高频实验报告含数据.docx
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高频实验报告含数据
实验一电容反馈三点式振荡器实验
一、实验目的及要求
1.通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉电容反馈三点式振荡器的构成和电路各元件的作用：
2.研究不同静态工作点对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响；
3.学习使用示波器和频率计测量高频振荡器振荡频率的方法；
4.观察电源电压和负载变化对振荡幅度和振荡频率及频率稳定性的影响。
二、仪器用具
仪器名称
规格/型号
数量
备注
实验箱
1
LC振荡、石英晶体振荡模块
1
数字双踪示波器
1
数字万用表
1
频率计
1
三、实验原理
实验电路原理图
C2、C3、C4、C5和L1组成振荡回路。
Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W可改变Q1的静态工作点。
静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。
Q2与R6、R8组成射随器，起隔离作用。
振荡器的交流负载实验电阻为R5。
R7的作用是为了用频率计（一般输入阻抗为几十Ω）测量振荡器工作频率时不影响电路的正常工作。
四、实验内容及步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1.研究晶体三极管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响：
1）将开关K1和K2均拨至1X档，负载电阻R5暂不接入，接通+12V电源，调节W使振荡器振荡，此时用示波器在TP1观察不失真的正弦电压波形；
实验结果：
实验中可以观察到不失真的正弦波。
2）调节W使Q1静态电流在1mA-4mA之间变化（可用万用表测量R4两端的电压来计算相应的IeQ，至少取4个点），用示波器测量并记下TP1点的幅度与波形变化情况。
实验结果：
实验原始数据如表1：
表1
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
VR4（V）
1.036
1.184
1.783
2.887
3.622
3.791
3.922
4.060
Vp-p（mV）
32
80
220
384
480
408
132
20
用公式：
IeQ=VR4/R4，其中R4=1kΩ。
可以得到处理后的数据如表2：
表2
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
IeQ（mA）
1.036
1.184
1.783
2.887
3.622
3.791
3.922
4.060
Vp-p（mV）
32
80
220
384
480
408
132
20
画出输出振幅随静态电流变化的实验曲线，如下图：
由数据可以看到，当IeQ<1.036mA以及IeQ>4.060mA的时候，波形幅度接近于0，说明没有产生振荡波形。
说明正确设置静态工作点是振荡电路起振的重要条件。
2.研究外界条件变化时对振荡频率的影响及正确测量振荡频率：
1）选择一合适的稳定工作点电流IeQ，使振荡器正常工作，利用示波器在TP3点和TP2点分别估测振荡器的振荡频率；
实验结果：
选取IeQ=3.608,此时振荡输出波形的峰峰值Vp-p=472mV。
此时可以读出相应点的周期值，如表3：
表3
测试点
TP1
TP2
TP3
周期T（ns）
109
110
111
用公式F=1/T，可以估计振荡器的振荡频率。
如表4
表4
测试点
TP1
TP2
TP3
频率F（MHz）
9.174
9.091
9.009
2）用频率计重测，比较在TP3点和TP2点测量有何不同？
实验结果：
用频率计测得各点的频率，如表5：
表5
测试点
TP1
TP2
TP3
频率F（MHz）
9.132
9.091
9.050
由以上数据可以看到，TP2和TP3有少许差异，经过射随器后的TP2点的频率比TP3点的频率大。
存在差异原因为受到射随器中电容的影响。
3）将负载电阻R5接入电路（将开关K3拨至ON档），用频率计测量振荡频率的变化（为估计振荡器频稳度的数量级，可每10s记录一次频率，至少记录5次），并填入下表。
实验结果：
表6
f1
f2
f3
f4
f5
R5
9.217
9.174
9.259
9.155
9.208
振荡器的频稳度可有以下公式计算：
由以上数据可以看到，加上负载之后，振荡频率升高，并且变化范围大，稳定度降低，说明负载会降低振荡器的频稳度。
故应合理选择负载。
4）分别将开关K3拨至“OFF”和“ON”档，比较负载电阻R5不接入电路和接入电路两种情况下，输出振幅和波形的变化。
用示波器在TP1点观察并记录。
实验结果：
原始数据记录如表7：
表7
开关K3状态
OFF
ON
输出波形Vp-p（mV）
448
240
由以上数据可以得到，当接入负载的时候，输出波形的峰峰值减小。
说明负载会引起振荡器输出波形幅度变化，要得到良好的输出波形，必须合理设置负载。
3.将均拨至2X档。
比较选取电容值不同的C2、C3和C2X、C3X，反馈系数不同时的起振情况。
注意改变电容值时应保持静态电流值不变。
实验结果：
原始数据记录如表8：
表8
回路状态
是否起振
C2、C3
不接入R5
起振
接入R5
起振
C2X、C3X
不接入R5
起振
接入R5
不起振
由以上数据可以知道，当开关拨到C2X和C3X且接入负载R5的时候，回路不起振。
分析其原因是：
起振应该满足两个条件，一个是相位条件，必须为2n；另一个则是放大倍数与反馈系数之乘积必须大于1，即T（jw）=K（jw）F（jw）>1。
根据电路分析可以知道F=C2/C3,K=gm/Gp，其中Gp为电路的固有电导和负载电导之和。
当将C2、C3变为C2X、C3X时，F变小，且当接入并联负载时,Gp变大，导致K变小，使得振荡电路不再满足T（jw）>1的条件，所以此时电路不再起振。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
）
1.为什么静态工作点电流不合适时会影响振荡器的起振？
起振应该满足两个条件，一个是相位条件，必须为2n；另一个则是放大倍数与反馈系数之乘积必须大于1，即T（jw）=K（jw）F（jw）>1。
当电路的静态工作点偏小时，其直流偏置小，会使晶体管工作在截止区域，放大电路增益K（jw）很小，导致振荡电路不满足起振条件；当静态工作点选择得太高时，会使静态管过早进入饱和区，导致三极管的gm开始变小，而K=gm/Gp，则使放大电路的增益变小，从而导致不能正常起振。
2.振荡器负载的变化为什么会引起输出振幅和频率的变化？
当负载变化时，产生的反馈会使三极管的静态工作点等参数发生变化，使得放大电路的增益发生变化，从而引起输出振幅和频率发生变化；再者，负载并联在回路两端，会降低电路的品质因素，从而使振荡器的频率稳定度下降，改变输出振幅和频率。
3.在TP3点和TP2点用同一种仪器（频率计或示波器）所测得的频率不同是什么原因？
哪一点测得的结果更准确？
实验中TP2点和TP3点的差别主要在于TP2点接在射随器的后面，而射随器中晶体管be之间存在结电容，受此影响，在两点振荡频率将会不同。
TP2点的更准确，因为射随器可增大振荡电路稳定性，从而获得正确的振荡频率。
实验二晶体振荡器实验
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、仪器用具
仪器名称
规格/型号
数量
备注
实验箱
1
LC振荡、石英晶体振荡模块
1
数字双踪示波器
1
数字万用表
1
频率计
1
三、实验原理
本实验电路采用并联谐振型晶体振荡器，如图2-2所示。
图2-2
XT、C2、C3、C4组成振荡回路。
Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W可改变Q1的静态工作点。
静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。
振荡器的交流负载实验电阻为R5。
四、实验步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1．接通电源；
2．测量振荡器的静态工作点：
调整图中W，测得Iemin和Iemax（可测量R4两端的电压来计算相应的Ie值）；
实验结果：
此时测得R4两端电压为：
=0.379V，
=6.408V，根据R4=510Ω，因此可算出：
=
/R4=0.703mA，
=
/R4=12.56mA。
3．测量当工作点在上述范围时的振荡器频率及输出电压。
实验结果：
测量上述范围时输出电压
=1.36V,振荡器的频率为9.9996MHz.
4．研究有无负载对频率的影响：
先将K1拨至OFF，测出电路振荡频率，再将K1拨至R5，测出电路振荡频率，填入表2-1，并与LC振荡器比较。
实验结果：
OFF
R5
f
9.9996MHz
10.00MHz
表2-1
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
）
1．实验电路的交流等效电路：
2．整理实验数据；
3．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；
答：
一般两者都有输出缓冲级，不会直接带负载。
但是晶体振荡器带负载能力不如LC振荡器，因为晶体振荡器振荡时电压电流都很小且等效内阻较小，很容易受到负载电阻的影响。
4．说明本电路的优点。
答：
晶体振荡频率稳定，受外界影响较小，这一点可以从实验步骤4得到验证；晶体振荡有非常高的品质因素；晶体振荡的接入系数非常小。
实验三单调谐回路谐振放大器及通频带展宽实验
一、实验目的
1.熟悉高频电路实验箱的组成及其电路中各元件的作用；
2.熟悉并联谐振回路的通频带与选择性等相关知识；
3.熟悉负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展；
4.熟悉和了解单调谐回路谐振放大器的性能指标和测量方法。
二、仪器用具
仪器名称
规格/型号
数量
备注
实验箱
1
单、双调谐放大模块
1
数字双踪示波器
1
数字万用表
1
频率计
1
高频信号放生器
1
三、实验原理
本实验电路如图7-3所示。
图7-3
W、R1、R2和Re1（Re2）为直流偏置电路，调节W可改变直流工作点。
C2、L1构成谐振回路，R3为回路电阻，RL为负载电阻。
四、实验内容和步骤：
1．测量谐振放大器的谐振频率：
1）拨动开关K3至“RL”档；
2）拨动开关K1至“OFF”档，断开R3；
3）拨动开关K2，选中Re2；
4）检查无误后接通电源；
5）调整谐振放大器的动态工作点；
6）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
7）使高频信号发生器的正弦信号输出幅度为300mV左右（本实验指导书中所说幅度都是指峰峰值），其频率在3—5MHz之间变化，找到谐振放大器输出电压幅度最大且波形不失真的频率并记录下来；（注意：
如找不到不失真的波形，应同时调节W来配合；幅度最大不失真的输出频率在4MHZ左右。
）
实验结果：
=5.36V，对应的不失真频率为f=3.7MHz。
2．测量放大器在谐振点的动态范围：
1）拨动开关K1，接通R3；
2）拨动开关K2，选中Re1；
3）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
4）调节高频信号发生器的正弦信号输出频率为4MHz，调节C2使谐振放大器输出电压幅度u0最大且波形不失真。
此时调节高频信号发生器的信号输出幅度由300mV变化到1V，使谐振放大器的输出经历由不失真到失真的过程，记录下最大不失真的u0值（如找不到不失真的波形，可同时微调一下W和C2来配合），填入表3-1：
实验结果：
（mV）
300
400
500
600
700
800
900
1000
（V）
Re1=2K
0.88
1.01
1.11
1.15
1.25
1.27
1.31
1.34
Re2=500
1.42
1.76
2.10
2.46
2.68
2.72
2.80
2.88
表3-1
5）再选Re1=2KΩ，重复第4）步的过程；
6）在相同的坐标上画出不同Ic（由不同的Re决定）时的动态范围曲线，并进行分析和比较。
实验结果：
Re1=2kΩ
（V）
0.88
1.01
1.11
1.15
1.25
1.27
1.31
1.34
（mA）
0.44
0.50
0.55
0.58
0.63
0.64
0.66
0.67
Re2=500Ω
（V）
1.42
1.76
2.10
2.46
2.68
2.72
2.80
2.88
（mA）
2.84
3.52
4.20
4.92
5.36
5.44
5.60
5.76
的动态范围曲线为：
3．测量放大器的通频带：
1）拨动开关K1，接通R3；
2）拨动开关K2，选中Re2；
3）拨动开关K3至“RL”档；
4）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
5）调节高频信号发生器的正弦信号输出频率为4MHz，信号输出幅度为300mV左右，调节C2使输出电压幅度u0最大且波形不失真（注意检查一下此时谐振放大器如无放大倍数可调节W）。
以此时回路的谐振频率4MHz为中心频率，保持高频信号发生器的信号输出幅度不变，改变频率由中心频率向两边偏离，测得在不同频率时对应的输出电压uo，频率偏离的范围根据实际情况确定。
将测量的结果记录下来，并计算回路的谐振频率为4MHz时电路的电压放大倍数和回路的通频带；
6）拨动开关K1，断开R3，重复第5）步。
比较通频带的情况。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
）
1．实验电路的交流等效电路：
2．整理各实验步骤所得的数据和图形，绘制出单谐振回路接与不接回路电阻时的幅频特性和通频带，分析原因；
实验内容5）、6）的结果：
频率f（Mhz）
3
3.5
4
4.5
5
6
7
R3接通
（V）
0.821
1.310
1.628
2.316
1.720
1.320
0.612
放大倍数
2.74
4.37
5.43
7.72
5.73
4.40
2.04
R3断开
（V）
1.324
1.752
2.527
2.164
1.568
0.916
0.412
放大倍数
4.41
5.84
8.42
7.21
5.23
3.05
1.37
由计算结果可以粗略看出：
回路接电阻时的通频带：
4～5MHz。
回路不接电阻时的通频带：
3.5～4.5MHz。
原因：
由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压增益将下降，习惯上称电压增益uA下降到谐振电压增益0uA的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带fo：
3．分析Ic的大小不同对放大器的动态范围所造成的影响。
答：
Ic影响Q值，Q值增大放大倍数减小，反之增大。
4．谈谈实验的心得体会。
通过这个实验，我了解了单调谐回路的电路简单,调试容易，选择性差,增益和通频带的矛盾比较突出；单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载。
通过电路中的负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展，还有单调谐回路谐振放大器的性能指标和测量方法。
我们发现在做高频实验的过程中，不确定因素比较大，实验结果经常与期望不符，还需要我们善于检查接线与片子的好坏，否则会浪费很多时间。
实验五幅度调制器实验
一、实验目的及要求
1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；
2.掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路的工作原理及特点；
3.学习调制系数m及调制特性（m~UΩm）的测量方法，了解m<1和m=1及m>1时调幅波的波形特点。
二、仪器用具
仪器名称
规格/型号
数量
备注
实验箱
1
幅度调制、解调模块
1
数字双踪示波器
1
数字万用表
1
高频信号发生器
1
三、实验原理
本实验电路如图7-5所示。
图7-5
图中MC1496芯片引脚1和引脚4接两个51Ω和两个75Ω电阻及51K电位器用来调节输入馈通电压，调偏W，有意引入一个直流补偿电压，由于调制电压uΩ与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号uΩ叠加了某一直流电压后与载波电压uc相乘，从而完成普通调幅。
如需要产生抑制载波双边带调幅波，则应仔细调节W，使MC1496输入端电路平衡。
另外，调节W也可改变调制系数m。
1496芯片引脚2和引脚3之间接有负反馈电阻R3，用来扩展uΩ的输入动态范围。
载波电压uc由引脚8输入。
MC1496芯片输出端（引脚6）接有一个由并联L1、C5回路构成的带通滤波器，原因是考虑到当uc幅度较大时，乘法器内部双差分对管将处于开关工作状态，其输出信号中含有3ωc±Ω、5ωc±Ω、……等无用组合频率分量，为抑制无用分量和选出ωc±Ω分量，故不能用纯阻负载，只能使用选频网络。
四、实验内容及步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1.接通电源；
2.调节高频信号源使其产生fc=10MHz幅度为200mV左右的正弦信号作为载波接到幅度调制电路输入端TP1，从函数波发生器输出频率为fΩ=1KHz左右幅度为600mV左右的正弦调制信号到幅度调制电路输入端TP2，示波器接幅度调制电路输出端TP3；
3.反复调整uΩ的幅度和W及C5使之出现合适的调幅波，观察其波形并测量调制系数m；
4.调整uΩ的幅度和W及C5，同时观察并记录m<1、m=1及m>1时的调幅波形；
5.在保证fc、fΩ和Ucm一定的情况下测量m—UΩm曲线。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
）
1.整理各实验步骤所得的数据和波形。
由公式
，其中分子读数为1格x500mv/格=500mv，分母读数为2.48V，则m=0.2。
此为m<1的情况。
m=1的情况。
可观察到在时间轴上出现满幅调制点。
m>1的情况。
可观察到在时间轴上出现反相调制点，即过幅调制。
2.绘制出m—UΩm调制特性曲线
m—UΩm调制特性曲线
实验七丙类功率放大器实验
一、实验目的：
1.了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程。
2.了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
二、仪器用具
仪器名称
规格/型号
数量
备注
实验箱
1
功率放大模块
1
数字双踪示波器
1
数字万用表
1
频率计
1
高频信号放生器
1
三、实验原理
本电路由两级组成：
Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。
L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。
R14为负载电阻。
四、实验步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1、将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；
2、检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶体三极管）；
实验结果：
调整W测得的电流的最小值为3.287mA。
3、将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入9MHz幅度约为100mV的高频正弦信号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。
这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。
用示波器监测此时波形应不失真。
实验结果：
用示波器可以观察到，当输入信号的幅度为100mV，输出波形最大时，其频率为
f=9.071MHz，输出波形幅度Vp=6.72。
4、根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算：
实验结果：
工作电压Vcc
输入信号幅值Ui
输出电压峰值Uo
电流I
负载电阻RL
12V
0.1V
6.72V
64.12mA
75Ω
12V
0.5V
7.20V
63.15mA
75Ω
1）电源给出的总功率；
2）放大电路的输出功率；
3）三极管的损耗功率；
4）放大器的效率。
实验结果：
计算过程如下：
输入信号幅值Ui=0.1V
P电源=Vcc*I=12*64.12*10-3=0.769W
P放大=Uo2/2RL=6.722/2*75=0.301W
P损耗=P电源-P放大=0.769-0.301=0.468W
η=P放大/P电源*100%=39%
输入信号幅值Ui=0.5V
P电源=Vcc*I=12*63.15*10-3=0.758W
P放大=Uo2/2RL=7.22/2*75=0.346W
P损耗=P电源-P放大=0.758-0.346=0.412W
η=P放大/P电源*100%=46%
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
）
1.说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。
关系如下：
输出电压*集电极电流基波分量=输出电压2/（2*负载电阻）=输出功率；
电源电压*集电极电流直流分量=总功率
输出功率=总功率-三极管损耗功率
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