幅系数m的大小可以由(6)式来计算,也可以用示波器来测量,如图4-3所示,若测得调幅波的峰—峰值为
,其谷—谷值为
,则:
(7)
图4-3调幅系数m的测量
(二)调幅波的解调电路
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程,通常称之为检波。
调幅波解调方法有二极管包络检波法(非相干解调)和同步检波法(相干解调)。
1.二极管包络检波器
适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程,它具有电路简单,易于实现的特点。
实验电路如图4-4所示,主要由二极管D及RC低通滤波器组成,它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。
所以RC时间常数选择很重要,RC时间常数过大,则会产生对角切割失真。
RC时间常数太小,高频分量会滤不干净。
图4-4
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- TPEGP 高频 电路 实验 指导书