3息工程系高頻電子線路實驗是教學(xué)過程中重要的實踐性環(huán)節(jié)，其目的是通過實學(xué)習(xí)常用高頻測量儀器的使用和電路參數(shù)的測量方法；分析實驗結(jié)果，編寫實驗報告；提高實驗技能；培養(yǎng)事實求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。為了使學(xué)生做好每次實驗，并且能達(dá)到預(yù)期的目的，現(xiàn)將實驗工作的一、實驗前的準(zhǔn)備在每次實驗前，必須仔細(xì)閱讀實驗指導(dǎo)書和教材上有關(guān)實驗方面的理實驗原理和實驗電路、明確本次實驗的目的和任務(wù)、熟悉實驗步驟和內(nèi)容。還需要了解實驗儀器的技術(shù)性能、操作方法及注意事項及準(zhǔn)備好記錄實驗數(shù)據(jù)表格。作按照實驗步驟和內(nèi)容，有目的地調(diào)整電路參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，正確操作測量儀器。讀取數(shù)據(jù)時應(yīng)仔細(xì)準(zhǔn)確，實驗數(shù)據(jù)應(yīng)及時記錄在事先準(zhǔn)備好的實驗數(shù)據(jù)不要隨意涂改，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有誤，可重新測量，以便發(fā)現(xiàn)問題。三、實驗報告的編寫編寫實驗報告是將實驗結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)分析和提高的階段。學(xué)生在每次實驗課后都應(yīng)獨立完成這一項工作，實驗報告內(nèi)容應(yīng)包括：1.實驗名稱、班級和姓名、同組者姓名、實驗日期2.實驗?zāi)康暮蛯嶒炿娐?.根據(jù)實驗原始記錄整理出的數(shù)據(jù)、表格、曲線、波形和計算數(shù)據(jù)等位。4.對實驗結(jié)果進(jìn)行討論分析。如：是否達(dá)到實驗?zāi)康暮鸵?；有何收獲；實驗中產(chǎn)生誤差的原因；回答問題以及對實驗的改進(jìn)意見等。實驗一三四高頻小信號諧振放大器 ()1LC正弦波振蕩器 ()5乘積調(diào)幅器與大信號檢波器 ()8器 ()14實驗一高頻小信號諧振放大器一、實驗?zāi)康?.通過實驗進(jìn)一步熟悉小信號諧振放大器的組成和工作原理；2.掌握諧振放大器的調(diào)試和基本性能測量方法。二、實驗原理諧振放大器是采用諧振回路做為負(fù)載的放大器。根據(jù)諧振回路的特性可以知道諧振放大器對于靠近諧振頻率的信號，有較大的增益；對于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號，增益迅速下降。所以，諧振放大器不僅有放大作用，而且還起著濾波或選頻的作用。對高頻小信號放大器來說，由于輸入信號小，它可以工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。這就允許把晶體管看成線性元件，因此可作為有源線性四端網(wǎng)絡(luò)(即小信號微變等效電路)來分析。本實驗采用兩級晶體管窄帶諧振放大器作為實驗內(nèi)容。高頻小信號放大器的主要性能指標(biāo)有：⑴中心頻率fo：是指放大器的工作頻率。它是設(shè)計放大器電路時，為選擇器件和計算諧振回路元件參數(shù)的依據(jù)。⑵增益：是指放大器對有用信號的放大能力。通常表示為在中心頻率上的電壓增益和功率增益。電壓增益Kvo=Vo/Vi功率增益Kpo=Po/PiPi分別為放大器中心頻率上的輸出和輸入功率。增益通常用分貝表示。⑶通頻帶：是指放大器電路增益由最大或功率下降到一半時對應(yīng)的頻率寬度，如圖KK(f)Bff0⑷選擇性：是指放大器對通頻帶的外部抗干擾信號的衰減能力。通常有兩種表示方法：一種是矩形系數(shù)；另一種是抑制比。用矩形系數(shù)說明通頻帶以外的鄰近波道的干擾頻率分量的衰減能力，理想的頻帶放大器頻率響應(yīng)曲線呈矩形。但實際的曲線形狀往往與矩形有為：fdfd=pfof2fKr0.1=2f式中：2f0.7為相對電壓增益下降到帶寬度。顯然，理想矩形系數(shù)應(yīng)為1，實用抑制比來說明對帶外某一特定干擾頻率fn信號抑制能力的大小，它的定義中心頻率上功率增益Kpfo與特定干擾頻率fnK(f)/K(fo)理想f0f200f20KKpfnK或KKKpfn還有其它性能指標(biāo)參數(shù)，如工作穩(wěn)定性，噪聲系數(shù)等，有關(guān)說明請看三、實驗電路++5VT2C613K4.7K4.7K18T1C40.01uF21K134Ui20.01uF13K4.7K7p18KUiC14.7K如圖1-3所示實驗電路由兩級高頻小信號諧振放大器組成，第一級與器3.高頻電子線路實驗箱五、實驗內(nèi)容及步驟(一)第一級諧振放大器幅頻特性的調(diào)試2.將高頻信號發(fā)生器頻率調(diào)到6MHz，輸出信號峰-峰值10mV，將它加到實驗電路板的第一級放大器的輸入端，再將示波器接到第一級輸出22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.54.根據(jù)表格數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器頻率(Vp-p=10mV保持不變)。測量輸出電壓幅頻特性曲線。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)(二)第二級諧振放大器幅頻特性的調(diào)試MHz值10mV，將它加到實驗電路板的第二級放大器的輸入端，再將示波器接到第二級輸出22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.53.根據(jù)表格數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器頻率(Vp-p=10mV保持不變)。測量輸出電壓幅頻特性曲線。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)(三)級聯(lián)后諧振放大器幅頻特性測試到10mV，然后加到實驗電路板的第一級輸入端，由第二級輸出端接示波器，反復(fù)調(diào)整第一級和第二級電感，使輸出達(dá)到最大再測22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.5量輸出電壓幅頻特性曲線。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)六、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)有關(guān)小信號諧振放大器的工作原理和性能分析方面的內(nèi)容。七、注意事項3.在兩級放大器級聯(lián)之后，需要分別將兩級對同一頻率(6M)重調(diào)4.注意不要將無感螺絲刀調(diào)斷。八、報告要求畫出諧振曲線，并分析和討論。實驗二LC正弦波振蕩器一、實驗?zāi)康?.掌握靜態(tài)工作點、反饋系數(shù)等對起振條件、幅值和波形的影響；3.了解反饋和耦合電容對振蕩頻率和起振電壓的影響；了解負(fù)載對輸出電壓的影響。二、實驗原理電容反饋LC振蕩器，其共基極接法的起振條件可知與晶體管發(fā)射極相連的元件合適，滿足起振條件時，電路起振。當(dāng)忽略固有振蕩頻率fo：1fo=2LCCCC=12C+C12LL(2-1)(2-2)fbfbibe振蕩器的起振條件為Y>BG+G/Bfbibe B= C+C12 電路起振后，由于振蕩電壓幅度越來越大，晶體管放大器逐漸趨向大信號非線性狀態(tài)，其放大倍數(shù)K逐漸下降，當(dāng)K下降到KB=1時，振蕩uuuLCC2并聯(lián)，而晶體管的極間電容(主要是結(jié)電容)又隨外界因素(如溫度、電壓、電流等)的變化而變化，因此振蕩器的頻率穩(wěn)定性不夠高。為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性，產(chǎn)生了能夠減小晶體管與回路之間耦合的改進(jìn)型三、實驗電路21K33422KK2123321K147p120p65420k22KE實驗電路如圖2-2所示。該電路為改進(jìn)的電容三點式振蕩電路，輸出級采用射隨器隔離。它是用來減小后一級負(fù)載對前一級振蕩回路的影響。1.示波器(DC4322D)4.高頻電子線路實驗箱五、實驗內(nèi)容及步驟1.觀察靜態(tài)工作點對輸出的影響用示波器接到輸出端vo處，觀察輸出波形(注意記錄有無失真)，并測量幅VV2.觀察反饋系數(shù)對輸出振幅的影響開)，并用示波器觀察輸出波形及幅度。Vop-p(V)3.觀察耦合電容對電路的影響⑴耦合電容對起振的影響(注意失真情況)Ve(mV)Ve(mV)Ve(mV)⑵觀察耦合電容對頻率覆蓋系數(shù)的影響f5.觀察電路負(fù)載對輸出幅度的影響RR(k)Vo(V)六、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)有關(guān)LC振蕩器振蕩原理，由實驗內(nèi)容擬定實驗步驟，熟悉各項操作的意義，繪制必要的表格。七、注意事項1.測頻率用高頻信號發(fā)生器；3.注意靜態(tài)工作點的調(diào)整，把所有的連接都連接號后再調(diào)工作點。每次改變連接后都要重新調(diào)整靜態(tài)工作點。八、實驗報告要求用所學(xué)理論分析各項實驗結(jié)果。實驗三乘積調(diào)幅器與大信號檢波器一、實驗?zāi)康?.通過實驗進(jìn)一步了解模擬乘法器調(diào)幅電路的工作原理；2.通過實驗進(jìn)一步了解二極管大信號檢波器的工作原理；3.掌握示波器測量調(diào)幅指數(shù)和電路調(diào)試方法；4.觀察檢波器電路參數(shù)對輸出信號失真的影響。二、實驗原理調(diào)制是用調(diào)制信號(如聲音，圖象等低頻或視頻信號)去控制載波的某一參數(shù)，使這個參數(shù)隨調(diào)制信號而變化的過程。載波經(jīng)過調(diào)制后稱為已振幅調(diào)制就是用調(diào)制信號去控制載波的振幅，使載波的振幅按調(diào)制信則根據(jù)振幅調(diào)制的定義可以得出載波振幅信號的表達(dá)式為：此時產(chǎn)生嚴(yán)重失真，這種情況應(yīng)該避免。11由上式可以看出調(diào)幅波是由三個不同頻率的正弦波組成。第一項為未第三項的頻率等于載波頻率與調(diào)制頻率之差，稱為下邊頻。實際上，調(diào)制復(fù)雜的，它含有許多頻率分量，因此，由它所產(chǎn)生的調(diào)幅波中的上邊頻和下邊頻都不是一個頻率，而是許多個頻率分量組成了所謂上邊頻帶與下邊頻帶。從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)幅信號的解調(diào)通常稱為檢波，檢波實現(xiàn)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。前一種只適用于載波振幅信號(AM)，后一種只能用于抑制載波振幅信號(DSB)或單邊帶調(diào)制信號(SSB)，當(dāng)然同步檢波也可解調(diào)載波振幅信號(AM)。二極管包絡(luò)檢波分為峰值包絡(luò)檢波和平均包絡(luò)檢波，前者輸入信號要V入信號較小，一般幾毫伏至幾十毫伏，輸出的平均電壓與輸入信號電壓振幅的平方成正比，又稱平方率檢波，它廣泛用于測量儀表中的功率指標(biāo)。+D+D_二極管峰值包絡(luò)檢波器<<R>>RC,CoD形成一個大的負(fù)電壓，從而使二極管在輸入電壓的峰值附近才導(dǎo)通，導(dǎo)期做鋸齒波動，其平均值是穩(wěn)定的且變化規(guī)律與輸入調(diào)幅信號包絡(luò)變化規(guī)下面簡單說明一下二極管峰值包絡(luò)檢波器的兩項主要性能指標(biāo)。(1)傳輸系數(shù)Kd信號的解調(diào)能力或效率的一個參數(shù)。如輸入電壓振幅Vom，輸出直流電壓VK=dcdVom對于載波振幅調(diào)制信號，其定義為檢波器輸出低頻電壓振幅與輸入高頻已調(diào)波包絡(luò)振幅之比：K=VmdmVaom(2)檢波器的失真二極管峰值包絡(luò)檢波器的失真，除具有與放大器相同的線性和非線性失真外，還存在兩種特有的失真—惰性失真和底部切割失真，如圖3-2和圖惰性失真表現(xiàn)為輸出波形不隨包絡(luò)形狀而變，它總是起始于輸入電壓負(fù)斜率的包絡(luò)線的下降速度。這種失真是vvVVRim0tt底部切割削失真又稱為負(fù)峰切割失真，這種失真是因為檢波器的交直流負(fù)載不同引起的。分析表明：為防止這種失真，檢波器交流負(fù)載與直流負(fù)載aRR72KR17R103K8C34R6Uo15R12750R8100K10uF21UoW247KKL10.01uFR14KW1100K12V2AP92K263-4所示電路為乘法調(diào)幅與大信號檢波電路，它由三部分組成，兩級電路的阻抗匹配；二極管D1等阻容元件組成二極管大信號包絡(luò)檢波MCP公司生產(chǎn)的模擬乘法器，可用做寬帶和抑制載波雙邊帶平衡調(diào)制器，不需要耦合變壓器T差分放大器工作在線oxyU=KUoxy它與外圍元件有關(guān)。線性區(qū)和飽和區(qū)的臨界點如信號電壓均小于26mV輸入線性動態(tài)范圍的上限值太小，不適應(yīng)實際需要。TT2T3TTT2T3T68484Ux)TTTTUy2(+)2TTT35號的輸入線性動態(tài)范圍，但是反饋電阻同時會影響調(diào)制器增益。增大反饋電阻會使器件增益下降，但它能改善調(diào)制信號輸入的動態(tài)范圍。E=518=05V0max51+750.VE0波的調(diào)幅度。器3.低頻信號發(fā)生器(EM1642)4.數(shù)字萬用表(DT9202)5.高頻電子線路實驗箱五、實驗內(nèi)容及步驟打開電源開關(guān)(紅綠指示燈亮)。(一)乘積調(diào)幅器a端電壓，在實驗板上已經(jīng)留出測試孔。高頻信號發(fā)生器提供載波信號，將它調(diào)到頻率為465kHz，器提供調(diào)制信號，將它調(diào)到頻率為1kHz端，測量晶體管Q1的aaaaB00.10.20.40.60.8VABABmaE0(V)(二)二極管大信號檢波器Vspp.4V不變。取不同的fs，示波器接檢波器輸出端(ZLR),調(diào)節(jié)WR電，再用萬用表Ω檔測量電阻。2.觀察負(fù)峰切割失真fs=1kHz。AB六、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)有關(guān)模擬乘法器、二極管大信號檢波的工作原理和性能分析方2.預(yù)習(xí)示波器測量調(diào)幅系數(shù)ma的方法。七、注意事項1.輸入信號應(yīng)在板上的實測值(以示波器測量為準(zhǔn))；3.測量直流電阻時，先斷電源，再用萬用表測電阻的值，測完電阻后，應(yīng)萬用表立即打回到直流電壓檔上；6.高頻信號發(fā)生器使用時不用衰減，低頻信號發(fā)生器除做全調(diào)制和驗中嚴(yán)禁調(diào)動。八、報告要求3.描繪檢波器惰性失真和負(fù)峰切割失真時的輸出電壓波形。實驗四頻率調(diào)制與鑒頻實驗一、實驗?zāi)康?.通過實驗進(jìn)一步理解頻率調(diào)制工作原理及實現(xiàn)方法；2.通過實驗了解變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理及電路組成；4.觀察改變頻率調(diào)制電路參數(shù)對輸出信號的影響。5.通過實驗進(jìn)一步理解頻率調(diào)制信號的解調(diào)原理及實現(xiàn)方法；6.掌握乘積型相位鑒頻器工作原理，實現(xiàn)電路及測量方法。二、實驗原理1.頻率調(diào)制的一般原理頻率調(diào)制就是用低頻信號去控制高頻載波的頻率，使高頻載波的振幅不變，而瞬時頻率與調(diào)制信號的強度成線性關(guān)系。調(diào)頻時，載波信號的瞬時角頻率(t)隨調(diào)制信號成正比變化，即：af(t)=A0cos(0t+kVfmsint)mf=m稱為調(diào)頻波的的調(diào)頻指數(shù)。mf可以大于1，mf越大抗噪聲性能越好，但是要占據(jù)更大的信號帶寬。我們知道LC振蕩器的振蕩頻率f=1，如果能使振蕩器回路的L2LC要C(t)[或L(t)]與V(t)成正比例關(guān)系，如果C(t)很小，可以證明(教科正比例關(guān)系的結(jié)論，從而實現(xiàn)線性調(diào)頻。2.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻變?nèi)荻O管是單向?qū)щ娖骷?，在反偏時，它的PN結(jié)呈現(xiàn)一個與反向變?nèi)荻O管結(jié)電容與外加電壓CjCj=其中Cj0是變?nèi)荻O管在零偏壓壘電位差(硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V)；y是電容變化系數(shù)，通常pF012345678910y=1/2~1/3；U是外加反向偏壓的絕對值，包括靜態(tài)工作電壓EQ和調(diào)制信設(shè)調(diào)制信號為v(t)=Vmcost，當(dāng)變?nèi)荻O管作為回路總電容全部接入振蕩回路后，振蕩頻率可表示為：mcmcmc=QD非線性失真很小。對調(diào)頻電路的性能要求主要有調(diào)制線性、最大頻偏、調(diào)制靈敏度及中心頻率穩(wěn)定度等。前三項可由靜態(tài)頻率調(diào)制特性曲線上估計測出來。3.頻率解調(diào)的一般原理能夠完成對調(diào)頻信號解調(diào)的電路稱為鑒頻器。它的基本方法是將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，使其變換后的波形中，包含有反映調(diào)頻波瞬時頻率變化規(guī)律的某種參量，例如幅度、相位或平均分量，然后設(shè)法檢測出這個參量，即得到原始調(diào)制信號。鑒頻器的電路類型很多，例如將調(diào)頻波通過幅頻特性斜率不等于零的線性網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)頻波的振幅按其瞬時頻率規(guī)律變化，變?yōu)檎{(diào)頻—調(diào)幅波，通過包絡(luò)檢波器檢測出反映幅度變化的解調(diào)電壓。這種鑒頻器稱為幅度mUin3mUin34f又如，將調(diào)頻波通過相頻特性斜率不等于零的線性網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)頻波的相位按其瞬時規(guī)律變化，變?yōu)檎{(diào)頻—調(diào)相波，再通過相位鑒頻器檢測出反映相位變化的解調(diào)電壓。這種鑒頻器稱為相位鑒頻器。VViFM信號VVi低通濾波器移相網(wǎng)絡(luò)FM-PM移相網(wǎng)絡(luò)圖4-2乘積型相位鑒頻器方框本實驗采用相位鑒頻器，乘積型相位鑒頻器的實現(xiàn)框圖5-1所示。在圖中，移相網(wǎng)絡(luò)一般采用單諧振回路或耦合回路，乘法器一般采用模擬乘壓Vm與輸入FM信號的頻偏f(或瞬時頻率應(yīng)FM信號的中心頻率f0(f=0)，輸出電壓規(guī)律變化，故鑒頻器輸出還原了原調(diào)制信號。mm0BfV曲線中直線段的頻率范圍Bm為鑒頻器的線性范圍。Bm應(yīng)大于調(diào)頻信號最大頻偏的兩倍以上。三、實驗電路LL6412Ui43L63AWUoutL62W63K2WKGND提供偏壓使變?nèi)荻O管與調(diào)制信號近似成線性關(guān)系，變?nèi)荻O管通過C652.頻率解調(diào)電路乘積型相位鑒頻器實驗電路如圖4-5所示。圖中，集成模擬乘法器做實驗時把輸入信號(已調(diào)波)從Uin加入，通過該電路的解調(diào)在輸出端3K23U1ARAGDAOUT+NG6GEESIG-V416.8KV4C10R14814202nAOUT-uL15J