高频实验指导书.docx

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高频实验指导书

实验注意事项

1、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3

实验一非线性丙类功率放大器实验8

实验二正弦波振荡器16

（一）三点式正弦波振荡器16

（二）晶体振荡器与压控振荡器19

实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）22

实验四混频器实验28

（一）二极管的双平衡混频器28

（二）模拟乘法混频34

实验五包络检波及同步检波实验39

实验六变容二极管调频实验46

高频电子线路实验箱简介

一、实验箱组成

该实验箱由10个实验模块及实验箱体（含电源）组成。

1、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、实验箱主要特点

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）。

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、三极管变频实验　（模块7）

6、三点式正弦波振荡器（LC、晶体）实验　（模块3）

7、压控振荡器实验　（模块3）

8、非线性丙类功率放大器实验　（模块8）

9、线性宽带功率放大器实验　（模块8）

10、集电极调幅实验　（模块8）

11、模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）实验　（模块4）

12、包络检波及同步检波实验　（模块4）

13、变容二极管调频实验　（模块3）

14、正交鉴频及锁相鉴频实验　（模块5）

15、模拟锁相环实验　（模块5）

16、自动增益控制（AGC）实验　（模块2）

17、中波调幅发射机组装及调试实验　（模块4、8、10）

18、超外差中波调幅接收机组装及调试实验　（模块2、4、7、10）

19、锁相频率合成器组装及调试实验　（模块5、10）

20、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）

21、斜率鉴频及脉冲计数式鉴频实验（选件模块6，属选做实验）

22、波形变换实验（选件模块9，属选做实验）

23、常用低通、带通滤波器特性实验（选件模块１，属选做实验）

24、LC串、并联谐振回路特性实验（选件模块１，属选做实验）

附：

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

实验一非线性丙类功率放大器实验

一、实验目的

1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。

2、了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化时对功率放大器工作状态的影响。

3、比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点

4、掌握丙类放大器的计算与设计方法。

二、实验内容

1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点

2、测试丙类功放的调谐特性

3、测试丙类功放的负载特性

4、观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响

三、实验仪器

1、8号板1块

2、双踪示波器1台

3、频率特性测试仪（可选）1台

4、万用表1台

四、实验基本原理

放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。

功率放大器电流导通角

越小，放大器的效率

越高。

甲类功率放大器的

，效率

最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。

非线性丙类功率放大器的电流导通角

，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

特点：

非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小），基极偏置为负值，电流导通角

，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。

电路原理图如图1-1所示（见13页），该实验电路由两级功率放大器组成。

其中Q3（3DG12）、T6组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中RA3、R14、R15组成静态偏置电阻，调节RA3可改变放大器的增益。

W1为可调电阻，调节W1可以改变输入信号幅度，Q4（3DG12）、T4组成丙类功率放大器。

R16为射极反馈电阻，T4为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R13送到Q4基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲类功放输出信号大于丙类功放管Q4基极－射极间的负偏压值时，Q4才导通工作。

与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。

下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。

1、甲类功率放大器

1）静态工作点

如图1-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定：

2）负载特性

如图1-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P0可表示为：

式中，

为输出负载上的实际功率，

为变压器的传输效率，一般为

＝0.75～0.85

图1-2为甲类功放的负载特性。

为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻RH称为最佳负载电阻。

集电极的输出功率PC的表达式为：

式中，Vcm为集电极输出的交流电压振幅；Icm为交流电流的振幅，它们的表达式分别为：

式中，VCES称为饱和压降，约1V

图1-2甲类功放的负载特性

如果变压器的初级线圈匝数为N1，次级线圈匝数为N2，则

式中，

为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。

3）功率增益

与电压放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，对于图1-1所示电路，甲类功率放大器不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还要将前级输入的信号进行功率放大，功率放大增益Ap的表达式为

其中，Pi为放大器的输入功率，它与放大器的输入电压uim及输入电阻Ri的关系为

2、丙类功率放大器

1）基本关系式

丙类功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（≈ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。

当放大器的输入信号

为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。

利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。

图1-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。

分析可得下列基本关系式：

式中，

为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；

为集电极基波电流振幅；

为集电极回路的谐振阻抗。

式中，PC为集电极输出功率

式中，PD为电源VCC供给的直流功率；ICO为集电极电流脉冲iC的直流分量。

放大器的效率

为

图1-3丙类功放的基极/集电极电流和电压波形

2）负载特性

当放大器的电源电压＋VCC，基极偏压vb，输入电压（或称激励电压）vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。

谐振功率放大器的交流负载特性如图1-4所示。

由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值Icm。

此时，集电极输出的功率PC和效率

都较高，此时放大器处于临界工作状态。

Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用R0表示，即

当Rq﹤R0时，放大器处于欠压状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。

当Rq﹥R0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。

为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。

判断放大器是否为临界工作状态的条件是：

图1－4谐振功放的负载特性

五、实验步骤

1、测试调谐特性

在前置放大电路出入J3处输入频率

=10.7MHz（Vp-p≈0.3V）的高频信号，调节W1和中周T6，使TP6处信号的电压幅值为6V左右，S1全部开路（为0000），改变输入信号频率，从9MHz～15MHz（以1MHz为步进）记录TP6处的输出电压值，填入表1-1。

表1-1

fi

9MHz

10MHz

11MHz

12MHz

13MHz

14MHz

15MHz

V0

2、测试负载特性

在前置放大电路中输入J3处输入频率

＝10.7MHz（Vp-p≈0.3V）的高频信号，调节W1使TP6处信号约为6V，调节中周T4使回路调谐（调谐标准：

TH4处波形为对称双峰）。

将负载电阻转换开关S1依次从1—4拨动（1000，0100和0010），用示波器观测相应的Vc值（TH5处观测）和Ve（TH4处观测）波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。

表1-2　Vb＝6Vf＝10.7MHzVCC＝5V

RL（Ω）

820

330

100

∞

VcP-P（V）

VeP-P（V）

ie的波形

3、观察激励电压变化对工作状态的影响

先调节T4将ie波形调到凹顶波形，然后使输入信号由大到小变化，用示波器观察ie波形的变化（观测ie波形即观测Ve波形，ie＝Ve/R16+R17），用示波器在TH4处观察。

六、实验报告要求

1、整理实验数据，并填写表1-1、1-2。

2、对实验参数和波形进行分析，说明输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响。

3、用实测参数分析丙类功率放大器的特点。

图1-1非线性丙类功率放大

实验二正弦波振荡器

（一）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、研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。

二、实验内容

1、熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2、进行LC振荡器波段工作研究。

3、研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

4、测试LC振荡器的频率稳定度。

三、实验仪器

1、模块31块

2、双踪示波器1台

3、万用表1台

四、基本原理

图2-1正弦波振荡器（4.5MHz）

将开关S2的1拨上2拨下，S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振荡频率。

振荡器的频率约为4.5MHz（计算振荡频率可调范围）

振荡电路反馈系数

F=

振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。

射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。

五、实验步骤

1、根据图2-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。

2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。

1）将开关S2的1拨上（为10），S1全部拨下（为00），构成LC振荡器。

2）改变上偏置电位器RA1，记下Q3发射极电流Ieo（=

），R10＝1K，（将万用表红表笔接TP4，黑表笔接地测量VE）填入表2-1中，并用示波测量对应点TP1的振荡幅度VP-P（峰—峰值）填于表中，记下停振时的静态工作点电流值IQ。

表2-1

Ieo

Vp-p

ICQ

分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，分析思路：

静态电流ICQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。

在饱和状态下（ICQ过大），管子电压增益AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。

3、测量振荡器输出频率范围

将频率计接于J1处，改变CCI，用示波器从TH1观察波形，并观察输出频率的变化，记录最高频率和最低频率填于2-2表中。

表2-2

fmax

fmin

六、实验报告要求

1、分析静态工作点、反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响，并用所学理论加以分析。

2、计算实验电路的振荡频率fo，并与实测结果比较。

（二）晶体振荡器与压控振荡器

一、实验目的

1、掌握晶体振荡器与压控振荡器的基本工作原理。

2、比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。

二、实验内容

1、熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2、分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。

3、改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。

三、实验仪器

1、模块31块

2、双踪示波器1台

3、万用表1台

四、基本原理

1、晶体振荡器：

将开关S2的2拨上、1拨下，S1全部断开，由Q3、C13、C20、晶体CRY1与C10构成晶体振荡器（皮尔斯振荡电路），在振荡频率上晶体等效为电感。

2、压控振荡器（VCO）：

将S1的1或2拨上，S2的1拨上、2拨下，则变容二极管D1、D2并联在电感L2两端。

当调节电位器W1时，D1、D2两端的反向偏压随之改变，从而改变了D1和D2的结电容Cj，也就改变了振荡电路的等效电感，使振荡频率发生变化。

其交流等效电路如图2-2所示

3、晶体压控振荡器

开关S1的1接通或2接通，S2的2接通，就构成了晶体压控振荡器。

图2-2压控振荡器交流等效电路图

五、实验步骤

1、两种压控振荡器的频率变化范围比较

1）将电路连接成LC压控振荡器（S1设为10），频率计接于J1，直流电压表接于TP3。

2）将W1调节从低阻值、中阻值、高阻值位置（即从左→中间→右顺时针旋转），分别将变容二极管的反向偏置电压、输出频率记于表2-3中。

3）将电路连接成晶体压控振荡器，重复步骤2），将测试结果填于表2-3。

表2-3

W1电阻值

W1低阻值

W1中阻值

W1高阻值

VD1（VD2）

振

荡

频

率

LC压控振荡器

晶体压控振荡器

六、实验报告要求

1、比较所测数据结果，结合新学理论进行分析。

2、晶体压控振荡器的缺点是频率控制范围很窄，如何扩大其频率控制范围？

实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）

一、实验目的

1、掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅、抑止载波双边带调幅和音频信号单边带调幅的方法。

2、研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。

3、掌握调幅系数的测量与计算方法。

4、通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的波形。

5、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。

二、实验内容

1、实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。

2、实现抑止载波的双边带调幅波。

3、实现单边带调幅。

三、实验仪器

1、4号板1块

2、双踪示波器1台

3、万用表1台

四、实验原理及实验电路说明

幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。

本实验中载波是465KHz高频信号，1KHz的低频信号为调制信号。

振幅调制器即为产生调幅信号的装置。

1、集成模拟乘法器的内部结构

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。

所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。

集成模拟乘法器常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

1）MC1496的内部结构

在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用。

MC1496是四象限模拟乘法器，其内部电路图和引脚图如图3-1所示。

其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。

图3-1MC1496的内部电路及引脚图

2）静态工作点的设定

（1）静态偏置电压的设置

静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。

根据MC1496的特性参数，对于图3-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即

ν8=ν10,ν1=ν4,ν6=ν12

15V≥ν6　（ν12）－ν8　（ν10）≥2V

15V≥ν8　（ν10）－ν1　（ν4）≥2V

15V≥ν1　（ν4）－ν5≥2V

（2）静态偏置电流的确定

静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。

当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC。

由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即

当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即

根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取

。

在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替.

　　2、实验电路说明

用MC1496集成电路构成的调幅器电路图如图3-2所示。

图中W1用来调节引出脚1、4之间的平衡，器件采用双电源方式供电（＋12V，－8V），所以5脚偏置电阻R15接地。

电阻R1、R2、R4、R5、R6为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。

载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、10之间；载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高频旁路电容，使8脚交流接地。

调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，调制信号VΩ经低频偶合电容E1从1脚输入。

2、3脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围。

当电阻增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。

已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚6、12之间）输出。

五、实验步骤

1、静态工作点调测：

使调制信号VΩ=0，载波VC=0，（或不接外接信号），调节W1使各引脚偏置电压接近参考值。

R11、R12、R13、R14与电位器W1组成平衡调节电路，改变W1可以使乘法器实现抑止载波的振幅调制或有载波的振幅调制和单边带调幅波。

为了使MCl496各管脚的电压接近参考值，只需要调节W1使1、4脚的电压差接近0V即可，方法是用万用表表笔分别接1、4脚，使得万用表读数接近于0V。

2、抑止载波振幅调制：

J1端输入载波信号VC（t），其频率fC=465KHz，峰峰值VCP－P＝500mV。

J5端输入调制信号VΩ（t），其频率fΩ＝1KHz，先使峰峰值VΩP－P＝0，调节W1，使输出VO=0（此时ν4＝ν1），再逐渐增加VΩP－P，则输出信号VO（t）的幅度逐渐增大，于TP3测得。

最后出现如图3-3所示的抑止载波的调幅信号。

（将音频信号频率调至最大，即可测得清晰的抑制载波调幅波）

由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。

脚1和4分别接电阻R12和R14，可以较好地抑止载波漏信号和改善温度性能。

图3-3抑止载波调幅波形

3、全载波振幅调制

，J1端输入载波信号Vc（t）,，fc=465KHz,，VCP－P＝500mV，调节平衡电位器W1，使输出信号VO（t）中有载波输出（此时V1与V4不相等）。

再从J2端输入调制信号，其fΩ＝1KHz，当VΩP－P由零逐渐增大时，则输出信号VO（t）的幅度发生变化，最后出现如图3-4所示的有载波调幅信号的波形，记下AM波对应Vmmax和Vmmin，并计算调幅度m。

图3-4普通调幅波波形

4、步骤同3，从J6