通信电子线路实验手册.docx
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通信电子线路实验手册
通信电子线路实验指导书
陈红霞马中华编
庄觉辉审
集美大学信息工程学院
2010年9月
实验一高频通用电子仪器的使用1
实验二调谐放大器2
实验三丙类高频功率放大电路5
实验四LC电容反馈式三点式震荡器11
实验五石英晶体振荡器13
实验六振幅调制器14
实验七调制波信号的解调18
实验八变容二极管调频振荡器21
实验九相位鉴频器23
实验十集成电路（压控振荡器）构成的频率调制器25
实验十一集成电路（锁相环）构成的频率解调器27
实验十二利用二极管函数电路实现波形转换39
附录一F120型数字合成函数/任意波信号发生器/计数器30
附录二LPS305直流电源供应器操作手册32
附录三Agilent54621A/22A/24A示波器34
附录四BT-3GⅢ型频率特性测试仪38
前言
实验是学习电子技术的一个重要环节。
对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作能力，培养科学作风，为学习后继课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。
本书包括了《非线性电子线路》课程主要实验内容。
不同层次不同需要的专业可根据教学要求选择。
本指导书中所有实验均可在TPE—GP型高频电路实验学习机上完成。
自行开发部分的实验须在面包板上完成，并需另备元器件。
在编写本指导书过程中，通信教研室庄觉辉老师提出了宝贵意见并做了全面审定，在此谨表谢意。
由于编者水平所限，时间仓促，错误及欠缺之处恳请批评指正
编者
2009.8.30
实验要求
1、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
预习要求如下：
1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。
2）完成各实验“预习要求”中指定的内容。
3）熟悉实验任务。
4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
2、使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时所严格遵守。
3、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握所经指导教师审查同意后再接通电源。
4、高频电路实验注意:
l）将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。
2）由于高频电路频率较高，分布参数及相互感应的影响较大。
所以在接线时连接线要尽能短。
接地点必须接触良好。
以减少干扰。
3）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大。
5、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。
6、实验过程中需要改接线时，所关断电源后才能拆、接线。
7、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据、波形、现象）。
所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
8、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。
9、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。
实验一高频通用仪器的使用
一实验目的
1、掌握F120数字波形发生器、直流电源供应器、数字示波器、频率计等主要电子仪器的性能及用途。
2、初步学会正确使用上述仪器。
二实验仪器
1、F120型数字合成函数/任意波信号发生器/计数器
2、LPS305直流电源供应器
3、Agilent54621A/22A/24A示波器
4、BT-3GⅢ型频率特性测试仪
5、数字万用表
三预习要求
参阅附录中各高频仪器的性能，用途及使用说明，写出实验步骤及其方法。
四实验内容及其步骤
1、用示波器、频率计测量信号发生器输出信号的频率和电压，记录相应的测试结果并比较。
数字波形发生器
数字示波器
频率
电压
电压（Vp-p）
频率
500KHz
100mV
6.5MHz
130mV
10.7MHz
150mV
12MHz
200mV
80.4MHz
220mV
3、对BT3C型扫频仪进行质量检查
（1）检查1MHz和50MHz的频标
（2）检查输出扫频信号频率范围
（3）检查仪器输出电压
（4）检查频率准确度：
送入高频信号6.5M、10.7M、75M、100M观察其频标点与内频标指示频率是否一致。
五思考题
1、如用测量频率，读数与高频信号发生器频率刻度不符合，以何者为准？
2、如何用BT3C型扫频仪测量放大器的增益？
3、如何用示波器观察输出信号的频谱率和幅值？
实验二调谐放大器
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分析——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，从而了解频带扩展。
4、熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。
二、实验仪器
1、数字示波器
2、扫频仪
3、函数信号发生器
4、万用表
4、实验板1
图2-1单调谐回路谐振放大器原理图
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关系。
3、实验电路中，若电感量L=14μH，回路总电容C=220pF（分布电容包括在内），计算回路中心频率f。
4、把电路板插入实验箱上，首先接上电源线，接着接地线，注意输入和输出信号的地线不要短接在一起，要分别接在输入和输出的端的接地点上，接地线要越短越好。
四、实验内容及步骤
（一）单调谐回路谐振放大器。
1、实验电路见图2-1
（1）按图2-1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2.1
表2.1
实测
实测计算
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电压。
3、动态研究
（1）、测量放大器的频率特性
当回路电阻Re=1K,R=10K时，选择正常放大区的输入电压Vi为200mv，将函数信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10.7MHZ，调节CT使回路谐振，并调节函数信号发生器输出频率，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频率f0即为中心频率，记下f0及
的值，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2.2。
频率偏离范围可根据（各自）实测情况来确定。
（测试时，先根据R=10K测f=10.7M处的输出电压Vo，然后调节输出电压到0.9Vo,记下此时的频率，然后再调节输出电压到0.7Vo,0.5Vo,0.1Vo,分别记下相应的频率。
当R=2K时，只调节相应的频率到原先记下的频率点，然后测试输出电压。
R=470时相似。
注意有些板电路的谐振点不是10.7M,需要同学们自己找到谐振频率点）
表2.2.1
f（MHz）
10K
计算f0=10.7MHZ时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
在R=2k时调整使电路谐振，测试数据后填入表2.2.2
f（MHz）
2KΩ
计算谐振时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
在R=470时调整使电路谐振，测试数据后填入表2.2.3
f（MHz）
470
（2）、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2.2.2,表2.2.3，比较通频带情况。
（3）、测放大器的动态范围Vi～Ｖ０（在谐振点）
选R=10K，Re=1K。
把函数信号发生器接到电路输入端，电路输出端接数字示波器，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0.02伏变到0.8伏，逐点记录Vo电压，并填入表2.3。
Vi和各点测量值可根据（各自）实测情况来确定。
表2.3
Vi（Vp-p）
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
V0（V）
Re=1k
Re=500Ω
Re=2K
当Re分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表2.3。
在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。
（4）、用扫频仪调回路谐振曲线。
仍选R=10K，Re=1K。
将扫频仪扫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。
（二）双调谐回路谐振放大器
1、实验线路见图2-2
（1）、用扫频仪调双回路谐振曲线
接线方法同上3（3）。
观察双回路谐振曲线，选C=3pf，反复调整CT1、CT2使两回路谐振在10.7MHZ。
（2）、测双回路放大器的频率特性
按图2-2所示连接电路，将函数信号发生器输出端接至电路输入端，选C=3pf，置函数信号发生器频率为10.7MHZ，反复调整CT1、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，然后保持函数信号发生器输出电压不变，改变频率，由中心频率向
图2-2双调谐回路谐振放大器原理图
两边逐点偏离，测得对应的输出频率f和电压值，并填入表2.4。
表2.4
f（MHZ）
10.7
V0
c=3pf
c=10pf
c=12pf
2、改变耦合电容C为10pf、12pf，重复上述测试，并填入表2.4。
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通路，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，通常带的影响。
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1dB的折弯点V0定义为放大器动态范围），讨论Ic对范围的影响。
实验三丙类高频功率放大电路及发射电路
特别提示：
1、本电路的核心是谐振功率放大器，因此，实验前必须认真预习有关教材，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，实验中要给与关注。
一、实验目的
1、通过实验，加深对于高频功率放大器工作原理的理解。
2、研究丙类谐振高频放大器的负载特性，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、通过实验进一步了解调幅的工作原理；
5、熟悉丙类功放集电极调幅时的工作点的调整方法；
6、掌握调幅系数的测量方法。
二、实验仪器
1、数字示波器
2、直流电源
3、高频功放及发射实验电路板
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的任务。
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、工作原理
高频谐振放大器的工作原理图见（图1）所示。
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。
丙类功率放大器半通角θ<90°，集电极效率可达80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。
图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与基极激励电压的关系。
Vbz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Vbz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，对其进行傅里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：
求解方法在此不再叙述。
为了获取较大功率和有较高效率，一般取θ=70°～80°左右。
振幅调制电路工作原理简介
在无线电无发送中，振幅调制的方法按功率电平的高低分为高电平调幅电路和低电平调幅电路两大类。
而普通调幅波的产生多用高电平调幅电路。
其优点是不需要采用效率低的线性放大器，有利于提高整机效率。
但他必须兼顾输出功率、效率和调幅线性的要求。
高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的，实际上它是一个输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器。
根据调制信号注入调幅器的方式不同，分为基极调幅、发射极调幅和集电极调幅器。
所谓集电极调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。
电路原理图如图3所示，载波信号由基极加入，而调制信号加在集电极。
由于调幅信号与电源Ec串联在一起，故可将二者合在一起看作一个随调制信号变化的综合集电极电源电压Ecc。
式中：
Ec为集电极固定电源电压；
为调幅度。
在调制过程中，Eb和载波保持不变，只是集电极等效电压Ecc随调制信号而变。
放大器工作于过压区，集电极电流为凹陷脉冲。
其基波分量随Ecc的变化近似线性变化，同样，集电极谐振回路两端的高频电压也随Ecc的变化近似线性变化，即受调制电压的控制，从而完成了集电极调幅。
完整的电路图见图4
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。
V3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，确保工作在丙类状态。
RL为负载电阻，在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。
在功放输出级电路中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可调电源之间的转换，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到负载特性，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、高频放电路的调谐与调整原则
理论分析表明，当谐振功率放大器集电极回路对于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Cbc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，当谐振放大器工作在欠压状态时，ic是尖顶脉冲，工作在过压状态时，ic是凹顶脉冲，而当处于临界状态下工作时，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，使功率放大器工作临界状态，以获取最大的输出功率和较大工作效率。
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、实验内容及步骤
（一）高频功放电路实验
1、按图连接好实验电路板所需电源（±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：
此时一定要使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、调整载波振荡源
接通J5，以给载波振荡电路加电。
断开J1，然后在测试点M1处接入示波器，以观察振荡波形。
调整Rp1，使载波振荡源输出U0=0.5V（p-p）左右。
4、推动级的调整
用短路环短接J1，使载波振荡信号[f0=6.5MHZ，U0≈0.5V（p-p）]通过C9接至晶体管V3的基极。
在M2端用示波器观察推动级的输出波形，由于功放级输入端阻抗元件的影响，波形为一失真的正弦波，此时不必做很多调整工作，只要证实推动级已经工作即可。
然后连接J4的2、4端，使功放级通电工作。
5、脉冲电流及放大特性的观察
◆保持前面的电路连接不变，将J2的短路环取下，使C16开路。
将负载电阻接于75Ω。
◆将示波器1通道测试探头连接至V4的发射极电阻上（即J2的1端,由于探头有10倍衰减，故实际相当于200V/DIV），用以监测脉冲电流。
将示波器2通道测试探头连接于测试点M3处（由于探头有10倍衰减，故实际相当于2V/DIV），用以监测功放级的输出波形。
A、负载特性的观察
i。
仔细调整CT4，使输出回路谐振，且实现负载到集电极间的阻抗转换。
观察M3处的波形，应能得到失真最小的正弦波形。
同时观察V4的发射极（取样）电阻上的波形，是否得到了一个临界状态的脉冲电流波形（略有凹陷的波形）。
若未能观察到临界状态的脉冲电流，必要时还需适当地调整载波信号源的输出幅度。
正常情况下，在M3处观察到的输出波形幅度应不低于9.4V。
ii、保持信号源频率和幅度不变，将负载分别接至120Ω和39Ω，应能观察到过压和欠压状态的脉冲电流形状。
若不能，则电路还需做细心调整，直至在保持信号源频率和幅度不变得情况下，随着负载的改变可出现过压、临界、和欠压的三种状态的脉冲电流波形。
三种状态的脉冲电流波形大致如图所示。
上述脉冲波形，描绘了放大器的负载特性，即随着Rc的增大，Ic随之减小。
放大状态由欠压状态向过压状态过渡。
Iii、当观察到负载特性后，记录三种负载条件下的负载上获得的输出电压UL（p-p），电源提供给功放管集电极的电压Uc，为了避免电压表输入阻抗对于输出回路的影响，测量Uc应当于J4的2或者4测端测试。
测试三种状态下的集电极直流电流时，既可以采用在J4的2、4两点间接入直流电流表（200mA档）直接读数，也可以采用测量发射极（取样）电阻上的压降再换算成电流的方法。
但电流表接入回路中后，会对输出及脉冲电流波形产生一定影响，所以推荐采用第二种方法测试集电极直流电流。
换算方法：
Ico=VE/RE（已知RE=1Ω）。
最后将测试结果填入表中。
表1高频功放实验数据记录表
RL（Ω）
实测数据
计算结果
Ico（A）
VL（P-P）（V）
Vc（V）
Ps（mW）
PL（mW）
η
39
75
120
A、按照实验步骤
（二）中第1、4条的要求调整好高频功放电路。
B、断开负载电阻RL2（75Ω），连接好发射天线，将天线高度调整调整值最大。
同时用示波器在M3处监视波形。
若发现有大量谐波，应适当调整（减小）载波信号的幅度，必要时可以适当将CT4的电容值调整的稍大些，直至输出波形失真最小，谐波最少。
发射信号的质量对接收实验效果影响较大，因此本步骤，应仔细进行。
还应指出，由于天线高度的限制，天线回路不能成为一个纯电阻负载，因此，发射的信号有些失真是在所难免的，但这并不影响
接收实验的完成。
2.调频波无线发射
A.按照实验步骤〈一〉的要求调整好高频功放电路，使其在12V电源条件下，负载电阻为75Ω时，工作在临界状态下。
B.断开J5和Jl，使载波振荡级停止工作。
将调频波（载频6.5MHz）从Pl插口输入，调整信号幅度，仍使高频功放电路在12V电源条件下，负载电阻为75Ω时，工作在临界状态。
c.连接好发射天线。
（注意：
保留负载电阻，目的是吸收一部分能量，降低辐射功率）。
五、问题思考
1.若谐振放大器工作在过压状态，为了使其工作在临界状态，可以改变哪些因素?
2.设计一自给偏压工作方式的丙类谐振放大器。
3.集电极调幅为什么必须工作于过压状态，本实验是如何保证工作在过压状态的?
六.附录
1.效率的计算与计算公式说明
利用下面提供的公式和前述表中的测试结果计算三种负载条件下的效率，并
将结果填入表中。
电源提供给功放级的总功率:
负载上得到的功率：
功率放大级的总效率：
本电路的总效率一般可达到65%左右，实际上集电极效率可达80%左右-
2.调幅度计算公式
实验四LC电容反馈式三点式振荡器
一、实验目的
1、掌握LC三点振荡电路的基本原理，了解LC电容反馈式三点振荡电路设计及参数计算。
2、了解振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
3、了解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。
二、预习要求
1、复习LC振荡器的工作原理。
2、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？
三、实验仪器
1、数字示波器
2、万用表
3、实验板1
四、实验内容及步骤
实验电路见图4-1。
实验前根据图4-1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
（1）、在实验板+12V扦孔上接入+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。
图4-1LC电容反馈式三点式振荡器原理图
（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
设：
Re=1KΩ
2、振荡频率与振荡幅度的测试
实验条件：
VEQ=2V、C=120pf、C′=680pf、R=110K
（1）、改变CT电容，当分别接为C9、C10、C11时，记录相应的频率值，并填入表4.1。
（2）、改变CT电容，当分别接为C9、C10、C11时，用示波器测量相应振荡电压的峰峰值Vp-p，并填入表4.1。
表4.1
CT
F（MHz
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