高频电子技术实验指导书09级.docx

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高频电子技术实验指导书09级

目录

实验一小信号调谐放大电路2

实验二LC与晶体振荡器电路5

实验三非线性波形变换电路11

实验四集成乘法器混频电路16

实验五幅度调制与解调电路21

实验六频率调制与解调电路25

实验一小信号调谐放大电路

一、实验目的

1．熟悉THKGP高频电子线路综合实验箱、示波器、扫频仪、频率计、高频信号发生器、低频信号发生器、万用表的使用；

2．了解谐振回路的幅频特性分析——通频带与选择性。

3．了解信号源内阻及负载对谐振回路的影响，并掌握频带的展宽。

二、预习要求

实验前，预习第一章：

基础知识；第二章：

高频小信号放大电路；

三、实验原理与参考电路

高频小信号放大器电路是构成无线电设备的主要电路，它的作用是放大信道中的高频小信号。

为使放大信号不失真，放大器必须工作在线性范围内，例如无线电接收机中的高放电路，都是典型的高频窄带小信号放大电路。

窄带放大电路中,被放大信号的频带宽度小于或远小于它的中心频率。

如在调幅接收机的中放电路中，带宽为9KHz，中心频率为465KHz，相对带宽Δf/f0约为百分之几。

因此，高频小信号放大电路的基本类型是选频放大电路，选频放大电路以选频器作为线性放大器的负载，或作为放大器与负载之间的匹配器。

它主要由放大器与选频回路两部分构成。

用于放大的有源器件可以是半导体三极管，也可以是场效应管，电子管或者是集成运算放大器。

用于调谐的选频器件可以是LC谐振回路，也可以是晶体滤波器，陶瓷滤波器，LC集中滤波器，声表面波滤波器等。

本实验用三极管作为放大器件，LC谐振回路作为选频器。

在分析时，主要用如下参数衡量电路的技术指标：

中心频率、增益、噪声系数、灵敏度、通频带与选择性。

单调谐放大电路一般采用LC回路作为选频器的放大电路，它只有一个LC回路，调谐在一个频率上，并通过变压器耦合输出，图1-1为该电路原理图。

图1-1、单调谐放大电路

四、实验内容

首先在实验箱上找到本次实验所用到的单元电路，然后接通实验箱电源，并按下+12V总电源开关K1，以及本实验单元电源开关K1100。

1．单调谐放大器增益和带宽的测试。

将扫频仪的输出探头接到电路的输入端（TP1101），扫频仪的检波探头接到电路的输出端（TP1102），然后在放大器的射极和调谐回路中分别接入不同阻值的电阻，并分别测量单调谐放大器的中心频率、增益和带宽，并记录之。

2．单调谐放大器对应于不同频率信号的增益的测试

电路的切换开关K1101‘和K1102的短路冒置于1-2时，改变输入正弦波信号的频率，通过示波器观察对应的输出信号幅度，记录相应数据，根据数据绘出电路的归一化幅频特性曲线。

五、实验报告要求

1．根据实验内容的实验数据，总结单调谐放大回路的发射极电阻Re和谐振回路的阻尼电阻RL对放大器的增益、带宽和中心频率各有何影响，实验结果和理论分析的结论是否一致，如果不一致，试分析原因。

六、思考题

1．为什么发射极电阻Re对增益、带宽和中心频率的影响不及阻尼RL大？

七、注意事项

1．本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。

2．用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽”，以免影响后续实验的正常进行。

3．在打开的实验箱箱盖上不可堆放重物，以免损坏机动性箱的零部件。

4．实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。

5．在调节谐振回路的磁芯时，要用小型无磁性的起子，缓慢进行调节，用力不可过大，以免损坏磁芯。

八、实验元器件、仪器、仪表

THKGP高频电子线路综合实验箱；

扫频仪；

高频信号发生器；

双踪示波器。

小信号调谐实验原理图

实验二LC与晶体振荡器电路

一、实验目的

1、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。

2、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。

3、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。

4、比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。

二、预习要求

实验前，预习教材第四章：

正弦波振荡器；

三、实验原理与参考电路

三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其交流等效电路如图2-1。

图2-1三点式振荡器

1．起振条件

（1）相位平衡条件：

Xce和Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗。

（2）幅度起振条件：

式中：

gm——晶体管的跨导；

n——接入系数；

gL'——晶体管的等效负载电导；

ge'——晶体管的等效输入、输出电导；

n一般在0.1~0.5之间取值。

2．电容三点式振荡器

（1）电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器

图2-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容Ci和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。

（a）、考毕兹振荡器（b）、交流等效电路

图2-2、考毕兹振荡器

（2）串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器

电路如图2-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。

C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了Ci和Co对频率稳定度的影响，且使频率可调。

（a）、克拉泼振荡器（b）、交流等效电路

图2-3、克拉泼振荡器

（3）并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器

电路如图2-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，调节C4可改变振荡频率。

西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。

本实验箱所提供的LC振荡器就是西勒振荡器。

（a）、西勒振荡器（b）、交流等效电路

图2-4、西勒振荡器

3．晶体振荡器

本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路如图2-5所示。

图2-5皮尔斯振荡器

四、实验内容

开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用。

电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。

用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接Kxxx╳-╳”）便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路，电容C106起耦合作用，R111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。

在调整LC振荡电路静态工作点时，应短接电感L102（即短接K1042-3）。

三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。

本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为6MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。

经过以上的分析后，可进入实验操作。

接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。

1．调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流电压（Ue、Ueq）和直流电流（Ie、Ieq）：

（1）组成LC西勒振荡器：

短接K1011-2、K1021-2、K1031-2、K1041-2，并

在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。

用示波器（探头衰减10）在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再用频率计测量其输出频率。

（2）调整静态工作点：

短接K1042-3（即短接电感L102），使振荡器停振，并测量三极管BG101的发射极电压Ueq；然后调整电阻R101的值，使Ueq=0.5V，并计算出电流Ieq（=0.5V/1K=0.5mA）。

（3）量发射极电压和电流：

短接K1041-2，使西勒振荡器恢复工作，测量BG102的发射极电压Ue和Ie。

（4）调整振荡器的输出：

改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的输出频率f0为1.5MHz，输出幅度VLo为1.5VP-P。

2．观察反馈系数F对振荡电压的影响：

由原理可知反馈系数Kfu=C106/C107。

按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度VL（保持Ueq=0.5V），记录相应的数据，并绘制VL=f（C）曲线。

C107（pf）

500

1000

1500

2000

2500

VL（p-p）

3．测量振荡电压VL与振荡频率f之间的关系曲线，计算振荡器波段复盖系数fmax/fmin：

选择测试点TP102，改变C110值，测量VL随f的变化规律，并找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin。

f（KHz）

VL（p-p）

fmax=和fmin=，fmax/fmin=

4．观察振荡器直流工作点Ieq对振荡电压VL的影响：

保持C107=1000p，fo=1.5MHz不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变Ieq，并测量相应的VL，且把数据记入下表。

Ieq（mA）

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

VL（p-p）

5．比较两类振荡器的频率稳定度：

（1）LC振荡器

保持C107=1000p，Ueq=0.5V，f0=1.5MHz不变，分别测量f1在TP101处和f2在TP102处的频率，观察有何变化？

（2）晶体振荡器

短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107，再观测TP102处的振荡波形，记录幅度VL和频率f0之值。

波形：

幅度VL=频率f0=。

然后将测试点移至TP101处，测得频率f1=。

根据以上的测量结果，试比较两种振荡器频率的稳定度△f/f0：

五、实验报告要求

1．整理实验数据，绘画出相应的曲线。

2．总结对两类振荡器的认识。

3．实验的体会与意见等。

六、思考题

1．静态和动态直流工作点有何区别？

如何测定？

2．本电路采用何种形式的反馈电路？

反馈量的大小对电路有何影响？

3．试分析C103、L102对晶振电路的影响？

4．射极跟随电路有何特性？

本电路为何采用此电路？

七、注意事项

1．测量三极管发射级电压时，注意不要将万用表的表头将其短路；

2．电容用完之后，要装回袋子。

八、实验元器件、仪器、仪表

THKGP系列高频电子实验箱；

双踪示波器：

20~40MHz；

频率计：

10MHz；

万用表；

电容510p：

1颗；1000p：

2颗；2200p一颗；

实验三非线性波形变换电路

一、实验目的

1．了解二极管限幅器的组成与工作原理。

2．掌握用二极管限幅器实现非线性波形变换的原理与方法。

3．熟悉将三角波变换成正弦波的方法。

二、预习要求

实验前，预习教材第五章：

频率变换电路的特点及分析方法；第六章：

调幅、检波与混频电路。

三、实验原理与参考电路

1．二极管函数电路

一个理想的二极管与一个线性电阻串联组合后的伏安特性可视为一条折线，如图3-1所示。

若再与一个电源串联，组成为二极管限幅器，它生成另一条新的折线，如图3-2所示。

同理，用具有不同电导的二极管支路分别与不同的电源相串联，可生成各种不同的折线，如图3-3所示。

如将多条这种电路并联组合一起，则可生成一条由多个折点组成的具有特定函数功能的电路，并可以此来逼近某一特定的曲线，此即为二极管函数电路，如图3-4所示。

图3-1、二极管与电阻串联图3-2、二极管限幅器

图3-3、不同偏置电压下的二极管限幅器

图3-4、二极管函数电路实例及其伏安特性

2．实际线路分析

图3-5、二极管正弦函数变换电路

图3-5所示的电路,是一个由多个限幅器接在运放反馈支路中所构成的二极管函

数电路。

设置二极管D1~D3和D4~D6的偏置电路参数，使分压电阻的阻值对应相等。

在选定适当的阻值后，当输入一个三角波信号时，两组二极管将分别在正负半周的

不同电压下导通，则在电路的输出端可得到一个逼近于正弦波的折线组合。

图3-6是图3-5所示电路的输出折线与输入三角波1/4周期的对应关系图。

图3-6、正弦波折线与三角波间的对应关系

为使输出折线逼近于正弦波，在输入三角波的1/4周期中，选定：

当Vim为三角波的峰值时，t1~t4对应的输入电压值分别为：

折线各段对应的斜率即传输系数的绝对值与电路参数的关系是：

而折线转折点电压与电路参数的关系是：

式中VD1、VD2和VD3表示三条支路的二极管在不同的工作电路情况下，导通电压所出现的明显差异。

四、实验内容

在实验箱上找到“非线性波形变换”实验单元后，接通实验箱电源，然后依次按下+12V总电源开关K1，-12V总电源开关K3，函数信号发生单元电源开关K700及本实验单元电源开关K300，指示电源的三个红色发光二极管和三个绿色发光二极管点亮。

1．准备工作：

（1）短接K301、K302、K303、K304、K305、K306的1-2接点，即断开电路中的六个2AP9二极管。

（2）将函数发生器的输出（J701）接至本实验单元的输入端（J301），并分别接至双踪示波器的两个输入端CH1和CH2。

（3）使函数信号发生器输出为三角波信号，并调节其输出频率为1KHz，输出幅度为最大（约20V）。

（4）选择示波器两个接口CH1和CH2的幅度灵敏度为0.2V/div，并将三角波调至满8格，双踪要求精确等幅（示波器探头衰减10）。

（5）示波器CH1和CH2输入通道的幅度灵敏度调至0.1V/div，使屏幕8格内装入三角波正半周。

2．进行三角波变换为正弦波的测量：

将示波器的一探头从测试点TP301移到TP302。

以8格幅度为1，分别测量正弦波四个折点的幅度：

将K301的2-3短接，测得VO1=Vi1=

将K301的2-3短接，VO2=Vi2=

将K302的2-3短接，VO3=Vi3=

将K303的2-3短接，VO4=Vi4=

用同样的方法测量负半周：

将K304的2-3短接，测得VO5=Vi5=

将K304的2-3短接，VO6=Vi6=

将K305的2-3短接，VO7=Vi7=

将K306的2-3短接，VO8=Vi8=

将以上测量值与理论值进行比较。

五、实验报告要求

1．根据测量数据绘出一个周期内三角波变化为正弦波的波形图。

2．回答思考题。

六、思考题

1．试述二极管的限幅作用原理与应用。

2．若增大或减小输入三角波的Vim，输出波形将有怎样的变化？

3．若接通或断开第一个二极管支路，对其它二极管支路的正常工作有无影响？

4．试根据二极管限幅作用的原理，试设计一个削波电路，将正弦波变为梯形波。

七、注意事项

测量信号幅度时，示波器两个输入通道的幅度细调旋钮必须置于测量状态，以保证双通道的精确测量。

八、实验元器件、仪器、仪表

THKGP系列高频电子线路综合实验箱；

函数信号发生器；

双踪示波器。

非线性波形变换实验原理图

实验四集成乘法器混频电路

一、实验目的

1．进一步了解集成混频器的工作原理。

2．了解混频器中的寄生干扰。

二、预习要求

实验前，预习教材第五章：

频率变换电路的特点及分析方法；第六章：

调幅、检波与混频电路；

三、实验原理与参考电路

混频器的功能是将载波为fs（高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频fI（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。

例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz的已调波信号变换为中心频率为465KHz的中频已调波信号。

此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。

混频器的电路模型如图4-1所示。

图4-1、混频器电路模型

混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。

本振用于产

生一个等幅的高频信号uL，并与输入信号uS经混频器后所产生的差频信号ωI=ωL-ωS经带通滤波器滤出。

目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。

本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。

图4-2、MC1496构成的混频器电路图

图4-2是用MC1496构成的混频器，本振电压uL（频率为6MHz）从乘法器的一个输入端（10）输入，信号电压uS（频率为4.5MHz）从乘法器的另一个输入端

（1）输入，混频后的中频（1.5MHz）信号由乘法器的输出端（6）输出。

令输出端的π型带通滤波器调谐在1.5MHz，回路带宽为450KHz，以获得较高的变频增益。

为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压uS和本振电压uL外，不可避免地还存在干扰和噪声。

它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。

干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。

四、实验内容与步骤

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，-12V总电源开关K1、K3，“LC与晶体振荡器实验单元”电源开关K100，以及本实验单元的电源开关K1000，相对应的发光二极管点亮。

1．中频LC滤波器的调整

扫频输出衰减10db，Y衰减10，调节Y增幅至适当的幅度，扫频输出接至LCπ型带通滤波器的输入端（TP1003），检波探头接至输出端（TP1004），调整电感线圈L1003的磁芯，使1.5MHz出现峰值，并记录之。

2．中频频率的观测

将实验二（LC与晶体振荡器实验）的振荡输出信号作为本实验的本振信号输入乘法器的一个输入端，乘法器的另一个输入端（载波输入）接高频信号发生器的输出（4.5MHz，0.4VP-P的载波）。

在输出端（TP1004）观测输出的中频信号，并记录之。

3．镜象干涉频率的观测

在双踪同时观测载波-中频后，缓慢将高频信号发生器的输出频率从4.5MHz调至7.5MHz，再次观测载波-中频，记录之，并验证下列关系：

f镜象—f载波=2f中频

4．混频的综合观测

令高频信号发生器输出一个经由1K音频调制的载波频率为4.5MHz的调幅波，作为本实验的载波输入，在TP1001、TP1002、TP1003和TP1004处，用双踪示波器对照观测混频的过程，并记录之。

五、实验报告要求

1．根据观测的结果，绘制所需要的波形图，并作分析。

2．在幅频座标中绘出本振频率与载波频率和镜象干扰频率之间的关系，并作分析。

六、思考题

1．除乘法器外，还有哪些器件可组成混频器？

试举例说明。

2．分析寄生干涉的原因，并讨论预防措施。

3．归纳并总结信号混频的过程。

七、注意事项

1．测量时应用双踪同时观察本振-载波，载波-中频，以便比较。

2．本实验用到实验二的（LC与晶体振荡器实验）输出信号。

因此，在进行本实验前必须调整好实验二的输出，使之满足本实验的要求。

八、实验元器件、仪器、仪表

THKGP高频电子线路综合实验箱；

高频信号发生器；

扫频仪；

双踪示波器；

频率计；

短路线：

1根。

实验五幅度调制与解调电路

一、设计任务与要求

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．能够根据原理图连接对应的调制信号输出与解调位置的信号输入。

5．了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。

二、实验原理与参考电路

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，使高频振荡的振幅呈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5-1所示：

图5-1、集成电路MC1496电路原理理图

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

U501是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从J501和J502输入到乘法器的两个输入端，K501和K503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。

W501可控制调幅波的调制度，K502断开时，可观察平衡调幅波，R502为增益调节电阻，R509和R504分别为乘法器的负载电阻，C509对输出负端进行交流旁路。

C504为调幅波输出耦合电容，BG501接成低阻抗输出的射级跟随器。

U502是幅度解调乘法器，调幅波和载波分别从J504和J505输入，K504和K505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。

R511、R517、R513和C512作用与上图相同。

D503是检波二极管，R522和C521、C522滤去残余的高频分量，R523和R524是可调检波直流负载，C523、R525、R526是可调检波交流负载，改变R524和R526可试验负载对检波效率和波形的影响。

U503对输入的调幅波进行幅度放大。

三、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，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，－12V总电源开关K1，K3，函数信号发生实验单元电源开关K700，本实验单元电源开关K50