高频电路实验指导书要点.docx
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高频电路实验指导书要点.docx
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高频电路实验指导书要点
实验1单调谐回路谐振放大器………………………………1
实验2高频功率放大与发射…………………………………6
实验3幅度调制与解调………………………………………12
实验4变容二极管调频与鉴频………………………………24
实验5发送部分联试实验……………………………………30
实验6接收部分联试实验……………………………………31
实验7发射与接收完整系统的调试…………………………32
附录………………………………………………………………36
实验1单调谐回路谐振放大器
—、实验准备
1.做本实验时应具备的知识点:
●放大器静态工作点
●LC并联谐振回路
●单调谐放大器幅频特性
2.做本实验时所用到的仪器:
●单调谐回路谐振放大器模块
●双踪示波器
●万用表
●频率计
●高频信号源
●扫频仪
二、实验目的
1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统;
2.掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理;
3.熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性(包括电压增益、通频带)的影响;
4.掌握测量放大器幅频特性的方法。
三、实验内容
1.用示波器测量单调谐放大器的幅频特性;
2.用扫频仪观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响;
3.用扫频仪观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。
四、基本原理
1.单调谐回路谐振放大器原理
小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。
单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。
图中,RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域,从而放大器工作于甲类。
CE是RE的旁路电容,CB、CC是输入、输出耦合电容,L、C是谐振回路,RC是集电极(交流)电阻,它决定了回路Q值、带宽。
为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响,采用了部分回路接入方式。
图1-1单调谐回路放大器原理电路
图1-2单调谐回路谐振放大器实验电路图
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。
本实验采用点测法,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。
步骤如下:
(1)1K02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,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。
(本实验内容使用扫频仪完成)
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)。
4.观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。
(本实验内容实用扫频仪完成)
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。
可以发现:
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。
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2高频功率放大与发射
—、实验准备
1.做本实验时应具备的知识点:
●谐振功率放大器的基本工作原理(基本特点,电压、电流波形)
●谐振功率放大器的三种工作状态
2.做本实验时所用到的仪器:
●高频功率放大与发射实验模块
●双踪示波器
●万用表
●频率计
●高频信号源
二、实验目的
1.通过实验,加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解,掌握丙类功率放大器的调谐特性。
2.掌握输入激励电压变化对放大器工作状态的影响。
3.通过实验进一步了解功率放大器调幅的工作原理。
三、实验内容
1.观察高频功率放大器丙类工作状态的现象,并分析其特点;
2.测试激励电压变化时余弦电流脉冲的变化三种状态(欠压、临界、过压)。
3.观察功放基极调幅波形。
四、基本原理
1.丙类调谐功率放大器基本工作原理
放大器按照电流导通角
的范围可分为甲类、乙类及丙类等不同类型。
功率放大器电流导通角
越小,放大器的效率则越高。
丙类功率放大器的电流导通角
<90°,效率可达80%,通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
为了不失真地放大信号,它的负载必须是LC谐振回路。
由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置,在静态时,管子处于截止状态。
只有当激励信号
足够大,超过反偏压
及晶体管起始导通电压
之和时,管子才导通。
这样,管子只有在一周期的一小部分时间内导通。
所以集电极电流是周期性的余弦脉冲,波形如图2-1所示。
图2-1折线法分析非线性电路电流波形
根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区,可将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。
若在整个周期内,晶体管工作不进入饱和区,也即在任何时刻都工作在放大区,称放大器工作在欠压状态;若刚刚进入饱和区的边缘,称放大器工作在临界状态;若晶体管工作时有部分时间进入饱和区,则称放大器工作在过压状态。
放大器的这三种工作状态取决于电源电压
、偏置电压
、激励电压幅值
以及集电极等效负载电阻
。
激励电压幅值
变化对工作状态的影响:
当调谐功率放大器的电源电压
、偏置电压
和负载电阻
保持恒定时,激励振幅
变化对放大器工作状态的影响如图2-2所示。
图2-2
变化对工作状态的影响
由图可以看出,当
增大时,
、
也增大;当
增大到一定程度,放大器的工作状态由欠压进入过压,电流波形出现凹陷,但此时
还会增大(如
)。
2.高频功率放大器实验电路
高频功率放大器实验电路如图2-3所示。
图2-3高频功率放大与发射实验图
本实验单元由两级放大器组成,11BG02是前置放大级,工作在甲类线性状态,以适应较小的输入信号电平。
11TP01、11TP02为该级输入、输出测量点。
由于该级负载是电阻,对输入信号没有滤波和调谐作用,因而既可作为调幅放大,也可作为调频放大。
11BG01为丙类高频功率放大电路,其基极偏置电压为零,通过发射极上的电压构成反偏。
因此,只有在载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通。
其集电极负载为LC选频谐振回路,谐振在载波频率上以选出基波,因此可获得较大的功率输出。
本实验功放有两个选频回路,由11K03来选定。
当11K03拨至左侧时,所选的谐振回路谐振频率为6.3MHZ左右,此时的功放可用于构成无线收发系统。
当11K03拨至右侧时,谐振回路揩振频率为1.9MHZ左右。
此时可用于测量三种状态(欠压、临界、过压)下的电流脉冲波形,因频率较低时测量效果较好。
11K04用于控制负载电阻的接通与否,11W02电位器用来改变负载电阻的大小。
11W01用来调整功放集电极电源电压的大小(谐振回路频率为1.9MHZ左右时)。
在功放构成系统时,11K02控制功放是由天线发射输出还是直接通过电缆输出。
当11K02往上拨时,功放输出通过天线发射,11TP00为天线接入端。
11K02往下拨时,功放通过11P03输出。
11P02为音频信号输入口,加入音频信号时可对功放进行基极调幅。
11TP03为功放集电极测试点,11TP04为发射极测试点,可在该点测量电流脉冲波形。
11TP06用于测量负载电阻大小。
五、实验步骤
1.实验准备
在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块,接通电源即可开始实验。
2.激励电压变化对丙类功放工作状态的影响
开关11K01置“on”,11K03置“右侧”,11K02往下拨。
保持集电极电源电压
=6V(用万用表测11TP03直流电压,调11W01等于6V),负载电阻
=8KΩ(11K04置“off”,用万用表测11TP06电阻,调11W02使其为8KΩ,然后11K04置“on”)不变。
将高频信号源频率1.9MHZ左右,幅度200mv(峰—峰值)的正弦波信号,连接至功放模块输入端(11TP01)。
示波器CH1接11TP03,CH2接11TP04。
调整高频信号源频率,使功放谐振即输出幅度(11TP03)最大。
改变信号源幅度,即改变激励信号电压
,观察11TP04电压波形。
信号源幅度变化时,应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。
其波形如图2-4所示(如果波形不对称,应微调高频信号源频率)。
图2-4三种状态下的电流脉冲波形
3.功放调幅波的观察
11K01置“on”,11K02往下拨,11K03置“左侧”
将高频信号源频率6.3MHZ,幅度200mv(峰—峰值)的正弦波信号连接至功放模块输入端(11TP01),调整高频信号源的频率,使功放谐振,即使11TP03点输出幅度最大。
然后从11P02输入频率1KHz,幅度200mv(峰—峰值)音频调制信号,用示波器观察11TP03的波形。
此时该点波形应为调幅波,改变音频信号的幅度,输出调幅波的调制度应发生变化。
改变调制信号的频率,调幅波的包络亦随之变化。
六、实验报告
1.认真整理实验数据,对实验参数和波形进行分析,说明输入激励电压对工作状态的影响。
2.用实测参数分析丙类功率放大器的特点。
3.观测调幅波的包络。
4.总结由本实验所获得的体会。
实验3幅度调制与解调
—、实验准备
1.做本实验时应具备的知识点:
●幅度调制
●振幅解调
●MC1496四象限模拟相乘器
●用模拟乘法器实现幅度调制
●模拟乘法器实现同步检波
●二极管包络检波
2.做本实验时所用到的仪器:
●集成乘法器幅度调制电路模块
●集成乘法器幅度解调电路模块
●晶体二极管检波器模块
●高频信号源
●双踪示波器
●万用表
二、实验目的
1、通过实验了解幅度调制与解调的工作原理。
2、掌握MC1496实现幅度调制与解调的方法。
3、掌握二极管检波的方法。
4、掌握用示波器测量AM调幅系数的方法。
三、实验内容
1.用示波器观察正常调幅波(AM)波形,并测量其调幅系数。
2.用示波器观察平衡调幅波(抑制载波的双边带波形DSB)波形。
3.用示波器观察调制信号为方波、三角波的调幅波。
4.用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB波形。
5.用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB波形。
四、基本原理
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3-1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3-1MC1496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3-2所示。
图中,与图3-1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。
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3-3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
。
2.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3-4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3-4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。
图3-21496组成的调幅器实验电路
图3-3二极管包络检波电路
图3-4MC1496组成的解调器实验电路
五、实验步骤
(一)幅度调制
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
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;
输出幅度(峰-峰值):
200mV,用示波器观测。
2.AM(常规调幅)波形测量
(1)AM正常波形观测
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3-5所示。
图3-5
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。
3.DSB(抑制载波双边带调幅)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3-6所示,如果观察到的DSB波形不对称,应微调8W01电位器。
图3-6
4.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。
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3-7所示。
根据Ma的定义,测出A、B,即可得到Ma。
图3-7
(二)二极管包络检波
1.AM波的解调
(1)AM波的解调
①AM波的获得
AM由实验
(一)中获得,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AM波。
②AM波的包络检波器解调
连接好二极管包络检波电路模块,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。
(2)调制信号为三角波和方波的解调
在上述情况下调节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。
2.DSB波的解调
由实验
(一)中获得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。
(三)集成电路(乘法器)构成的同步检波
1.AM波的解调
AM由实验
(一)中获得,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AM的解调输出波形,并与调制信号作比较。
2.DSB波的解调
由实验
(一)中获得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。
(四)调幅与检波系统实验
按图3-8可构成调幅与检波的系统实验。
图3-8调幅与检波系统实验图
将电路按图3-8连接好后,按照上述实验的方法,将幅度调制电路和检波电路调节好,使检波后的输出波形不失真。
然后将检波后音频信号接入低频信号源中的功放输入,即用铆孔线将二极管检波器输出10P01(注意10K01、10K02的位置)与低频信号源中的“功放输入”P102相连,或将同步检波器输出9TP03与“功入输入”相连,便可在扬声器中发出声音。
改变调制信号的频率、声音也会发生变化。
将低频信号源中开关K102拨至“音乐输出”,扬声器中就有音乐声音。
六、实验报告要求
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.总结由本实验所获得的体会。
实验4变容二极管调频与鉴频
—、实验准备
1.做本实验时应具备的知识点:
●频率调制
●变容二极管调频
●静态调制特性、动态调制特性
●FM波的解调
●电容耦合回路相位鉴频器
2.做本实验时所用到的仪器:
●变容二极管调频模块
●电容耦合回路相位鉴频器模块
●双踪示波器
●频率计
●万用表
二、实验目的
1.掌握用变容二极管调频振荡器实现FM的方法;
2.理解变容二极管调频器静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法;
3.了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原理;
4.了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方法,建立起调频系统的初步概念。
三、实验内容
1.用示波器观察调频器输出波形,考察各种因素对于调频器输出波形的影响;
2.变容二极管调频器静态调制特性测量;
3.变容二极管调频器动态调制特性测量;
4.调频-鉴频过程观察:
用示波器观测调频器输入、输出波形,鉴频器输入、输出波形。
四、基本原理
1.变容二极管调频器实验电路
变容二极管调频器实验电路如图4-1所示。
图
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