高频电路实验指导手册电信.docx

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高频电路实验指导手册电信

高频电路实验指导手册

（DGDZ-GP-Ⅰ型）

电工电子实践教学中心

2010年09月

实验注意事项

1.本实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。

2.每次安装实验模块之前应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。

为保险起见，建议关闭电源开头后再安装实验模块。

3.安装实验模块时，模块右边的双刀双掷开关要拨上，将模板四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐，然后用黑色接线柱固定。

确保四个接线柱要拧紧，以免造成实验模块与电源或者地接触不良。

经仔细检查后方可通电实验。

4.各实验模块上的双刀双掷开关、拨码开关、复位开关、自锁开关、手调电位器和旋转编码器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。

5.请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。

6.各模块中的3362电位器（蓝色正方形封装）在各实验模块功能中已调至最佳状态，无需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。

若已调动请尽快复原；若无法复原，请与指导老师联系。

7.在关闭各模块电源之后，方可进行连线。

连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻放，检查无误后方可通电实验。

拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住线端的金属外壳轻轻摇晃，直至连线与孔松脱，切勿旋转及用蛮力强行拔出。

8.按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。

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及工作条件；

2.掌握谐振放大器主要参数：

电压增益、通频带、选择性（矩形系数）的定义，测试、计算相互间的关系；

3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；

4.了解小信号调谐放大器自激原理及防止和消除自激方法。

二、实验内容

1.测量单调谐、双调谐小信号放大器的静态工作点；

2.测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益；

3.测量单调谐、双调谐小信号放大器的通频带；

4.测量单调谐、双调谐小信号放大器的选择性。

三、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4.扫频仪（可选）1台

四、实验原理及说明

在无线电技术中，经常会遇到这样的问题——所接收到的信号中，除了所需要的信号外，还有不需要的信号成分。

根据需要的信号和不需要的信号的频谱不同，人们可利用频谱不同将其区分开来，选取需要的频率分量，抑制不需要的频率分量。

另外接收到有用信号的幅度往往很小，有时甚至比不需要信号的幅度还要小。

处理这种信号还必须进行放大，而非一般单纯用滤波器可以完成的。

故选频放大器一般由选频与放大两部分组成。

并且这种放大器对谐振频率

的信号具有最强的放大作用，而对其他远离

的频率信号，放大作用很差。

实验当中值得注意的是小信号调谐放大器的放大部分与选频网络连接后会相互影响，选频网络的频响通过器件的内部反馈改变放大特性，严重时会招致放大器的工作不稳定——产生自激。

（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

，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：

谐振频率与品质因数Q。

1）谐振频率

图1-1（a）单调谐小信号放大图1-1（b）双调谐小信号放大

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

的最直接的测量方法是：

用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，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

。

2）回路的品质因数Q值决定选频特性的形状，Q值越高，曲线形状越尖锐，离开谐振频率ω0时的回路阻抗下降得越快。

因此如果我们希望将离开ω0所不需要的频率分量抑制得厉害一些，应提高回路的品质因素Q0。

提高振荡回路Q值的方法：

由

可知，减小回路电感L，加大电容C或增大和回路并联的电阻R之值，均可提高振荡回路Q值。

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V0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，用高频电压表测量图1-1（a）中输出信号V0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。

测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。

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，如图1-1（b）。

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=

五、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，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，记录9组数据填入表1，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。

表1放大器的幅频特性

频率f

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。

六、实验报告要求

1．画出实验电路的直流和交流等效电路。

2．计算直流工作点，与实验实测结果比较。

3．整理实验数据，并画出幅频特性。

七、实验预习要求

1．复习高频小信号调谐放大器的工作原理。

2．熟悉放大器的电压增益、动态范围、通频带及选择性之间的关系。

3．熟悉放大器各项技术指标的计算方法。

八、实验思考与总结

1．引起小信号谐振放大器不稳的原因是什么？

2．如果实验中出现自激现象，应该怎样消除？

3．为什么高频小信号调谐放大器中要考虑阻抗匹配问题？

4．放大器的动态范围大致是多少？

5．晶体管低频放大器与高频小信号放大器的分析方法有什么不同？

高频小信号放大器能否用特性曲线来分析？

实验五三极管变频

一、实验目的

1.掌握晶体三极管变频器变频的物理过程及原理

2.了解本振电压VL和工作电流Ie对中频输出电压大小的影响

3.了解统调概念

4.了解本振电压和晶体管工作点电流对变频增益的影响。

二、实验内容

1.研究晶体管混频器的频率变换过程

2.掌握如何调整中频频率

3.学会调整频率范围

三、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

四、实验原理及实验电路说明

变频电路是时变参量线性电路的一种典型应用。

如一个振幅较大的振荡电压υ0（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号υS同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。

如果此器件本身既产生振荡电压又实现频率变换（变频），则称为自激式变频器或简称变频器。

如果此非线性器件本身仅实现频率变换，本振信号由另外器件产生，则称为混频器。

包括产生本振信号的器件在内的整个电路，称为他激式变频器。

图5-1变频原理方框图

变频器的原理方框图如图5-1所示。

变频器常用在超外差接收机中，功能是将载波为

（高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频

（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。

例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz的已调波信号变换为中心频率为465KHz的中频已调波信号。

变频的用途十分广泛。

除在各类超外差接收机中应用外，在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要采用变频器来进行频率变化及组合；在多路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，再利用变频器把中频变换为微波频率，转发至下一站。

此外，在测量仪器中如外差频率计、微伏计等也都采用变频器。

三极管变频电路图如图5-2所示。

图5-2三极管变频

Ql为变频管，作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率的电台信号（高频信号）变换成固定的465KHz的中频信号。

Ql、T2、CC1等元件组成本机振荡电路，它的作用是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。

由于C8对高频信号相当短路，T1的次级L的电感量又很小，为高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由T2、CC1控制，CC1是双连电容器的另一连，调节它可以改变本机振荡频率。

T2是振荡线圈，其初次级绕在同一磁芯上，它们把Ql的集电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由T2的抽头引出，通过C10耦合到Ql的发射极上。

混频电路由Ql、T3的初级线圈等组成，是共发射极电路。

其工作过程是：

调制信号从J4输入，经选频回路选频，通过Tl的次级线圈送到Ql的基极，本机振荡信号又通过C10送到Ql发射极，调制信号和本振信号在Ql中进行混频，由于晶体三极管转移伏安特性的非线性特性，产生众多的组合频率，其中有一种是本机振荡频率和调制信号频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。

混频电路的负载是中频变压器T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。

五、实验步骤

1.熟悉实验板上各元件的位置及作用

2.测试静态工作点

调节RA1，使得Ie的电流为0.3mA左右（即用万用表量得R9两端电压为0.6V左右）。

测出Vce值。

3.调谐中频频率

先将C10短接使本振停振，以免造成对中频调谐工作的干扰。

打开本实验电路电源，并将双连可变电容调谐盘顺时针调到最大值，然后在TP2处输入465KHz的高频信号、用无感起子调试中周T3，用示波器观测输出波形，如在TH5处观察到最大幅度波形输出，则电路谐振在465KHz。

4.调整频率范围

调整频率范围是通过调整本机振荡线圈T2和振荡回路的补偿电容来实现的。

在中波波段，规定接受频率范围535KHz～1605KHz，也就是要求双连可变电容器全部旋入时能接收535KHz的信号，全部旋出能接收1605KHz的信号。

这里建议只调振荡线圈T2，不调整补偿电容。

5.观察晶体管混频前后的波形变化并加以分析

六、实验报告要求

1.写出实验目的任务

2.写出变频器的原理

3.思考如何调整频率范围

七、实验预习要求

1.复习三极管变频工作原理。

2.分析各种参量对混频增益的影响特点

3.分析寄生干扰产生的原因和预防措施。

八、实验思考与总结

1.为什么三极管混频器的混频增益和本振电压幅度和直流工作点电流有关？

应如何选择本振电压幅度和直流工作点电流？

2.混频器正常工作时，混频级应工作于何种状态为什么？

3.对三极管变频器有些什么具体要求？

其中哪几项是主要的质量指标？

实验六三点式正弦波振荡器

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、实验仪器

1、正弦波振荡器实验模块1块

2、频率计模块1块

3、双踪示波器1台

4、万用表1块

四、基本原理

三点式振荡电路，其原理电路示于图6—1。

图6—1

1、起振条件

相位平衡条件：

X1和X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗。

且它们之间满足下列关系式：

X3＝－（X1＋X2）

幅度的起振条件：

三极管的跨导gm必须满足下列不等式：

式中：

gm——晶体管的跨导；goe——晶体管的输出电导；gie——晶体管的输入电导；

g’L——晶体管的等效负载电导；KF——反馈系数

2、频率稳定度

（1）引起频率不稳的原因：

外因有温度、电压、负载及机械振动等，内因即决定振荡频率的振荡电路元件参数。

（2）稳定频率的措施：

A、减小外界因素的变化。

B、减小外界因素对电路参量的影响。

C、使内部参量变化相互抵消，而不影响频率。

3、实验电路

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5-2正弦波振荡器（4.5MHz）

五、实验步骤

1、根据图5-2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全部拨下，构成LC振荡器。

2）改变上偏置电位器RA1，记下Q3发射极电流Ieo（=

）（将万用表红表笔接TP4，黑表笔接地测量VE）填入表5-1中，并用示波测量对应点TP1的振荡幅度VP-P（峰—峰值）填于表中，记下停振时的静态工作点电流值IQ。

表5-1

Ieo

Vp-p

ICQ

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），管子电压增益AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。

3）将开关S2的1拨下2拨上，S1全部拨下，构成晶体振荡器，重复

（2）。

3、测量振荡器输出频率范围

将频率计接于J1处，改变CCI，用示波器从TH1观察波形，并观察输出频率的变化，记录最高频率和最低频率。

4、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。

六、实验报告要求

1、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。

2、计算实验电路的振荡频率fo，并与实测结果比较。

七、实验预习要求

1、振荡器起振应满足的相位和振幅条件，振荡器的各种电路形式，讨论其优劣。

2、分析各种因素（内外）对频率稳定度的影响，以及预防措施。

八、实验思考与总结

1、三点式与改进型电容三点式比较有何优点？

2、为什么提高振荡回路的F值，可以提高振荡频率的稳定度？

3、振荡器的振幅不稳定，是否会引起频率发生变化？

实验十一模拟乘法器调幅（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.实验仪器

1．高频实验箱1台

2．双踪示波器1台

3．万用表　　　　　　　　　　　　　　　1块

四.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）静态工作点的设定

（1）静态偏置电压的设置

静态偏置电