通信电子线路实验指导.docx
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通信电子线路实验指导
高频电子线路
实验指导书
孙思梅改编
电子与通信实验中心
2008年8月
实验要求
1.实验之前必须充分预习，认真阅读实验指导书，掌握好实验所必需的有关原理和理论知识；
2.对实验中所用到的仪器使用之前必须了解其性能、使用方法和注意事项，并在实验时严格遵守；
3.动手实验之前应仔细检查电路，确保无误后方能接通电源；
4.由于高频电路的特点，要求每次实验时连线要尽可能地短且整齐，不要有多余的线；
5.调节可变电容或可变电阻时应使用无感起子；
6.需要改接连线时，应先关断电源，再改接线；
7.实验中应细心操作，仔细观察实验现象；
8.实验中如发现异常现象，应立即关断电源，并报告指导老师；
9.实验结束后，必须关断电源，整理好仪器、设备、工具和实验导线。
实验报告要求：
1．写明实验名称；
2．写出实验目的；
3．绘制实验电路图；
4．列出实验所需仪器的型号和数量；
5．写出实验内容及步骤；
6．分析试验数据；
7．写出实验体会。
实验一单调谐回路谐振放大器（实验板G1）……………………………1
实验二双调谐回路及通频带展宽实验（实验板G1）…………………4
实验三正弦波振荡器（实验板G1）……………………………………6
实验四低电平振幅调制器（利用乘法器）（实验板G3）……………9
实验五丙类高频功率放大器（实验板G2F）……………………………12
实验六高电平振幅调制器（实验板G2F）………………………………17
实验七调幅波信号的解调（实验板G3）………………………………19
实验八变容二极管调频振荡器（实验板G4）………………………22
实验九相位鉴频器（实验板G4）………………………………………24
实验十集成电路（压控振荡器）构成的频率调制器（实验板G5）…27
实验十一集成电路（锁相环）构成的频率解调器（实验板G5）………30
实验十二利用二极管函数电路实现波形转换（主机面板）……………32
实验十三晶体管混频电路（实验板G7）…………………………………33
附录1：
TPE—GP2型高频电路实验学习机……………………………36
附录2：
XPD1252－BT3CRF宽带扫描仪…………………………………37
附录3：
SP-1500型频率计…………………………………………………44
附录4：
DA22B型超高频毫伏表……………………………………………47
附录5：
F40型数字合成函数信号发生器…………………………………50
实验一单调谐回路谐振放大器
一、实验目的
1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱。
2.熟悉谐振回路的幅频特性—通频带与选择性。
3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带的扩展方法。
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、实验仪器
1.双踪示波器
2.扫频仪
3.高频信号发生器
4.数字频率计
5.万用表
6.实验板G1
三、预习要求
1.复习谐振回路的工作原理。
2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间的关系。
3.实验电路中，若电感量L＝1μh，回路总电容C＝220pf（分布电容包括在内），计算回路中心频率f0。
四、实验内容及步骤
1.实验电路见图1－l
（1）按图1-1所示连接电路（注意接线前先测量+12V电源电压，无误后，关断电源再接线）。
（2）接线后仔细检查，确认无误后接通电源。
2.静态测量
实验电路中选Re=1K
测量各静态工作点，计算并填表1.1。
表1.1
实测
实测计算
（或直接测量）
根据VCE判断V
是否工作在放大区
原因
VB
VE
IC
VCE
是
否
*VB，VE是三极管的基极和发射极对地直流电压。
3.动态研究
（l）测量放大器（谐振时）VO的动态范围（Vi的数值见表中所示）
选R＝10K，Re＝IK。
把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接示波器，选择正常放大区的输入电压Vi，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大。
此时调节Vi由峰峰值10毫伏变到210毫伏，逐点记录入VO电压，并填入表1.2。
Vi的各点测量值可根据（各自）实测情况来确定。
表1.2
Vi（mVp-p）
80
100
280
V0（Vp-p）
Re=1K
Re=500
Re=2K
（2）当Re分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表1.2。
在同一坐标纸上画出R不同时V0的动态范围曲线，并进行比较和分析。
（3）用扫频仪调回路谐振曲线。
仍选R=10K，Re=1K。
将扫频仪射频输出送入电路输入端，电路输出接至扫频仪检波器输入端。
观察回路谐振曲线（扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置），调回路电容CT，使f0=10.7MHz。
（4）测量放大器的频率特性
当回路电阻R＝10K时，选择正常放大区的输入电压Vi，将高频信号发生器输出瑞接至电路输入端，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频率f0＝10.7MHz为中心频率，然后保持输入电压Vi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V0，将测得的数据填入表1.3。
频率偏离范围可根据（各自）实测情况来确定。
表1.3
F（MHz）
10.2
10.7
10.9
V0
R=10KΩ
R=2KΩ
R=470Ω
计算f0＝10.7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
（5）改变谐振回路电阻，即R分别为2KΩ，470Ω时，重复上述测试，并填入表2.3比较通频带情况。
五、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，计算直流工作点，与实验实测结果比较。
3.写明实验所用仪器、设备及名称、型号。
4.整理实验数据，并画出幅频特性。
（1）单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带，整理并分析原因。
（2）双调谐回路耦合电容C对幅频特性、通频带的影响。
从实验结果找出单调谐回路和双调谐回路的优缺点。
5.本放大器的动态范围是多少（放大倍数下降ldB的折弯点V0定义为放大器动态范围），讨论Ic对动态范围的影响。
实验二双调谐回路及通频带展宽实验
一、实验目的
1.了解双调谐回路的电路构成和工作原理。
2.了解影响谐振放大器通频带的因素，并通过实验逐一检验。
二、实验仪器
1.双踪示波器
2.扫频仪
3.高频信号发生器
4.数字频率计
5.万用表
6.实验板G1
三、预习要求
1.复习双调谐回路的工作原理。
2.了解影响谐振放大器通频带的各个因素，并在实验板1的基础上自行设计实验步骤对通频带进行展宽并通过数据证明。
四、实验内容及步骤
1.实验线路见图2—1
（1）用扫频仪调双回路谐振曲线
接线方法同单调谐实验电路。
观察双回路谐振曲线，选C＝3pf，反复调整CTl、CT2使两回路谐振在10.7MHz。
图2-1双调谐回路谐振放大器原理图
（2）测双调谐回路放大器的频率特性
按图2－所示连接电路，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，选C＝3pf，置高频信号发生器频率为10.7MHz，反复调整CTl、CT2使两回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的频率为中心频率，然后保持高频信号发生器输出电压不变，改变频率，由中心频率向两边逐点偏离，测对应的输出频率f和电压值，并填入表2.1
表2.1
f（MHz）
10.7
V0
C=3pf
C=10pf
C=12pf
2.改变耦合电容C为10P，12Pf，重复上述测试，并填入表2.1
3.自行设计实验步骤对通频带进行展宽。
五、实验报告要求
1.写明实验目的。
2.双调谐回路耦合电容C对幅频特性、通频带的影响。
从实验结果找出单调谐回路和双调谐回路的优缺点。
3.对通频带展宽的思路进行整理，数据分析。
实验三正弦波振荡器
一、实验目的
1.掌握LC三点式振荡电路及晶体振荡器的基本原理，掌握LC电容反馈式三点振荡电路设计及电参数计算。
2.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
3.掌握振荡器反馈系数不同时，静态工作电流IEQ对振荡器起振及振幅的影响。
4.掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。
二、预习要求
1.复习LC振荡器的工作原理。
2.分析图4-1电路的工作原理及各元件的作用，并计算晶体管静态工作电流Ic的最大值（设晶体管的β值为50）。
3.实验电路中，L1＝3.3μh，若C＝120pf，C’＝680Pf，计算当CT＝50pf和CT＝150pf时振荡频率各为多少？
4.查阅晶体振荡器的有关资料。
阐明为什么用石英晶体作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定度大大提高。
5.试画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的实际电路，并阐述两者在电路结构及应用方面的区别。
三、实验仪器。
1.双踪示波器。
2.频率计
3.万用表
4.实验板G1
四、实验内容及步骤
（一）LC三点式振荡电路
实验电路见图3－l。
实验前根据图3－1所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用。
1.检查静态工作点
（l）在实验板+12V插孔上接入+12V直流电源，注意电源极性不能接反。
（2）反馈电容C不接，C’接入（C’=680pf），用示波器观察振荡器停振时的情况。
注意：
连接C’的接线要尽量短。
（3）改变电位器RP测得晶体管V的发射极电压VE，VE可连续变化，记下VE的最大值，计算IE值
IE=VE/RE设：
RE=1KΩ
2.振荡频率与振荡幅度的测试
验条件：
Ie＝2mA、C＝120pf、C’＝680Pf、RL=110K
（1）改变CT电容，当分别接为C9、CIO、Cll时，纪录相应的频率值，并填入表4.l。
（2）改变CT电容，当分别接为C9、C10、Cll时，用示波器测量相应振荡电压的峰峰值VP-P，并填入表3.1。
表3.1
CT
f（MHz）
VP-P
51pf
100pf
150pf
3.测试当C、C’不同时，起振点、振幅与工作电流IER的关系（R=11OK）
（1）C＝C3=100pf、C’＝C4＝1200pf，调电位器RP，使IEQ即（静态值）分别为表4.2所标各值，用示波器测量输出振荡幅度VP-P（峰一峰值），并填入表3.2。
表3.2
IEQ（mA）
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
VP-P（V）
（2）取C＝C5=120pf、C=C6=680pf，C＝C7＝680pf、C’=C8=120pf，分别重复测试表4.2的内容。
4.频率稳定度的影响
（l）回路LC参数固定时，改变并联在L上的电阻使等效Q值变化时，对振荡频率的影响。
实验条件：
f=6.5MHz时，C/C’＝10O/1200pf、IEQ=3mA改变L的并联电阻R，使其分别为1KΩ、10KΩ、110KΩ，分别记录电路的振荡频率，并填入表4.3。
注意：
观察频率计后几位跳动变化的情况。
（2）回路LC参数及Q值不变，改变IEQ对频率的影响。
室实验条件：
f＝6.5MHz、C／C=100／1200pf、R=110KΩ、IEQ=3mA，改变晶体管IEQ使其分别为表3.2所标各值，测出振荡频率，并填入表3.4。
Q～f表3.３IEQ～f 表3.４
R
1KΩ
10KΩ
110KΩ
IEQ（mA）
1
2
3
4
F（MHz）
F（MHz）
（二）石英晶体振荡器
实验电路见图3－2
1.测振荡器静态工作点，调图中RP，测得IEmin及IEmax。
2.测量当工作点在上述范围时的振荡频率及输出电压。
3.负载不同时对频率的影响，RL分别取110KΩ，10KΩ，1KΩ，测出电路振荡频率，填入表3.5，并与LC振荡器比较。
RL-f 表3.5
R
110KΩ
10KΩ
1KΩ
f（MHz）
五、实验报告要求
1.写明实验目的。
2.写明实验所用仪器设备。
3.画出实验电路的直流与交流等效电路，整理实验数据，分析实验结果。
4.以IEQ为横轴，输出电压峰峰值VP-P为纵轴，将不同C／C’值下测得的三组数据，在同一座标纸上绘制成曲线。
5.说明LC振荡电路有什么特点。
6.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。
7.你如何肯定电路工作在晶体的振荡频率上。
8.根据电路给出的LC参数计算回路中心频率，阐述本电路的优点。
实验四低电平振幅调制器（利用乘法器）
一、实验目的
1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带幅的方法与过程，并研究已调波与二输入信号的关系。
2.掌握测量调幅系数的方法。
3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。
二、预习要求
1.预习幅度调制器有关知识。
2.认真阅读实验指导书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理，并分析计算各引出脚的直流电压。
3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点，并画出其频谱图。
三、实验仪器
l.双踪示波器。
2.高频信号发生器。
3.万用表。
4.实验板G3。
四、实验电路说明
幅度调制就是载波的振幅受到调制信号的控制作周期性的变化。
变化的周期与调制信号周期相同。
即振幅变化与调制信号的振幅成正比。
通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。
本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器，图4－1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由Vl－V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。
D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。
进行调幅时，载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6人的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接IKΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑥、
之间）输出。
用1496集成电路构成的调幅器电路图如图5－2所示，图中RP1用来调节引出脚①、④之间的平衡，RP2用来调节⑧、⑩脚之间的平衡，三极管V为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。
五、实验内容
实验电路见图4-2
1.直流调制特性的测量
（1）调Rp2电位器使载波输入端平衡：
在调制信号输入端IN2加峰值为100mv，频率为1KHz的正弦信号，调节RP2电位器使输出端信号最小，然后去掉输入信号。
（2）在载波输入端IN1加峰值VC为10mV，频率为100KHz的正弦信号，用万用表测量A、B之间的电压VAB，用示波器观察OUT输出端的波形，以VAB=0.1V为步长，记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压，注意观察相位变化，根据公式V0＝KVABVC（t）计算出系数K值，并填入表4.1。
表4.1
VAB
V0（p-p）
K
2.实现全载波调幅
（1）调节Rp1使VAB＝0.1V，载波信号仍为Vc（t）=10sin2π*105t（mV），将低频信号Vs（t）＝Vssin2π*103t（mV）加至调制器输入端IN2，画出V=30mV和100mV时的调幅波形（标明峰一峰值与谷一谷值）并测出其调制度m。
（2）加大示波器扫描速率，观察并记录m＝100%和m>100%两种调幅波在零点附近的波形情况。
（3）载波信号Vc（t）不变，将调制信号改为Vs（t）＝100sin2π*103t（mV）调节Rp1观察输出波形VAM（t）的变化情况，记录m＝30%和m＝100%调幅波所对应的VAB值。
（4）载波信号Vc（t）不变，将调制信号改为方波，幅值为100mV，观察并记录
VAB＝0V、0.1V、0.15V时的已调波。
3.实现抑制载波调幅
（1）调Rpl使调制端平衡，并在载波信号输入端IN1加Vc（t）=10sin2π*105t（mV）信号，调制信号端IN2不加信号，观察并记录输出端波形。
（2）载波输入端不变，调制信号输入端IN2加Vs（t）＝100sin2π*103t（mV）信号，观察记录波形，并标明峰一峰值电压。
（3）加大示波器扫描速率，观察记录已调波在零点附近波形，比较它与m＝100%调幅波的区别。
（4）所加载波信号和调制信号均不变，微调Rp2为某一个值，观察记录输出波形。
（5）在（4）的条件下，去掉载波信号，观察并记录输出波形，并与调制信号比较。
六、实验报告要求
1.整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。
2.画出调幅实验中m＝30%、m＝100%、m>100%的调幅波形，在图上标明峰一峰值电压。
3.画出当改变VAB时能得到几种调幅波形，分析其原因。
4.画出100%调幅波形及抑制载波双边带调幅波形，比较二者的区别。
5.画出实现抑制载波调幅时改变Rp2后的输出波形，分析其现象。
实验五丙类高频功率放大器
特别提示：
1．本电路的核心是谐振功率放大器，因此，实验前必须认真玉溪有关教材，熟悉谐振功率放大器的基本特性，实验中所有调整过程，无一不是以理论为基础的。
2．认真阅读本实验指导书，特别是对于画有波浪线的文字，是严重要给予关注。
一、实验目的
1．通过实验，加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。
2．研究丙类功率放大器的负载特性，观察三种状态的脉冲电流波形。
3．了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。
4．掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。
二、预习要求
1.复习高频功率谐振放大器原理及特点。
2.分析图5-1所示的实验电路，了解电路特点。
三、电路特点及实验原理简介
1．电路特点
本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路的基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，利用谐振功率放大电路的集电极调制特性，完成集电极调幅实验，当电路的输出负载为天线回路时，就可以完成无线电发射任务。
为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。
2．高频谐振功率放大器的工作原理
参见图5-1。
谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。
根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。
丙类功率放大器导通角θ<90°，集电极效率可达到80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。
图5-1中，Vbb为基极偏压，Vcc为集电极直流电源电压。
为了得到丙类工作状态，Vbb应为负值，即基极处于反向偏置。
Ub为基极激励电压。
图5-2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流于基极激励电压的关系。
Vbe是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。
由图可知，只有在Ub的正半周，并且大于Vbb和Vbe绝对值之和时，才有集电极电流流通。
即在一个周期内，集电极电流ic只在-θ~+θ时间内导通。
由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅立叶级数分解可得到它的直流基波和其它各次谐波分量的值，即：
Ic=Ico+Ic1mcost+Icmcos2t+……＋Icnmcosnt+……
cosθ=Vbc+Vbb/Ubm
求解方法在此不再叙述。
为了获取较大功率和有较高功率，一般取θ＝70°～80°左右，完整电路图见图5-3。
图中，V1、V2构成了独立的石英晶体振荡电路，为实验提供了稳定的载波信号，大大方便了电路的调整。
V2为推动级，为末级功放电路提供足够的激励电压。
V4构成丙类谐振放大电路。
为了能较好的演示功放电路的负载特性，较为方便的观察脉冲电流，本电路采用了独立的偏置电路，由Rp2、R15、R14构成的分压器对—12V进行分压，为功放级提供适当的负偏压，确保状态在丙类状态。
RL为负载电阻，再负载电阻和功放电路集电极之间采用变压器电路，以完成负载和集电极之间阻抗变换。
在功效输出级电路设置了三个跳线短路端子J2、J3和J4。
J3可完成+12V电源和+6~9V可条电源之间的转换，以观察集电极调制特性以及完成调幅电路的实验。
J2是为了观察负载特性而设置的，当J2断开时，在R16上可直接观察到脉冲电流波形，从而可较为直观的观察负载的特性，便于加深对于谐振功率放大电路的理解。
而J2短接时，可得到稍大一些的输出电压。
J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。
3．高频功放电路的调谐与调整原则
理论分析证明，当谐振功放大器集电极回路中加入低频调制信号频率处于谐振状态时（此时集电极负载为纯电阻状态），集电极直流电流Ico为最小，回路电压UL最大，且同时发生。
然而，由于晶体管在高频工作状态时，内部电容Cbe的反馈作用明显，上述Ico最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。
因此，本实验电路，不单纯采用监视Ico的方法，而采用同时监视脉冲电流ic的方法调谐电路。
由理论分析可知，当谐振放大器工作于欠压状态时，ic是尖顶脉冲，工作于过压状态时，ic是凹顶脉冲，而当处于临界状态时工作时，ic是一平顶或微凹陷的脉冲。
这也正是高频谐振功率放大器的设计原则，即在最佳负载条件下，使功率放大器工作于临界状态，以获取最大的输出功率和较大的工作效率。
本电路的最佳负载为75Ω。
因此调试时也应以此负载为调试基础。
四、实验仪器
1．双踪示波器
2．万用表
3．实验板G2F（高频功放及发射实验电路板）
五、实验内容及步骤
1．按图接好实验板所需电源，（±12V）。
[-Vbb接-12V]
2．功放级静态工作点的调整
A．用短路环将J3的1、2端和J4的2、4端短路，以使=12V电源直接提供给功放输出级的集电极回路。
（注意此时一定要J5或J1保持开路状态，否则，静态工作点将受到本振电压的影响。
）
B．用万用表测试V4的基极电压。
调整Rp2，使V4B=-0.3V左右。
3．调整
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