高频实验指导讲义版Word文档下载推荐.docx
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实验五高频振荡器（石英晶体振荡器、集成电路LC振荡器）
实验六模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）
实验七调幅信号解调（包络检波，同步，小信号检波）
实验八晶体振荡器直接调频与相位鉴频器
实验九综合设计性实验（题目待定）
实验一常用高频仪器使用及高频Q表的元件测量
预习提示：
复习串联谐振回路和并联谐振回路的特点，参考仪器使用说明书
一、实验目的
1、掌握实验室常用高频仪器的使用；
2、利用高频Q表进行元件参数的测量；
二、实验内容
1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p），用频率计测量信号的频率f，用超高频毫伏表测量电压V，反复进行3组，并进行填入下表；
高频信号发生器
示波器
频率计
频毫伏表
信号类型
频率
画出波形
周期T
电压峰峰值Vp-p
测量频率f
测量电压V
正弦波
10.7M
方波
5M
三角波
15.4M
2、熟悉高频试验箱的面板，测量实验箱上的低频信号发生器，利用相关仪器测量电压和频率；
3、利用Q表进行元件参数测量
（1）熟悉Q表的使用。
（2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组；
（3）利用Q表测量电容的电容值：
（a）用并联代替法测量电容值在（0~460pF）的电容；
（b）用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。
三、实验仪器
1、数字示波器一台
2、高频Q表一台
3、频率计一台
4、超高频毫伏表一台
5、高频信号发生器一台
6、高频实验箱一台
7、数字式万用表一块
四、实验基本原理
参见实验仪器说明书。
五、实验步骤
1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p），用频率计测量信号的频率f，用超高频毫伏表测量电压V，反复进行3组，并进行填入下表1；
表1
10.7MHz
5MHz
15.4MHz
（2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组填入表2；
表2
线圈标称电感值
电感测量值
内部总电容值
Q值
（3）利用Q表测量电容的电容值填入表3（选择2个不同标准电感进行两次测量）：
表3
电容标称值
标准电感值
电容测量值
240pF
680PF
六、实验报告
1、按步实验并完成表1、2、3；
2、理解并联替代法测量电容的基本原理；
3、请思考为什么电容的测量要以460pF为分界。
复习单调谐放大器的工作原理和相关参数的计算
1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；
2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法；
1、扫频仪的使用；
2、测量各放大器的电压增益（单级单调谐必做，单级双调谐选做）；
3、测量放大器的通频带与矩形系数；
4、测试放大器的频率特性曲线。
1、BT-3扫频仪一台
2、60MHz示波器一台
3、数字式万用表一块
4、调试工具一套
1、单级单调谐放大器
图1－1单级单调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1－1所示，本实验的输入信号（10.7MHz）由正弦波振荡器模块的石英晶体振荡器或高频信号源提供。
信号从TP5处输入，从TT2处输出。
调节电位器W3可改变三极管Q2的静态工作点，调节可调电容CC2和中周T2可改变谐振回路的幅频特性。
2、单级双调谐放大器
图1－2单级双调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1－2所示，单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。
两个谐振回路通过电容C20（1nF）或C21（10nF）耦合，若选择C20为耦合电容，则TP7接TP11；
若选择C21为耦合电容，则TP7接TP12。
1、计算选频回路的谐振频率范围
若谐振回路的电感量为1.8uH～2.4uH，回路总电容为105pF～125pF（分布电容包括在内），根据公式
计算谐振回路谐振频率
的范围。
2、单级单调谐放大器
（1）连接实验电路
在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。
TP9接地，TP8接TP10。
检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K5向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。
（2）静态工作点调节
K5向左拨（即关闭电路电源），TP5接地，然后K5向右拨。
用万用表测三极管Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。
说明：
本实验箱的所有实验，改接线的操作均要在断电的情况下进行，以后关于断电改接线的操作步骤不再重复说明。
（3）测量放大器电压增益
去掉TP5与地的连线，由正弦波振荡器模块或高频信号源提供输入信号Vi。
1）输入信号Vi由正弦波振荡器模块提供，参考实验五产生10.7MHz的正弦波信号Vi，操作步骤如下：
①在主板上正确插好正弦波振荡器模块，该模块开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。
主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V，检查连线正确无误后，开关K1向右拨。
若正确连接，则该模块上的电源指示灯LED1亮。
②用示波器在正弦波振荡器模块的TT1处测量，输出信号应为正弦波，频率为10.7MHz。
调节该模块的W2可改变TT1处信号的幅度（注意W2不要调到两个最底端）。
此信号即为本实验的输入信号Vi，从TP5处引出。
③正弦波振荡器模块的TP5接小信号放大器模块的TP5，调节正弦波振荡器模块的W2使小信号放大器模块TP5处信号Vi的峰峰值Vip-p为400mV左右。
④用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。
记录各数据，填表1－1。
2）输入信号Vi由高频信号源提供，参考高频信号源的使用方法，用高频信号源产生频率为10.7MHz，峰峰值400mV的正弦信号，将此信号输入到小信号放大器模块的TP5。
用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。
表1－1
Vip-p（V）
Vop-p（V）
电压增益（dB）
（4）测量放大器的通频带、矩形系数
放大器通频带的测量方法有两种：
扫频法和逐点法。
扫频法即用BT-3扫频仪直接测试。
使用BT-3扫频仪测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。
在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线（频率与相对放大倍数的关系曲线），从频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。
注意：
扫频仪的输出不要太大以免超过放大器的动态范围，检波头的方向不要接反。
逐点法即用外置专用信号源做扫频源，用信号源输出幅度相同频率逐步变化的信号作为放大器的输入，逐点记录相应输出信号的大小，然后描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。
在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1处的带宽
或0.01处的带宽
。
则矩形系数
，
，其中
为放大器的通频带。
3、单级双调谐放大器
TP6接TP13，TP7接TP11（选择C20为耦合电容），TP14接TP10。
TP5接地，用万用表测Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。
①去掉TP5与地的连线，参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi（Vip-p约400mV）。
将Vi输入到小信号放大器模块的TP5处。
②用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节该模块的T2、T3、CC2、CC3，并适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。
记录各数据，填表1－2。
表1－2
不要用示波器探头直接在耦合电容（C20、C21）的两侧测量，因为示波器探头的输入电容会影响谐振回路的特性。
1、按步实验并完成表1－1、1－2。
2、高频小信号放大器的主要技术指标有那些？
如何理解选择性与通频带的关系？
3、画出单级单调谐放大器的频率特性曲线。
实验三RC串并联电路的频率特性
自学仿真软件EWB，复习RC串并联电路的频率特性特点
一实验目的:
１．学习仿真软件Multisim（EWB）的使用，掌握电路和系统仿真。
２．研究无源RC选频网络的选频特性，理解文氏桥振荡器反馈网络的反馈特性。
二知识准备１．预习有关MULTISIM（EWB）的有关内容，弄清MULTISIM（EWB）的基本操作。
２．预习有关无源RC选频网络的内容。
三实验内容根据材料学习ewb的使用
１．打开仿真软件MULTISIM（EWB），在工作区中建立如图3.1所示的无源RC选频网络仿真系统。
图3.1无源RC选频网络仿真系统图
２．频率特性的测试
打开仿真开关，选择输入电压Uim=50mV，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f为160KHz，保持输入电压Uim不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压VO，将测的数据填入表1。
频率偏离范围可根据（各自）实测情况来确定（应至少包含10KHz~10MHz，以保证实验效果）。
图3.2是由虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线。
表1频率特性的测试记录
f（KHz）
160
UOｍ（mV）
传输系数
分贝值
图3.2虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线
四.实验报告与思考:
1.根据所测数据绘出幅频特性曲线。
总结无源RC选频网络的选频特性。
2.用你所绘出幅频特性曲线和由虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线进行比较。
实验四高频谐振功率放大器仿真分析
复习丙类高频功放的工作原理和特点，进一步熟悉EWB仿真软件
1、进一步熟悉EWB仿真软件的使用方法；
2、测试高频谐振功率放大器的电路参数及性能指标；
3、熟悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。
二、实验内容及步骤
（一）构造实验电路
利用EWB软件绘制如图4-1所示的高频谐振功率放大器实验电路。
4-1高频谐振功率放大器实验电路
图中，各元件的名称及标称值如表4-1所示。
序号
元件名称及标号
标称值
1
信号源Ui
270mV/2MHz
2
负载RL
10kΩ
3
基极直流偏置电压VBB
0.2V
4
集电极直流偏置电压VCC
12V
5
谐振回路电容C
13pF
6
基极旁路电容Cb
0.1uF
7
集电极旁路电容Cc
8
高频变压器T1
N=1;
LE=1e-05H;
LM=0.0005H;
RP=RS=0
9
晶体管Q1
2N2222（3DG6）
（二）性能测试1、静态测试
选择“Analysi”→“DCOperatingPoint”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如图4-2所示。
4-2高频谐振功率放大器静态工作点
2、动态测试
（1）输入输出电压波形
当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图4-3所示的输入、输出波形。
4-3高频谐振功率放大器输入输出波形图
（2）调整工作状态
1分别调整负载阻值为5kΩ、100kΩ，可观测出输入输出信号波形的差异。
2分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。
3分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。
4-4高频谐振功率放大器工作于欠压状态输入输出波形图
4-5高频谐振功率放大器工作于过压状态输入输出波形图
由图4-5可知，工作与过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。
通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。
三、实验报告
根据所仿真数据和波形，总结出高频谐振功率放大器的工作特点。
实验五高频振荡器（石英晶体振荡器和LC振荡器）
复习石英晶体振荡器和LC振荡器的电路组成和工作原理
实验五-1石英晶体振荡器
1、掌握石英晶体振荡器的工作原理；
2、掌握石英晶体振荡器的设计方法；
3、掌握反馈系数对电路起振和波形的影响。
1、观察反馈系数变化对输出波形的影响；
2、研究温度变化对振荡器频率稳定度的影响（选做）。
1、60MHz示波器一台
2、调试工具一套
四、实验原理及电路
石英晶体振荡器的实验原理图如图5.1－1所示。
Q1组成振荡器，Q2组成隔离器，Q3组成放大器。
图中，C6=100pF，C7=200pF，C8=330pF，C40=1nF。
通过改变K6、K7、K8的拨动方向来改变振荡器的反馈系数。
设C7、C8、C40的组合电容为C∑，则振荡器的反馈系数F＝C6/C∑。
图5.1－1石英晶体振荡器实验原理图
反馈电路不仅把输出电压的一部分送回输入端产生振荡，而且把晶体管的输入电阻也反映到LC回路两端，F大，使等效负载电阻减小，放大倍数下降，不易起振。
另外，F的大小还影响波形的好坏，F过大会使振荡波形的非线性失真变得严重。
通常F约在0.01～0.5之间。
同时，为减小晶体管输入输出电容对回路振荡频率的影响，C6和C∑取值要大。
当振荡频率较高时，有时可不加C6和C∑，直接利用晶体管的输入输出电容构成振荡电容，使电路振荡。
本实验产生的10.7MHz信号将作为功放模块、小信号放大器模块、混频器模块、幅度调制与解调模块的输入信号。
实际实验电路在C11与Q3之间还加有一级10.7MHz陶瓷滤波器电路，用来滤除晶体振荡器输出信号中的二次、三次谐波分量，由于受到模块大小的限制，故没有在模块上画出这部分电路图。
本实验电路只涉及到振荡器和隔离器部分。
1、连接实验电路
在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。
主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。
检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。
2、观察输出波形
用示波器在三极管Q2发射极（军品插座处）处观察反馈输出信号的波形，记录信号的频率f0。
改变反馈系数F的大小（通过选择K6、K7、K8的拨动方向来改变），观察Vo峰峰值Vop-p大小的变化情况及波形的非线性失真情况，填表5.1－1。
表5.1－1
反馈系数
波形非线性失真（大小）
F=1/2
F=1/3
F=1/5
F=1/10
3、观察温度变化对石英晶体振荡器频率稳定度的影响（选做）
用一热源（如加热的烙铁）靠近晶体CR1，在Q2发射极观察输出信号频率的变化情况。
1、画出振荡器的交流等效电路图，按步实验完成表5.1－1；
2、讨论反馈系数对振荡器起振和输出波形非线性失真的影响。
实验五-2集成电路LC振荡器
预习集成电路振荡器的工作原理
1、熟悉由运放组成集成电路振荡器的原理；
2、熟悉由运放组成集成电路振荡器的设计方法。
观察振荡波形并测量波形的相关参数。
四、实验原理及电路
用运算放大器和外接LC元件可组成三点式运放振荡器。
三点式运放振荡器要求运放同相输入端与反相输入端、输出端之间是同性质电抗元件，运放反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件。
为满足振幅起振条件，集成运放的单位增益带宽BW至少应比振荡器频率f0大1~2倍，为保证振荡器有足够高的频率稳定度，一般宜取BW≥（3～10）f0。
集成运放的最大输出电压幅度和负载特性也应满足要求。
本实验的实验原理图如图5.2－1所示。
图5.2－1集成电路振荡器实验原理图
在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，主板GND接模块GND，主板＋5V接模块＋5V，主板－5V接模块－5V。
检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K11、K12向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4、LED5亮。
2、观察、测量振荡输出波形及其相关参数
（1）用示波器在TT3处测量，调节CC2使电路起振，即使TT3处有波形输出。
（2）将电位器W4调节在某一位置（注意不要将W4拧到两个最底端），调节T1使TT3处波形最大不失真。
（3）调节W4，用示波器观察TT3处波形幅度的变化情况。
若波形不稳定，可能是振荡器与后级调谐放大器不匹配或W4拧到了最底端，可通过调节T1或W4改善。
若波形上下不对称，则调节T1来改善。
（4）调节CC2，观察并记录TT3处波形频率f0的变化范围（注意CC2变化到一定范围电路会不起振），填表5.2－1。
表5.2－1
f0（MHz）
最小值
最大值
1、按步实验并完成表5.2－1。
2、讨论设计振荡电路时应考虑哪些因素？
复习模拟乘法器组成的振幅调制电路的工作原理
1、掌握AM、DSB和SSB调制的原理与性质；
2、掌握模拟乘法器的工作原理及其调整方法；
1、产生并观察AM、DSB、SSB的波形；
2、观察DSB波和过调幅时的反相现象。
四、实验原理
实验原理图如图6－1所示。
图6－1模拟乘法器调幅实验原理图
调制信号从TP2输入，载波从TP1输入。
合理设置调制信号与载波信号的幅度以及乘法器的静态偏置电压（调节W1），可在TT1处观察普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅波（DSB）。
FL1为10.7MHz的陶瓷滤波器，它的作用是对TT1处调幅波进行滤波，得到抑制载波单边带调幅波（SSB）。
为兼容检波电路的滤波网络，在进行调制与检波实验时，调制信号的频率选择为1KHz左右，载波信号的频率选择为10.7MHz。
为了便于观察各种调幅波的频谱和DSB波的相位突变现象，调制信号的频率选择为500KHz，载波信号的频率选择为11.2MHz。
本实验所产生的普通调幅波和抑制载波双边带调幅波，是实验十九同步检波和实验二十小信号检波的输入信号。
在主板上正确插好幅度调制与解调模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K1、K2向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1、LED2亮。
2、产生并观察AM波和DSB波
（1）输入调制信号VΩ
本步骤的调制信号可由正弦波振荡器模块的RC振荡器提供，也可由低频信号源提供。
参考实验十或低频信号源的使用方法，用RC振荡器产生1.2KHz左右，峰峰值约700mV的正弦调制信号VΩ。
或用低频信号源产生1KHz，峰峰值约700mV的正弦调制信号VΩ。
连接调制信号VΩ和幅度调制与解调模块的TP2。
（2）输入载波信号Vi
参考高频信号源的使用方法，用高频信号源产生10.7MHz，峰峰值约500mV的正弦载波信号Vi。
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