大学物理实验高频实验资料讲解.docx
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大学物理实验高频实验资料讲解
高频电子线路实验
实验一集成功率放大器
一、实验目的
1、熟悉集成功率放大器的工作条件和相关参数。
二、实验内容
1、观察集成功率放大器的输出波形；
2、测量集成功率放大器的电压增益。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
集成功率放大器的实验原理图如图1－1所示。
图1－1集成功率放大器实验原理图
本实验的输入信号由正弦波振荡器模块提供。
由于石英晶体振荡器的输出中不可避免地存在多次谐波分量，故在集成功率放大器的输入端口前加了一个10.7MHz的陶瓷滤波器FL1，以滤除输入信号中的谐波成分，避免输出信号波形失真。
五、实验步骤
1、连接实验电路
在主板上正确插好高频功率放大器模块，开关K1、K5、K6向左拨，主板GND接模块GND，主板＋5V接模块＋5V。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED2亮。
2、输入信号
参考实验一实验步骤2（3），用正弦波振荡器模块产生10.7MHz，峰峰值约500mV的正弦信号，将此信号输入到高频功率放大器模块的TP6。
3、观察集成功率放大器的输出并测量功放的电压增益
用示波器在TP7处观察，记录集成功放输入信号Vi的峰峰值Vip-p。
用示波器在TT3处观察输出信号Vo的波形，记录Vo的峰峰值Vop-p，计算功放的电压放大倍数AV，填表1－1。
表1－1
Vip-p（V）
Vop-p（V）
AV
六、实验报告
1、按步骤实验并完成表1－1。
2、分析实验结果。
实验二RC振荡器
一、实验目的
1、掌握文氏电桥振荡电路的原理；
2、掌握文氏电桥振荡电路振荡频率的计算方法。
二、实验内容
1、调试文氏电桥振荡电路；
2、测量并记录振荡波形的相关参数。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
RC振荡器由放大器和RC网络组成，根据RC网络的不同，可将RC振荡器分为相移振荡器和文氏电桥振荡器两大类。
其中，文氏电桥振荡器广泛用于产生几Hz到几百KHz频段范围的振荡器。
图2－1为文氏电桥振荡器的实验原理图。
图2－1文氏电桥振荡器的实验原理图
R27、C25、R28、C26组成RC选频网络同时兼作正反馈支路，R25、R26、R29、D3、D2构成负反馈及稳幅环节。
当R27=R28＝R，C25＝C26＝C时（本实验R27=R28＝12KΩ,C25＝C26＝0.01uF），
电路的振荡频率为：
（2－1）
设二极管D2、D3的正向导通电阻为
，当R26＋（R29||
）=
时，
电路起振的振幅条件为
（2－2）
运放U1A组成放大器，振荡信号从TP6和TT2处输出，通过W3调节输出信号的幅度。
由于D2、D3正向电阻非线性特性不可能完全一致，所以振荡波形会有正负半周不对称的失真。
本实验产生的信号仅用于一般原理性验证实验，因此对输出波形的失真未做处理。
五、实验步骤
1、连接实验电路
在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K9、K10向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED2、LED3亮。
2、观察、测量振荡输出波形及其相关参数
用示波器在TT2处测量，调节电位器W3，观察TT2处波形的幅度变化及失真情况，记录TT2处波形的最大峰峰Vmp-p及频率f0，填表2-1。
表2－1
f0（KHz）
Vmp-p（V）
理论计算值
实测值
最大值
六、实验报告
1、按步骤实验并完成表2－1。
2、讨论RC振荡器稳幅的方法。
实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）
一、实验目的
1、掌握AM、DSB和SSB调制的原理与性质；
2、掌握模拟乘法器的工作原理及其调整方法。
二、实验内容
1、产生并观察AM、DSB、SSB的波形；
2、观察AM、DSB、SSB波的频谱（选做）；
3、观察DSB波和过调幅时的反相现象。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
实验原理图如图3－1所示。
图3－1模拟乘法器调幅实验原理图
调制信号从TP2输入，载波从TP1输入。
合理设置调制信号与载波信号的幅度以及乘法器的静态偏置电压（调节W1），可在TT1处观察普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅波（DSB）。
FL1为10.7MHz的陶瓷滤波器，它的作用是对TT1处调幅波进行滤波，得到抑制载波单边带调幅波（SSB）。
为兼容检波电路的滤波网络，在进行调制与检波实验时，调制信号的频率选择为1KHz左右，载波信号的频率选择为10.7MHz。
为了便于观察各种调幅波的频谱和DSB波的相位突变现象，调制信号的频率选择为500KHz，载波信号的频率选择为11.2MHz。
本实验所产生的普通调幅波和抑制载波双边带调幅波，是实验四同步检波的输入信号。
五、实验步骤
1、连接实验电路
在主板上正确插好幅度调制与解调模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1、K2向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1、LED2亮。
2、产生并观察AM波和DSB波
（1）输入调制信号VΩ
本步骤的调制信号可由正弦波振荡器模块的RC振荡器提供，也可由低频信号源提供。
①若调制信号由正弦波振荡器模块的RC振荡器提供
参考实验十，用RC振荡器产生1.2KHz左右的正弦波调制信号VΩ，调节正弦波振荡器模块的W3，使VΩ的峰峰值VΩp-p约为700mV。
连接正弦波振荡器模块的TP6和幅度调制与解调模块的TP2。
②若调制信号由低频信号源提供
参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生频率为1KHz，峰峰值约700mV的正弦波调制信号VΩ。
连接信号源的Vout与幅度调制与解调模块的TP2。
（2）输入载波信号Vi
本步骤载波信号由正弦波振荡器模块提供。
参考实验一实验步骤2（3），产生10.7MHz的载波信号。
将此信号输入到幅度调制与解调模块的TP1。
调节载波信号的幅度，使TP1处信号的峰峰值约为500mV。
（3）产生并观察AM波、DSB波
①用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节幅度调制与解调模块的W1，使TT1处出现如图17－2所示的波形，即产生AM波。
图3－2普通调幅波（AM波）
②用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节幅度调制与解调模块的W1，使TT1出现如图3－3所示的波形，即产生DSB波。
图3－3抑制载波双边带调幅波（DSB波）
③用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节幅度调制与解调模块的W1或增大调制信号的幅度，使TT1出现如图3－4所示的波形，即产生过调幅波形。
图3－4过调幅的波形
说明1：
由于载波频率和调制信号的频率相差很大，DSB波和过调情况下调幅波的反相现象不明显。
若要观察反相现象可在实验步骤4中进行。
说明2：
观察AM波和DSB波波形时建议使用模拟示波器，若使用数字示波器，请选择存储空间足够大的数字示波器。
3、观察AM波、DSB波、SSB波的频谱（选做）
为了便于观察各种调幅波的频谱、DSB波和过调情况下的反相现象，调制信号的频率选择为500KHz，载波信号的频率选择为11.2MHz，则AM波享有的频率分量分别为10.7MHz、11.2MHz、11.9MHz，DSB波享有的频率分量分别为10.7MHz和11.9MHz。
SSB是由DSB波经过10.7MHz的陶瓷滤波器滤波得到的，故SSB波享有的频率分量为10.7MHz（下边带）。
（1）输入调制信号VΩ
参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生500KHz的正弦波调制信号VΩ，峰峰值VΩp-p约700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。
（2）输入载波信号Vi
载波信号Vi由正弦波振荡器模块的LC振荡电路提供。
若载波由正弦波振荡器模块的LC振荡电路提供，操作步骤如下：
①在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K4、K6、K8向下拨，K5、K7向上拨。
主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。
②用示波器在该模块的TP4处观察，调节该模块的T2，使TP4处信号的频率为11.2MHz。
连接该模块的TP4与幅度调制与解调模块的TP1。
若载波由高频信号源提供，参考高频信号源的使用方法，产生11.2MHz的载波信号，将此信号输入到幅度调制与解调模块的TP1。
（3）观察各种调幅波的频谱
①观察AM波的频谱
用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至TT1处出现如图17－2所示的波形为止，即产生AM波。
然后用频谱分析仪在TT1处观察AM波的频谱，调节调制信号的幅度，观察各频率分量的变化情况。
画出AM波的频谱图。
②观察DSB波的频谱
用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至TT1处出现如图3－3所示的波形为止，即产生DSB波。
然后用频谱分析仪在TT1处观察DSB波的频谱，再适当调节W1或调制信号的幅度使载波频率分量的幅度最小。
画出DSB波的频谱图。
③用模拟示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至TT1处出现如图3－3所示的波形为止，即产生DSB波。
然后用频谱分析仪在TT2处观察SSB波的频谱，再适当调节W1或调制信号的幅度使载波频率分量和上边带频率分量的幅度最小。
画出SSB波的频谱图。
说明1：
由于MC1496内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号，因此实际DSB波的频谱或多或少的存在载波频率成分，当载波频率成分小于－50dB时，可认为达到了DSB调幅的效果。
同时，由于陶瓷滤波器的滤波特性并不是非常的陡峭，所以实际SSB的频谱也或多或少的存在载波频率成分和另一边带频率成分，当载波频率成分和另一边带频率成分小于－50dB时，可认为达到了SSB调幅的效果。
说明2：
由于载波中多次谐波成分的影响，调幅波的频谱中会有相应谐波的频率分量以及以多次谐波为载波进行调幅的相关频率分量。
说明3：
若要取出上边带，可使载波频率为10.2MHz，调制信号为500KHz，则上边带频率为10.7MHz，通过FL1取出。
4、观察DSB波和过调制情况下的反相现象
（1）用低频信号源产生500KHz的正弦波信号，峰峰值约700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。
载波信号频率为10.7MHz，由正弦波振荡器模块产生，参考实验一实验步骤2（3），产生10.7MHz的载波，将此信号输入到TP1。
（2）用模拟示波器在TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至出现图3－3所示的波形为止，即产生DSB波。
观察调幅波幅度为0的瞬间，载波相位的变化情况。
画出DSB波的波形。
（3）用模拟示波器在TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至出现图3－4所示的波形为止，即过调制的情况。
观察调幅波幅度为0的瞬间，载波相位的变化情况。
画出过调时的波形。
5、观察SSB波的波形
（1）用低频信号源产生500KHz的正弦波信号，峰峰值约700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。
参考本实验步骤3、
（2）产生11.2MHz的载波信号，输入到幅度调制与解调模块的TP1。
（2）用模拟示波器在TT1处观察，适当调节W1或调制信号的幅度，直至出现图3－3所示的波形为止，即产生DSB波。
（3）参考实验一实验步骤2搭建单级单调谐放大器，操作步骤如下：
①在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V。
TP9接地，TP8接TP10。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。
②该模块TP5接地，用万用表测该模块三极管Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。
然后去掉TP5与地的连线。
（4）连接幅度调制与解调模块的TP4与小信号放大器模块的TP5，用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察经放大的SSB波波形。
适当调节幅度调制与解调模块的W1、调制信号的幅度以及小信号放大器模块的T2，使SSB波波形最大不失真，画出SSB波的波形。
说明1：
经放大的SSB波为等幅波，频率为10.7MHz。
六、实验报告
1、按步实验并画出各种调幅波的波形图。
2、讨论SSB调制时，减小载波频率与调制信号频率差别的好处。
实验四同步检波
一、实验目的
1、掌握同步检波的原理；
2、掌握用模拟乘法器实现同步检波的方法。
二、实验内容
完成普通调幅波和抑制载波双边带调幅波的解调。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
实验原理图如图4－1所示。
图4－1同步检波实验原理图
同步载波信号从TP7输入，调幅波从TP8输入，解调信号从TT4输出。
运放LF353对解调信号进行放大，R34和C20组成低通滤波器，改善解调输出信号的失真。
本实验所使用的调幅波由实验三提供，调制信号频率1KHz左右，载波信号频率为10.7MHz。
五、实验步骤
1、连接实验电路
在主板上正确插好幅度调制与解调模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1、K2、K8、K9向右拨。
若正确连接则模块上的电源指示灯LED1、LED2、LED3、LED4亮。
2、产生普通调幅波和抑制载波双边带调幅波
参考实验三步骤2，产生普通调幅波和抑制载波双边带调幅波。
调制信号峰峰值约500mV，频率约1KHz。
载波信号峰峰值约400mV，频率10.7MHz。
3、普通调幅波和抑制载波双边带调幅波的解调
连接幅度调制与解调模块的TP3与TP8，连接幅度调制与解调模块的TP1与TP7，用示波器在TT4处观察，调节W2，使TT4处波形最大不失真，画出TT4处信号的波形，观察TT4信号的频率是否与调制信号频率相同。
六、实验报告
画出幅度调制与解调整个过程的原理框图。
实验五乘法器混频
一、实验目的
1、掌握乘法器混频的工作原理；
2、了解混频器组合频率的测试方法。
二、实验内容
1、观察中频信号；
2、观察乘法器混频输出信号的频谱（选做）。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
乘法器混频实验的原理图如图15－1所示。
图5－1乘法器混频实验原理图
本振信号和射频信号分别从TP5和TP6输入，混频器的输出经过455KHz的陶瓷滤波器FL1滤除其它组合频率，再经过中放（由Q1组成）放大后输出，可在TT1处观察输出信号。
混频器模块上共有4个混频电路，它们共用1个中频放大电路（由Q1等组成），通过改变开关K5、K6、K7的拨动方向，可选择由哪路混频电路的输出进入中放。
开关K7向下拨、K5向右拨（K6向上向下拨均可）时，选择乘法器混频电路的输出进入中放。
五、实验步骤
1、产生射频信号和本振信号
在主板上正确插好正弦波振荡器模块，参考实验九和实验十一，用石英晶体振荡器产生10.7MHz的射频信号，用集成电路振荡器产生10.245MHz的本振信号。
操作步骤如下：
（1）K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。
主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板＋5V接模块＋5V，主板－5V接模块－5V。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1、K11、K12向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1、LED4、LED5亮。
（2）射频信号（10.7MHz）从TP5处输出，调节W2可改变射频信号的幅度。
（3）本振信号（10.245MHz）从TP7处输出，调节W4可改变本振信号的幅度，调节CC2使本振信号频率为10.245MHz。
若TP7处无信号输出，则调节CC2使电路起振；若TP7处信号波形上下不对称，则调节T1来改善；若无论怎样调节W4，TP7处信号的最大峰峰值仍达不到1.5V，则调节T1来改善。
2、连接混频实验电路
在主板上正确插好混频器模块，该模块开关K1、K2、K3、K4向左拨，K7向下拨、K5向右拨（K6向上向下拨均可）。
主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V，主板－12V接该模块－12V。
检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关。
K2、K3向右拨。
若正确连接，则该模块上的电源指示灯LED2、LED3亮。
3、输入本振信号和射频信号
（1）调节正弦波振荡器模块的W2，使该模块TP5处10.7MHz信号的峰峰值为350mV左右。
连接正弦波振荡器模块的TP5与混频器模块的TP6。
（2）调节正弦波振荡器模块的W4，使该模块TP7处10.245MHz信号的峰峰值为500mV左右。
连接正弦波振荡器模块的TP7与混频器模块的TP5。
4、观察中频信号
用示波器在混频器模块的TT1处观察中频信号的频率是否为10.7MHz－10.245MHz＝455KHz。
5、观察混频器输出信号的频谱（选做）
用频谱分析仪在混频器模块C12处的军品插座处测量输出信号的频谱。
记录此频谱分布图。
说明1：
本实验使用了两个模块，测量信号时，示波器探头的接地线应接在该信号所在的模块上，以便使观察到的波形更好。
说明2：
当10.245MHz本振信号和10.7MHz射频信号都接入到混频器时，由于本振信号、射频信号和中频信号之间并不是完全隔离的，所以，这三路信号之间可通过电路中的元器件、公共电源和地等相互影响。
这种影响表现为混频器输入端本振信号和射频信号的抖动，可通过适当调节本振信号和射频信号的幅度来改善。
六、实验报告
按步实验并得出中频信号频率与本振信号频率、射频信号频率的关系。
实验六二极管峰值包络检波
一、实验目的
1、掌握二极管峰值包络检波的原理；
2、掌握负峰切割失真和对角线失真的发生条件及改善方法。
二、实验内容
1、观察检波输出波形；
2、观察检波器的负峰切割失真和对角线失真。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
实验原理图如图6－1所示。
图6－1二极管峰值包络检波器实验原理图
调幅波从TP5处输入（本实验的调幅波由集电极调幅电路提供），检波器的直流负载电阻
（R∑1为电阻R16、R17的组合电阻），检波器的交流负载电阻
（R∑2为电阻R18、R19、R20的组合电阻）。
C9和检波器的负载电阻组成RC低通滤波器，一方面作为检波器的负载，在其两端输出调制信号电压，另一方面起载频滤波作用。
电容C8的作用是提高检波器的高频滤波能力。
五、实验步骤
1、连接实验线路
在主板上正确插好幅度调制与解调模块，主板GND接模块GND。
2、产生调幅波
参考实验十六（集电极调幅），用集电极调幅电路产生调幅波，载波峰峰值约500mV，频率10.7MHz；调制信号峰峰值约5V，频率1KHz左右。
3、输入调幅波
将实验步骤2中产生的调幅波输入到幅度调制与解调模块的TP5。
4、观察解调输出信号
用示波器在幅度调制与解调模块的TT3处观察以下三种情况时检波器的输出波形。
（1）K3、K6向上拨，K4、K5、K7向下拨，观察不失真检波输出波形。
（2）K4、K6向上拨，K3、K5、K7向下拨，观察“对角线切割失真”现象，若现象不明显可加大调制信号幅度或适当改变各开关的拨动方向。
（3）K3、K7向上拨、K4、K5、K6向下拨，观察“负峰切割失真”现象，若现象不明显可加大调制信号的幅度或适当改变各开关的拨动方向。
说明：
实验中给出的开关K3、K4、K5、K6、K7的拨动方式为参考拨动方式，若对角线切割失真和负峰切割失真现象不明显可适当改变的K3、K4、K5、K6、K7的拨动方向，以获得最佳实验效果。
六、实验报告
1、按步实验并画出解调信号的波形形状，分析解调输出情况。
2、讨论输出波形失真的发生条件和改善方法。
实验七直接调频
一、实验目的
1、掌握直接调频的原理；
2、掌握直接调频电路的设计方法。
二、实验内容
1、观察调频波的正弦带；
2、观察调制信号幅度对调频波频偏的影响。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱、示波器、调试工具、数字万用表、信号发生器
四、实验原理
在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。
但由于晶体的串联谐振频率和并联谐振频率靠的很近，因而调频的频偏很小。
为了扩大频偏，可在石英晶体支路中串联电感线圈，但同时使振荡频率的稳定度下降。
直接调频的实验原理图如图7－1所示。
图7－1直接调频实验原理图
五、实验步骤
1、连接实验电路
在模块上正确插好角度调制模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V。
检查连线正确无误后打开实验箱右侧的船形开关，K1向右拨，若正确连接则模块上的电源指示灯LED1亮。
2、观察振荡器输出
用示波器在TT1处观察，调节T1使TT1处信号最大不失真，记录振荡输出信号的频率f0和最大峰峰值Vop-p，填表7－1。
表7－1
f0（MHz）
Vop-p（V）
3、输入调制信号VΩ
调制信号VΩ可由正弦波振荡器模块的RC振荡电路提供，也可由低频信号源提供。
（1）若调制信号VΩ由正弦波振荡器模块的RC振荡电路提供
参考实验十，用RC振荡电路产生频率为1.2KHz左右的正弦波调制信号VΩ，调节正弦波振荡器模块的W3，使调制信号VΩ的峰峰值VΩp-p约为3V。
连接正弦波振荡器模块的TP6与角度调制模块的TP1。
（2）若调制信号VΩ由低频信号源提供
参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生频率为1KHz，峰峰值约3V的正弦波调制信号VΩ。
连接低频信号源的Vout与角度调制模块的TP1。
4、观察调频波
用模拟示波器在TT1处观察，可看到如图7－2所示的正弦带。
图7－2正弦带
5、观察调制信号幅度对正弦带宽度的影响（即调制信号幅度对频偏的影响）
逐渐增大调制信号的幅度，观察正弦带宽度的变化情况。
6、用频谱分析仪观察调频波的频谱（选做）
适当调节调制信号的幅度，使调频波正弦带的宽度最大。
用频谱分析仪在TT1处观察，可观察到图23－3所示的频谱，记录调频波的最大频偏。
图7－3调频波的频谱
说明：
本实验调频波的最大频偏约为几十KHz，相对与14MHz左右的载波来说太小，所以用数字示波器观察调频波的疏密现象时效果是很不好的（除非数字示波器的存储空间足够大），正确的观察方法是使用模拟示波器观察调频波的正弦带。
如果想要观察疏密的调频波，可在锁相环调频实验中进行。
六、实验报告
按步实验并完成表7－1。
实验八锁相环
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