高频实验指导书.docx
《高频实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频实验指导书.docx（69页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高频实验指导书
前言
本高频电子实验箱共包含十个实验单元模块：
单元选频电路模块；小信号选频放大模块；正弦波振荡及VCO模块；AM调制及检波模块；FM鉴频模块一；FM鉴频模块二；混频及变频模块；高频功放模块；波形变换模块；综合实验模块。
本实验系统的实验内容是根据高等教育出版社的《高频电子线路》一书而设计的。
本实验箱共设置了二十四个实验：
其中有十九个单元实验，是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容；五个系统实验是让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路组成的。
此外，学生还可以根据我们所提供的单元电路自行设计系统实验。
本实验系统力求电路原理清楚，重点突出，实验内容丰富。
其电路设计构思新颖、技术先进、波形测量点选择准确，具有一定的代表性。
同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力已及动手能力。
由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，希望广大读者批评指正。
编者
实验注意事项
1、本实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。
2、每次安装实验模块之前应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。
为保险起见，建议拔下电源线后再安装实验模块。
3、安装实验模块时，模块右边的双刀双掷开关要拨上，将模板四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐，然后用黑色接线柱固定。
确保四个接线柱要拧紧，以免造成实验模块与电源或者地接触不良。
经仔细检查后方可通电实验。
4、各实验模块上的双刀双掷开关、拨码开关、复位开关、自锁开关、手调电位器和旋转编码器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。
5、请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。
6、各模块中的3362电位器（蓝色正方形封装）是出厂前调试使用的。
出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，无需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。
若已调动请尽快复原；若无法复原，请与指导老师或直接与我公司联系。
7、在关闭各模块电源之后，方可进行连线。
连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻放，检查无误后方可通电实验。
拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住线端的金属外壳轻轻摇晃，直至连线与孔松脱，切勿旋转及用蛮力强行拔出。
8、按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。
目录
高频电子线路实验箱简介1
仪器介绍7
实验一高频小信号调谐放大器实验10
实验二集成选频放大器18
实验三三点式正弦波振荡器23
实验四晶体振荡器与压控振荡器26
实验五非线性丙类功率放大器实验29
实验六模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）38
实验七包络检波及同步检波实验44
实验八正交鉴频及锁相鉴频实验52
实验九中波调幅发射机组装及调试59
实验十超外差中波调幅接收机61
实验十一半双工调频无线对讲机64
高频电子线路实验箱简介
一、产品组成
该产品由3种实验仪器、10个实验模块及实验箱体（含电源）组成。
1、实验仪器及主要指标如下：
1）频率计：
频率测量范围：
50Hz～99MHz
输入电平范围：
100mVrms～2Vrms
测量误差：
≤±20ppm（频率低端≤±1Hz）
输入阻抗：
1MΩ/10pF
2）信号源：
输出频率范围：
400KHz～45MHz（连续可调）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波，谐波≤－30dBc
输出幅度：
1mVp-p～1Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
75Ω
3）低频信号源：
输出频率范围：
200Hz～10KHz（连续可调，方波频率可达250KHz）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波、方波、三角波
输出幅度：
10mVp-p～5Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
100Ω
2、实验模块及电路组成如下：
1）模块1：
单元选频电路模块
该模块属于选件，非基本模块
包含LC并联谐振回路、LC串联谐振回路、集总参数LC低通滤波器、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器等五种选频回路。
2）模块2：
小信号选频放大模块
包含单调谐放大电路、电容耦合双调谐放大电路、集成选频放大电路、自动增益控制电路（AGC）等四种电路。
3）模块3：
正弦波振荡及VCO模块
包含LC振荡电路、石英晶体振荡电路、压控LC振荡电路、变容二极管调频电路等四种电路。
4）模块4：
AM调制及检波模块
包含模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）电路、二极管峰值包络检波电路、三极管小信号包络检波电路、模拟乘法器同步检波电路等四种电路。
5）模块5：
FM鉴频模块一
包含正交鉴频（乘积型相位鉴频）电路、锁相鉴频电路、基本锁相环路等三种电路。
6）模块6：
FM鉴频模块二
该模块属于选件，非基本模块
包含双失谐回路斜率鉴频电路、脉冲计数式鉴频电路等两种电路。
7）模块7：
混频及变频模块
包含二极管双平衡混频电路、模拟乘法器混频电路、三极管变频电路等三种电路。
8）模块8：
高频功放模块
包含非线性丙类功放电路、线性宽带功放电路、集成线性宽带功放电路、集电极调幅电路等四种电路。
9）模块9：
波形变换模块
该模块属于选件，非基本模块
包含限幅电路、直流电平移动电路、任意波变方波电路、方波变脉冲波电路、方波变三角波电路、脉冲波变锯齿波电路、三角波变正弦波电路等七种电路。
10）模块10：
综合实验模块
包含话筒及音乐片放大电路、音频功放电路、天线及半双工电路、分频器电路等四种电路。
二、产品主要特点
1、采用模块化设计，使用者可以根据需要选择模块，既可节约经费又方便今后升级。
2、产品集成了多种高频电路设计及调试所必备的仪器，既可使学生在做实验时观察实验现象、调整电路时更加全面、更加有效，同时又可为学生在进行高频电路设计及调试时提供工具。
3、实验箱各模块有良好的系统性，除单元选频电路模块及波形变换模块外，其余八个模块可组合成四种典型系统：
⑴ 中波调幅发射机（535KHz～1605KHz）。
⑵ 超外差中波调幅接收机（535KHz～1605KHz，中频465KHz）。
⑶ 半双工调频无线对讲机（10MHz～15MHz，中频4.5MHz，信道间隔200KHz）。
⑷ 锁相频率合成器（频率步进40KHz～4MHz可变）。
4、实验内容非常丰富，单元实验包含了高频电子线路课程的大部分知识点，并有丰富的、有一定复杂性的综合实验。
5、电路板采用贴片工艺制造，高频特性良好，性能稳定可靠。
三、实验内容
1、小信号调谐（单、双调谐）放大器实验 （模块2）
2、集成选频放大器实验 （模块2）
3、二极管双平衡混频器实验 （模块7）
4、模拟乘法器混频实验 （模块7）
5、三点式正弦波振荡器（LC、晶体）实验 （模块3）
6、晶体振荡器与压控振荡器实验 （模块3）
7、非线性丙类功率放大器实验 （模块8）
8、线性宽带功率放大器实验 （模块8）
9、集电极调幅实验 （模块8）
10、模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）实验 （模块4）
11、包络检波及同步检波实验 （模块4）
12、变容二极管调频实验 （模块3）
13、正交鉴频及锁相鉴频实验 （模块5）
14、模拟锁相环实验 （模块5）
15、自动增益控制（AGC）实验 （模块2）
16、中波调幅发射机组装及调试实验 （模块4、8、10）
17、超外差中波调幅接收机组装及调试实验 （模块2、4、7、10）
18、锁相频率合成器组装及调试实验 （模块5、10）
19、半双工调频无线对讲机组装及调试实验（模块2、3、5、7、8、10）
20、斜率鉴频及脉冲计数式鉴频实验（选件模块6，属选做实验）
21、波形变换实验（选件模块9，属选做实验）
22、常用低通、带通滤波器特性实验（选件模块１，属选做实验）
23、LC串、并联谐振回路特性实验（选件模块１，属选做实验）
四、需另配设备
1、实验桌
2、20M双踪示波器（数字或模拟）
3、万用表（数字或模拟）
五、附：
产品布局简图及综合实验方框图
附一：
产品布局简图
实
验
区
仪
器
区
附二：
综合实验方框图
1、自动增益控制
2、中波调幅发射机
3、超外差中波调幅接收机
4、锁相频率合成器
5、半双工调频无线对讲机
仪器介绍
一、信号源
本实验箱提供的信号源由高频信号源和音频信号源两部分组成，两种信号源的参数如下：
1）高频信号源输出频率范围：
400KHz～45MHz（连续可调）；
频率稳定度：
10E-4；
输出波形：
正弦波，谐波≤－30dBc;
输出幅度：
1mVp-p～1Vp-p（连续可调）；
输出阻抗：
75Ω。
2）音频信号源：
输出频率范围：
200Hz～10KHz（连续可调，方波频率可达250KHz）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波、方波、三角波
输出幅度：
10mVp-p～5Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
100Ω
信号源面板如图所示：
使用时，首先按下“POWER”开关，红灯点亮。
高频信号源频率调节有四个档位：
1KHz，10KHz，100KHz和1MHz档。
按下面板左上的频率调节旋钮可在各档位间切换，为1KHz，10KHz和100KHz档时，相对应绿灯点亮，当三灯齐亮，即为1MHz档。
调节该旋钮可改变输出高频信号的频率。
音频信号源通过“波形选择”按键切换输出波形，并用相应的指示灯指示，如选择正弦波，则“正弦波”指示灯亮。
通过“＋”“－”按键可以增大、减小信号的频率。
调节“RF幅度”旋钮可改变输出高频信号源的幅度，顺时针旋转幅度增加；调节“幅度调节”旋钮可改变输出音频信号源的幅度，
本信号源有内调制功能，“FM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调频波，调制信号为信号源音频正弦波信号，载波信号为信号源高频信号；“FM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。
“AM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调幅波，调制信号为信号源音频正弦波信号，载波信号为信号源高频信号；“AM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。
调节“FM频偏”旋钮可改变调频波的调制指数，调节“AM调幅度”旋钮可改变调幅波的调幅度。
面板下方为三个射频线插孔。
“RF1”和“RF2”插孔输出400KHz～45MHz的正弦波信号（在观察频率特性的实验中，可将“RF1”作为信号输入，“RF2”通过射频跳线连接到频率计观察频率）；“低频输出”插孔输出200Hz～10KHz的正弦波、三角波、方波信号。
二、频率计
本实验箱自带高频频率计和音频频率计，用于观测信号频率。
频率计面板如图所示：
频率计参数如下：
频率测量范围：
50Hz～99MHz
输入电平范围：
100mVrms～2Vrms
测量误差：
≤±20ppm（频率低端≤±1Hz）
输入阻抗：
1MΩ/10pF
使用时，按下“POWER”开关，红灯点亮。
高频频率计显示部分由八个数码管组成。
音频频率计显示部分由四个数码管组成。
高频频率计有KHz和MHz两个级别单位。
当测量的频率低于1MHz时，图中所示的高频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“KHz”，例如，此小数点前的数字是500，小数点后的数字是123，则所测的频率是500.123KHz，即500123Hz；同理，当测量的频率高于1MHz时，图中所示的高频频率计“MHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“MHz”，例如，此小数点前的数字是15，小数点后的数字是123456，则所测的频率是15.123456MHz，即15123456Hz。
音频频率计有KHz和Hz两个级别单位。
当测量的频率高于10KHz时，图中音频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识单位是“KHz”，读法与高频频率计的类似。
当测量频率低于10KHz时，此时的频率测量单位是“Hz”，数码管显示的读数即测量的频率。
实验一高频小信号调谐放大器实验
一、实验目的
1、掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；
2、掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算；
3、了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；
二、实验内容
1、测量单调谐、双调谐小信号放大器的静态工作电
2、测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益
3、测量单调谐、双调谐小信号放大器的通频带
三、实验仪器
1、信号源模块1块
2、频率计模块1块
3、2号板1块
4、双踪示波器1台
5、万用表1块
6、扫频仪（可选）1台
四、实验原理
（一）单调谐放大器
小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。
其实验单元电路如图1-1所示。
该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。
它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。
本实验中输入信号的频率fS＝10.7MHz。
基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。
调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。
表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。
图1-1单调谐小信号放大电路
放大器各项性能指标及测量方法如下：
1、谐振频率
放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为
式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；
为调谐回路的总电容，
的表达式为
式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。
谐振频率f0的测量方法是：
用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。
2、电压放大倍数
放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。
AV0的表达式为
式中，
为谐振回路谐振时的总电导。
要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º而是为180º+Φfe。
AV0的测量方法是：
在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：
AV0=V0/Vi或AV0=20lg（V0/Vi）dB
3、通频带
由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为
BW=2△f0.7=f0/QL
式中，QL为谐振回路的有载品质因数。
分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为
上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容
为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。
这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。
通频带BW的测量方法：
是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。
测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。
逐点法的测量步骤是：
先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。
由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。
可得：
通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。
要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。
如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。
（二）双调谐放大器
为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双调谐回路放大器。
双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。
在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。
1、电压增益为
2、通频带
为弱耦合时，谐振曲线为单峰；
为强耦合时，谐振曲线出现双峰；
临界耦合时，双调谐放大其的通频带
BW=2△f0.7=
fo/QL
图1-3双调谐小信号放大
五、实验步骤
（一）单调谐小信号放大器单元电路实验
1、根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件（具体指出）。
2、打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。
（以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤）
3、调整晶体管的静态工作点：
在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4和R5两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W3，使VEQ＝1.6V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R5（R5=470Ω）
4、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。
（连线框图如图1-4所示）
图1-4单调谐小信号放大连线框图
注：
图中符号
表示高频连接线
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
RF1
（Vp-p=200mVf=10.7M）
2号板：
J4
射频信号输入
信号源：
RF2
频率计：
RFIN
频率计实时观察输入频率
5、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为200mV（示波器探头用x10档测量）频率为10.7MHz的高频信号。
测量谐振频率
将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。
测量电压增益Av0
在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
测量放大器通频带
调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。
（二）双调谐小信号放大器单元电路实验
1、打开双调谐小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮。
2、调整晶体管的静态工作点：
在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R15和R16两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W4，使VEQ＝0.4V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R16（R16=1.5K）
3、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。
（连线框图如图1-5所示）
图1-5双调谐小信号放大连线框图
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
RF1
（Vp-p=500mVf=455K）
2号板：
J5
射频信号输入
信号源：
RF2
频率计：
RFIN
频率计实时观察输入频率
4、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为500mV（示波器探头用x10档测量）频率为455KHz的高频信号。
测量谐振频率
1）将示波器探头连接在调谐放大器的输出端TH6上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形。
2）首先调试放大电路的第一级中周，让示波器上被测信号幅度尽可能大，然后调试第二级中周，让示波器上被测信号的幅度尽可能大。
3）重复调第一级和第二级中周，直到输出信号的幅度达到最大。
这样，放大器就谐振到输入信号的频点上。
测量电压增益Av0
在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH6和TH7分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
六、实验报告要求
1、写明实验目的。
2、画出实验电路的直流和交流等效电路。
3、计算直流工作点，与实验实测结果比较。
4、整理实验数据，并画出幅频特性。
实验二集成选频放大器
一、实验目的
1、熟悉集成放大器的内部工作原理
2、熟悉陶瓷滤波器的选频特性
二、实验内容
1、测量集成选频放大器的增益。
2、测量集成选频放大器的通频带。
三、实验仪器
1、信号源模块1块
2、频率计模块1块
3、2号板1块
4、双踪示波器1台
5、万用表1块
6、扫频仪（可选）1台
四、实验原理
1、集成选频放大器的原理图见下图
图2-1集成选频放大器电路原理图
由上图可知，本实验中涉及到的集成选频放大器是带AGC（自动增益控制）功能的选频放大器，放大IC用的是Motorola公司的MC1350。
2、MC1350放大器的工作原理
图2-2为MC1350单片集成放大器的电原理图。
这个电路是双端输入、双端输出的全差动式电路，其主要用于中频和视频放大。
图2-2MC1350内部电路图
输入级为共射-共基差分对，Q1和Q2组成共射差分对，Q3和Q6组成共基差分对。
除了Q3和Q6的射极等效输入阻抗为Q1、Q2的集电极负载外，还有Q4、Q5的射极输入阻抗分别与Q3、Q6的射极输入阻抗并联，起着分流的作用。
各个等效微变输入阻抗分别与该器件的偏流成反比。
增益控制电压（直流电压）控制Q4、Q5的基极，以改变Q4、Q5分别和Q3、Q6的工作点电流的相对大小，当增益控制电压增大时，Q4、Q5的工作点电流增大，射极等效输入阻抗下降，分流作用增大，放大器的增益减小。
五、实验步骤
1、据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件。
2、按下面框图（图2-3）所示搭建好测试电路。
图2-3集成选频放大器测试连接框图
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
RF1
（Vp-p=100mVf=4.5M）
2号板：
J2
射频信号输入
信号源：
RF2
频率计：
RFIN
频率计实时观察输入频率
测量电压增益Av0
将拨码开关S1拨为“00”（所有拨码开关拨上为1，拨下为0，以后不多做说明），用示波器观测信号输出TH4，调节W1使输出幅度最大。
用示波器分别观测输入和输出信号的幅度大小，Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
测量放大器通频带
以10K档步进调节信号源上频率调节旋钮，使其在4.5MHz左右变化，并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。
六、实验报告要求
1、写明实验目的。
2、计算集成选频放大器的增益。
3、计算集成选频放大器的通频带。
4、整理实验数据，并画出幅频特性。
实验三三点式正弦波振荡器
一、实验目的
1、掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。
2、通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。
3
升级会员 