高频八个必做实验.docx

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高频八个必做实验

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、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（a）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＝12MHz。

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。

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。

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（a）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：

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Vo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，用示波器测量图1-1（a）中输出信号Vo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。

4.选择性——矩形系数

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707AV0时对应的频率偏移之比，即

Kv0.1=2△f0.1/2△f0.7=2△f0.1/BW

上式表明，矩形系数Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。

一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数Kv0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。

可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。

（二）双调谐放大器

双调谐放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。

双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路。

其原理基本相同。

1.电压增益为

2.通频带

BW=2△f0.7=

fo/QL

3.选择性——矩形系数

Kv0.1=2△f0.1/2△f0.7=

三、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.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。

图1-3高频小信号调谐放大器测试连接框图

注：

图中符号

表示高频连接线

3.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）

4.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R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VeQ＝4.8V，记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R5（R5=470Ω）。

5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。

6.调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为12MHz的高频信号。

将信号输入到2号板的J4口。

在TH1处观察信号峰-峰值约为100mV以上。

7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：

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。

8.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。

9.测量放大器通频带

对放大器通频带的测量有两种方式，

其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；

其二则是用点频法来测量：

即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：

通过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或500KHz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，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。

输出幅度

10.测量放大器的选择性

描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数，这里用Kr0.1和Kr0.01来表示：

式中，

为放大器的通频带；

和

分别为相对放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽。

用第9步中的方法，我们就可以测出

、

和

的大小，从而得到

和

的值

注意：

对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。

另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。

（二）双调谐小信号放大器单元电路实验

双调谐小信号放大器的测试方法和测试步骤与单调谐放大电路基本相同，只是在以下两个方面稍作改动：

其一是输入信号的频率应改为465KHz（峰－峰值200mV）；

其二是在谐振回路的调试时，对双调谐回路的两个中周要反复调试才能最终使谐振回路谐振在输入信号的频点上，具体方法是，按图1-3连接好测试电路并打开信号源及放大器电源之后，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，也是让示波器上被测信号的幅度尽可能大，这之后再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，放大器就已经谐振到输入信号的频点上了。

11.同单调谐实验，做双调谐实验，并将两种调谐电路进行比较。

四、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。

五、实验仪器

1.高频实验箱1台

2.双踪示波器1台

3.万用表1块

实验二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、功率、效率。

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8-1（见P.43）所示，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，此时只有当甲放输出信号大于丙放管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8-1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8-1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，

为变压器的传输功率，一般为

＝0.75～0.85

图8-2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8-2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8-1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8-3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：

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，如果电流导通脚选定，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8-4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：

四、主要技术指标及测试方法

1.输出功率

高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。

对于图8-1所示的电路中，由于负载RL与丙类功率放大器的谐振回路之间采用变压器耦合方式，实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频放大器的输出功率，即：

测量功率放大器主要技术指标的连接电路如图8-5所示，其中高频信号发生器提供激励信号电压与谐振频率，示波器监测波形失真，直流毫安表mA测量集电极的直流电流，高频电压表V测量负载RL的端电压。

只有在集电极回路处于谐振状态时才能进行各项技术指标的测量。

可以通过高频毫伏表V及直流毫安表mA的指针来判断集电极回路是否谐振，即电压表V的指示为最大，毫安表mA的指示为最小时集电极回路处于谐振。

当然也可以用扫频仪测量回路的幅频特性曲线，使得中心频率处的幅值最大，则集电极回路处于谐振。

放大的输出功率可以由下式计算：

式中，VL为高频电压表V的测量值

2.效率

高频功率放大器的总效率由晶体管集电极的效率和输出网络的传输效率决定。

而输出网络的传输效率通常是由电感、电容在高频工作时产生一定损耗而引起的。

放大器的能量转换效率主要由集电极的效率所决定。

所以通常将集电极的效率视为高频功率放大器的效率，用

表示，即：

利用图8-5所示电路，可以通过测量来计算功率放大器的效率，集电极回路谐振时，

的值由下式计算：

式中，VL为高频电压表V的测量值

图8-5高频功放的测试电路

3.功率增益

放大器的输出功率P0与输入功率Pi之比称为功率增益，用AP（单位：

dB）表示。

（

）

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≈50mV）的高频信号，调节W1和中周T6，使TP6处信号的电压幅值为2V左右，S1全部拨下，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8-1。

表8-1

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≈50mV）的高频信号，调节W1使TP6处信号约为2V，调节中周使回路调谐（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，用示波器观测相应的Vc值和Ve波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。

表8-2　Vb＝2Vf＝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），Ve波形用示波器在TH4处观察

六、实验报告要求

1.整理实验数据，并填写表8-1、8-2。

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。

七、实验仪器

1.高频实验箱1台

2.双踪示波器1台

3.万用表1块

图8-1非线性丙类功率放大

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.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、基本原理

如图6-1所示，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。

图6-1正弦波振荡器（4.5MHz）

四、实验步骤

1.根据图6-1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，S1全拨下，构成LC振荡器。

2）改变上偏置电位器RA1，记下发射极电流Ieo（=

），并用示波器测量对应点的振荡幅度VP-P（峰—峰值）记下对应峰峰值以及停振时的静态工作点电流值。

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），管子电压增盖AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。

3.分别用5000p和100p的电容并联在C20两端，改变反馈系数，观察振荡器输出电压的大小。

（选做）

1）计算反馈系数

2）用示波器记下振荡幅度值

3）分析原因

五、实验报告要求

1．记录实验箱序号

2．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。

3．计算实验电路的振荡频率fo，并与实测结果比较。

六、实验仪器

1．高频实验箱1台2．双踪示波器1台

3．万用表1块

实验四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、基本原理

图7-1正弦波振荡器（4.5MHz）

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7-2所示

图7-2压控振荡器交流等效电路图

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。

四、实验步骤

1.两种压控振荡器的频率变化范围

1）将电路连接成压控振荡器，频率计接于J1，直流电压表接于TP3。

2）将W1从低阻值、中阻值到高阻值位置，分别将变容二极管的反向偏置电压、输出频率记于下表中。

2.将电路改接成晶体压控振荡器，重复上述实验，并将结果记于下表中。

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

并联L的晶体压控振荡器

五、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？

六、实验仪器

4.高频实验箱1台

5.双踪示波器1台

实验五模拟乘法器调幅（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.调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。

2.实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。

3.实现抑止载波的双边带调幅波。

4.实现单边带调幅。

三、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。

本实验中载波是由晶体振荡产生的465KHz高频信号，10KHz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离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11-1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11-1MC1496的内部电路及引脚图

2）静态工作点的设