高频电子线路实验指导书.docx
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高频电子线路实验指导书
高频电子线路实验指导书
彭洪波张国琴编
武汉科技学院电子信息工程学院
二OO六年三月
实验一高频小信号调谐放大器……………………………………………………………1
实验二高频功率放大器…………………………………………………………………5
实验三正弦波振荡器………………………………………………………………………9
实验四振幅调制与解调……………………………………………………………………13
实验五混频器………………………………………………………………………………19
实验六频率调制与解调……………………………………………………………………24
实验七调幅系统……………………………………………………………………………29
实验八调频系统…………………………………………………………………………33
实验九本振频率合成……………………………………………………………………38
实验一高频小信号调谐放大器
一、实验目的
1．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。
2．掌握信号源内阻及负载对谐振回路Q值的影响。
3．掌握高频小信号放大器动态范围的测试方法。
二、实验内容
1．调测小信号放大器的静态工作状态。
2．用示波器观察放大器输出与偏置及回路并联电阻的关系。
3．观察放大器输出波形与谐振回路的关系。
4．调测放大器的幅频特性。
5．观察放大器的动态范围。
三、基本原理：
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所示。
该电路由晶体管VT7、选频回路CP2
二部分组成。
它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。
本实验中输入信号
的频率fs＝10MH。
R67、R68和射极电阻决定晶体管的静态工作点。
拨码开关S7改变
回路并联电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。
拨码开关S8改变
射极电阻，从而改变放大器的增益。
四、实验步骤
熟悉实验板电路和各元件的作用，正确接通实验箱电源。
1．静态测量
将开关S8的2，3，4分别置于“ON”，测量对应的静态工作点，将短路插座
J27断开，用直流电流表接在J27C.DL两端，记录对应Ic值，计算并填入表1.1。
将S8“l”置于“ON”，调节电位器VR15，观察电流变化。
2．动态测试
（1）将10MHZ高频小信号（<50mV）输入到“高频小信号放大”模块中J30（XXH.IN）。
（2）将示波器接入到该模块中J31（XXH．OUT）。
（3）J27处短路块C.DL连到下横线处，拨码开关S8必须有一个拨向ON，示波器上可观察到已放大的高频信号。
（4）改变S8开关，可观察增益变化，若S8“l”拨向“ON”则可调整电位器VR15，增益可连续变化。
（5）将S8其中一个置于“ON”，改变输出回路中周或半可变电容使增益最大，即保证回路谐振。
（6）将拨码开关S7逐个拨向“ON”，可观察增益变化，该开关是改变并联在谐振回路上的电阻，即改变回路Q值。
使S7开关处于断开，S8中“3”拨向“ON”，改变输入信号，并将对应值填入表1．2中。
Vi的值可根据各自实测情况确定。
S8＝1电位器，S8＝22千欧，S8＝31千欧，S8＝4500欧。
当Re分别为500Ω、2KΩ时，重复上述过程，将结果填入表1.2。
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（此时也可在J27两端测Ic值）。
3．用扫频仪调回路谐振曲线。
将扫频仪射频输出端送入电路输入端，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的位置），调回路电容CT4使回路谐振。
4．测量放大器的频率特性
当回路电阻R＝10K时（S7的2拨向ON），并且S8“4”拨向“ON”，选择正常放大区的输入电压Vi，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10MHZ，调节CT4使回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频率fo＝10MHZ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，测的偏离范围可根据各自实测的情况来确定。
计算fo＝10MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
S7=l开路。
S7＝2R＝10千欧，S7＝3R＝2千欧，S7＝4R=470欧
5）改变谐振回路电阻，拨动S8使R分别为2千欧，470欧时，重复上述测试，
并填入表1．3。
比较通频带情况。
五、实验报告要求
1．画出实验电路的交流等效电路
2．计算直流工作点，与实验实测结果比较。
3．整理实验数据，分析说明回路并联电阻对Q值的影响。
4．假定CT和回路电容C总和为30PF，根据工作频率计算回路电感L值。
5．画出R为不同值时的幅频特性。
实验二高频功率放大器
一、实验目的：
l．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和电源电压
Vcc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、功率、效率。
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．观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工
作状态的影响。
三、实验基本原理：
丙类功率放大器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。
本实验单元模块电路如图2—l所示。
该实验电路由两级功率放大器组成。
其中VT1（3DG12）、XQ1与C15组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R2、R12、R13、VR4组成静态偏置电阻，调节VR4可改变放大器的增益。
XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类功率放大器。
甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。
VR6为射极反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。
与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。
当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管VT3be间的负偏压值时，VT3才导通工作。
四、实验步骤：
1．了解丙类工作状态的特点
1）对照电路图2—l，了解实验板上各元件的位置与作用。
2）将功放电源开关S1拨向右端（＋12V），负载电阻转换开关S5全部拨向
开路，示波器电缆接于J13与地之间，将振荡器中S4开关“4”拨向“ON”，
即工作在晶体振荡状态，将振幅调制部分短路块J11连通在下横线处，将前置放大
部分短路块J15连通在“ZD”下横线处，将短路块J4、J5、J10均连在下横线处，调
整VR5、VR11、VR10使J7处为0.8伏，调VR4、VR6，在示波器上可看到放大后
的高频信号。
（或从J7处输入0.8V，10MHZ高频信号，调节甲放VR4使JF.OUT（J8）
为6伏左右。
）从示波器上可看到放大输出信号振幅随输入电压振幅变化，当输入电压
振幅减小到一定值时，可看到输出电压为0，记下此时输入电压幅值。
也可将短路环J5断开，使激励信号Ub＝0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。
2．测试调谐特性
使电路正常工作，从前置放大模块中J24处输入0.2V左右的高频信号，使功
放管输入信号为6伏左右，S5仍全部开路，改变输入信号频率从4MHZ—16MHZ，
记下输出电压值。
3．测试负载特性
将功放电源开关拨向左端（＋5V），使Vcc＝5V，S5全断开，将J5短路环断开,用信号源在J9输入Vb＝6伏左右f0＝10MHZ的高频信号，调整回路电容CT2使回路调谐（以示波器显示J13处波形为对称的双峰为调谐的标准）。
然后将负载电阻转换开关S5依次从l—4拨动，用示波器测量相应的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。
4．观察激励电压变化对工作状态的影响
将示波器接入VT3管发射极J3处，开关S1拨向十5V，调整VR6和VR4，使J3处ie波形为凹顶脉冲。
（此时S5全部开路）。
然后改变Ub由大到小变化（即减小输入信号），用示波器观察ie波形的变化。
5．观察电源电压VcC变化对工作状态的影响
将ie波形调到凹顶脉冲波形，用示波器在J3处可观察ie电流波形，此时可比较S1拨向十5V或十12V两种不同的情况下ie波形的变化。
6．实测功率、效率计算：
将VCC调为12V，测量丙放各参量填入表2—3，并进行功率、效率计算。
其中：
Vi输入电压峰-峰值
Vo：
输出电压峰-峰值
Io：
发射极直流电压÷发射极电阻值
P=：
电源给出直流功率（P==VCC*I。
）
Pc：
为管子损耗功率（Pc＝Ic*Vce）
Po：
输出功率（Po＝1/2*（Vo/2）2/RL）
五、实验报告要求
1．根据实验测量结果，计算各种情况下Io、Po、P=、η。
2．说明电源电压、输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响，并用实验参数和波形进行分析说明。
3．用实测参数分析丙类功率放大器的特点
实验三正弦波振荡器
一、实验目的：
1．掌握三端式振荡电路的基本原理，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。
4．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．进行LC振荡器波段工作研究。
3．研究LC振荡器和晶体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、分析比较LC振荡器与晶体振荡的频率稳定度。
三、基本原理
本实验中正弦波振荡器包含工作频率为10MHz左右的电容反馈LC三端振荡器和一个10MHz的晶体振荡器，其电路图如图3—l所示。
由拨码开关S2决定是LC振荡器还是晶振荡器（1拨向ON为LC振荡器，4拨向ON为晶体振荡器）
LC振荡器交流等效电路如图3—2所示。
由交流等效电路图可知该电路为电容反馈LC三端式振荡器，其反馈系数F=（Cll＋CT3）/CAP，CAP可变为C7、C14、C23、C19其中一个。
其中Cj为变容二极管2CC1B，根据所加静态电压对应其静态电容。
若将S2拨向“l”通，则以晶体JT代替电感L，此即为晶体振荡器。
图3－1中电位器VR2调节静态工作点。
拨码开关S4改变反馈电容的大小。
S3改变负载电阻的大小。
VR1调节变容二极管的静态偏置。
四、实验步骤
1．根据图3—l在实验板上找到振荡器位置并熟悉各元件及作用。
2．LC振荡器波段工作研究
将S2置于“l”ON，S4置于“3”ON，S3全断开。
调节VR1使变容二极管负端到地电压为2V，调节VR5使J6（ZD.OUT）输出最大不失真正弦信号，改变可变电容CT1和CT3，测其幅频特性，描绘幅频曲线（用频率计和高频电压表在J6处测试）。
3．LC振荡器静态工作点，反馈系数以及负载对振荡幅度的影响。
l）将S2置于1，S4置于3，S3开路，改变上偏置电位器VR2，记下Ieo填入表3—1中，用示波器测量对应点的振荡幅度Vp-P（峰—峰值）填于表中。
（Ieo=Ve／R）记下停振时的静态工作点电流。
将S4置于2、4重复以上步骤。
2）S2置于1,S3开路，改变反馈电容计算反馈系数（拨动S4）用示波器记下振荡幅度与开始起振以及停振时的反馈电容值。
3）S2置于1，S4置于2，改变负载电阻（拨动S3），记下振荡幅度及停振时的负载电阻。
S2置于4（晶体振荡器）重复以上各项填于表中。
4．LC振荡器的频率稳定度与晶体振荡器频率稳定度的研究与比较。
将S2分别置于1或4，进行以下实验并进行比较。
l）温度变化引起的频率漂移
S2置于1或4，S4置于2，S3置于开路。
先在室温下记下振荡频率。
频率计接入J6点，若振荡幅度较小，可在放大输出（FD.OUT）J26处测频率。
然后将电烙铁靠近振荡管和振荡回路，每隔1分钟记下频率的变化值，在记录时，S2开关交替地打在“l”（LC振荡器）和“4”（晶体振荡器），观察每次数据的变化和它们的区别
2）电源电压变化引起的频率漂移
S2置于1或4，S4置于3，以室温下电源电压12伏时的频率为标准，测量电源电压变化+2V时LC振荡器及晶体振荡器的频率漂移，比较所得结果：
3）负载变化引起的频率漂移
S2置于1或4，S3波段开关顺次由1—4拨动，测量S2开关在LC振荡器及晶体振荡器的频率，比较所得结果。
五、实验报告要求
1.用表格形式列出实验所测数据，绘出实验曲线，并用所学理论加以分析解释。
2.比较所测得的结果，分析晶体振荡器的优点。
3.分析静态工作点，反馈系数F和负载对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响。
4.根据实测写出LC振荡器和晶体振荡器的工作频率范围，并分析两种不同振荡
器的频率稳定度。
实验四振幅调制与解调
一、实验目的：
1.通过实验掌握调幅与检波的工作原理。
掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波系统的电路连接方法。
2.通过实验掌握集成模拟乘法器的使用方法。
3.掌握二极管峰值包络检波的原理。
4.掌握调幅系数测量与计算的方法。
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．完成普通调幅波的解调
5．观察抑制载波的双边带调幅波的解调
6．观察普通调幅波解调中的对角切割失真，底部切割失真以及检波器不加高
频滤波的现象。
三、基本原理
幅度调制就是载波的振幅（包络）受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。
调幅波的解调是调幅的逆过程，即从调幅信号中取出调制信号，通常称之为检波。
调幅波解调方法主要有二极管峰值包络检波器，同步检波器。
本实验中载波是由晶体振荡产生的10MHZ高频信号。
1KHZ的低频信号为调制信号。
在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用，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V1—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与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的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电位器，以扩大调制信号动态范围，己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。
用1496集成电路构成的调幅器电路图如图4—2所示，图中VR8用来调节引出脚①、④之间的平衡，VR7用来调节⑤脚的偏置。
器件采用双电源供电方式（＋12V,-9V），电阻R29、R30、R31、R32、R52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。
本实验中用二极管包络检波器完成检波。
二极管包络检波器主要用于解调含有较大载波分量的大信号，它具有电路简单，易于实现的优点。
实验电路如图4—3所示，主要由二极管D7及RC低通滤波器组成，利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波．所以RC时间常数的选择很重要，RC时间常数过大，则会产生对角切割失真又称惰性失真。
RC常数太小，高频分量会滤不干净．综合考虑要求满足下式:
其中：
m为调幅系数，Ωmax为调制信号最高角频率。
当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻RΩ不相等，而且调幅度ma又相当大时会产生负峰切割失真（又称底边切割失真），为了保证不产生负峰切割
失真应满足
。
图4—3包络检波电路
四、实验步骤：
1．静态工作点调测：
使调制信号VΩ＝0，载波Vc＝0（短路块J11、J17开路），调节VR7、VR8使各引脚偏置电压接近下列参考值：
V8V10V1V4V6V12V2V3V5
6V6V0V0V8.6V8.6V-0.7V－0.7V-6.8V
R39、R46与电位器VR8组成平衡调节电路，改变VR8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。
2．抑止载波振幅调制：
J12端输入载波信号Vc（t），其频率fc＝10MHZ，峰-峰值Ucp－p＝100－300mV。
J16端输入调制信号VΩ（t），其频率fΩ＝1KHZ，先使峰-峰值UΩp－p＝0，调节VR8，使输出Vo=0（此时U4＝U1），再逐渐增加UΩp－p，则输出信号V。
（t）的幅度逐渐增大，最后出现如图4—4（a）所示的抑止载波的调幅信号。
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R43和R49可以较好地抑止载波漏信号和改善温度性能。
3．全载波振幅调制m＝（Ummax—Ummin）/（Ummax+Ummin），J12端输人载波信号Vc（t），fc=10MHz,Ucp-p=100~300mV,调节平衡电位器VR8，使输出信号Vo（t）中有载波输出（此时U1与U4不相等）。
再从J16端输入调制信号，其fΩ=1KHZ，当UΩp-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4-4（b）所示的有载波调幅信号的波形，记下AM波对应Ummax和Ummin，并计算调幅度m。
4．加大VΩ，观察波形变化，画出过调制波形并记下对应的VΩ、Vc值进行分析。
附：
调制信号VΩ可以用外加信号源，也可直接采用实验箱上的低频信号源。
将示波器接入J22处，（此时J17短路块应断开）调节电位器VR3，使其输出1KHz不失真信号，改变VR9可以改变输出信号幅度的大小。
将短路块刀J17短接，示波器接入J19处，调节VR9改变输入VΩ的大小。
图4—4（a）抑止载波的调幅波形图4—4（b）普通调幅波形
5．解调全载波调幅信号
（1）m＜30％的调幅波检波：
从J45（ZF.IN）处输入455KHZ，0.1V,m＜30％的已调波，短路环J46连通，调整CP6中周，使J51（JB.IN）处输出0.5V～1V己调幅信号。
将开关S13拨向左端，S14，S15，S16均拨向右端，将示波器接入J52（JB．OUT），观察输出波形．
（2）加大调制信号幅度，使m=100％，观察记录检波输出波形．
6．观察对角切割失真：
保持以上输出，将开关S15拨向左端，检波负载电阻由3.3KΩ变为100KΩ，在J52处用示波器观察波形，并记录与上述波形进行比较．
7．观察底部切割失真：
将开关S16拨向左端，S15也拨向左端，在J52处观察波形并记录与正常解调波形进行比较。
8．将开关S15，S16还原到右端，将开关S14拨向左端，在J52处可观察到检波器不加高频滤波的现象。
五、实验报告要求
1．整理实验数据，写出实测MC1496各引脚的实测数据。
2．画出调幅实验中m＝30％、m＝100％、m＞100％的调幅波形，分析过调幅
的原因。
3．画出当改变VR8时能得到几种调幅波形，分析其原因。
4．画出100％调幅波形及抑止载波双边带调幅波形，比较两者区别。
5．
6．画出观察到的对角切割失真和负峰切割失真波形以及检波器不加高频滤波的
现象。
并进行分析说明
实验五混频器
一、实验目的：
1．掌握晶体三极营混频器频率变换的物理过程和本振电压Vo和工作电流Ie
对中频输出电压大小的影响。
2．掌握由集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程
3．比较晶体管混频器和平衡混频器对输入信号幅度及本振电压幅度要求的不
同点。
二、实验内容：
1．研究晶体管混频器的频率变换过程。
2．研究晶体管混频器输出中频电压Vi与混频管静态工作点的关系。
3．研究晶体管混频器输出中频电压Vi与输入本振电压的关系。
4．研究平衡混频器的频率变换过程。
三、基本原理
混频器常用在超外差接收机中，它的任务是将己调制（调幅或调频）的高频信号变成已调制的中频信号而保持其调制规律不变。
本实验中包含两种常用的混频电路：
晶体三极管混频器和平衡混频器。
其实验电路分别如图6-1、6—2所示。
图6—l为晶体管混频器，该电路主要由VT8（3DG6或9014）和6．5MHZ选频回路（CP3）组成。
10K电位器（VR13）改变混频器静态工作点，从而改变混频增益。
输入信号频率fs=10MHZ，本振频率fo＝16.455MHZ，其选频回路CP3选出差拍的中频信号频率fi=6.5MHZ，由J36输出。
图6—2为平衡混频器，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。
MC1496模拟乘法器，其内部电路和引脚参见4—l，MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。
本实验电路中采用十12V，一9V供电。
VR19（电位器）与R95（10KΩ）、R96（10KΩ）组成平衡调节电路，调节VR19可以使乘法器输出波形得到改善。
CP5为6．5MHz选频回路。
本实验中输入信号频率为fs＝10MHZ，本振频率fo＝16.455MHZ。
图6—3为16．455MHZ本振振荡电路，平衡混频器和晶体管混频器的本振信
号可由J43输出。
四、实验步骤
（一）晶体管混频器
1．熟悉实验板上各元件的位置及作用
2．观察晶体管混频前后的波形变换：
将J28短路块连通在C.DL，J34（BZ.IN）短路块连接在下横线处，平衡混频中的J49断开，即将16.455MHZ本振信号加入晶体管混频器上，将10MHMHz100mV左右的高频小信号加到晶体管混频器信号输入端J32处，此时短路块J33应置于开路。
用示波器在晶混的输出端（JH.OUT）J36处可观察混频后的中频电压波形。
3．用无感小起子轻旋CP3中周，观察波形变化，直到中频输出达到最大，记下输人信号fs幅度和输出中频电压幅度，计算其混频电压增益。
若需测电流，可将电流表串接在J28下横线两端。
4．用示波器分别观察输入信号Vs和输出中频信号Vi的载波频率，在观察波形中，注意它们之间频率的变化，并用频率计分别测出输入信号频率（在J32处）、本振频率（在J35处）、混频输出频率（在J36处），并分析比较。
5．研究混频器输出中频电压Vi与混频管静态工作点的关系
保持本振电压Vo＝0.5V左右，信号电压Vs＝l00mV左右，调节VR13记录对应的Ve电压和中频电压Vi。
（Ve为晶体管发射极电阻R64两端电压。
）
6．研究混频器输入本振电压和输出中频电压Vi的关系，改变输入本振信号电
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