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高频电路（仿真）实验指导书
光电学院
电子科学与技术系
2014年2月
实验一.共射级单级交流放大器性能分析
一、实验目的
1、学习单级共射电压放大器静态工作点的设置少调试方法。
2、学习放大器的放大倍数（凡）、输入电阻（尺）、输出电阻（他）的测试方法。
3、观察基本放人电路参数对放人器的静态工作点、电压放人倍数及输出波形的影响。
4、熟悉函数信号发生器、示波器、数字力•用表和宜流稳压电源等常用仪器的使用方法。
二、实验原理
如图所示的电路是一个分压式单级放大电路。
该电路设计时需保证5>5〜IOUbe，1］口2>5〜101b，则该电路能够稳定静态工作点，即当温度变化时或三级管的参数变化时，电路的静态工作点不会发生变化。
Rl_UB-UBE
Ub=R1+R2Vcc心人-一——
rtl上式可知，静态工作时，Ub是由R1和R2共同决定的，而Ube一般是恒定的，在0.6到0.7之间，所以Ic、Ie只和有关。
当温度变化时或管子的参数改变时（深究来看，三极管的特性并非是完全线性的，在很多的情况下，必须计入考虑），例如，管子的受到激发而Ic欲要变大吋，由于Re的反馈作用，使得Ube节压降减小，从而1b减小，Ic减小，电路自动回到原來的静态工作点附近。
所以该电路不仅有较好的温度稳定性，还可以适应一定非线性的三极管，只要电路设计得当。
调整电阻&、R2,可以调节静态工作点高低。
若工作点过高，使三极管进入饱和区，则会引起饱和火真；反Z,三极管进入截止区，引起截止失真。
如图1-1,ChC2为耦合电容，将使电路只将交流信号传输到负载端，而略去不必要的直流信号。
发射极旁路电容Ce-般选用较大的电容，以保证对于交流信号完全是短路的，即相当于交流接地。
也是防止交流反馈対电路的放大性能造成影响。
电路的放大倍数
Au=—需，输入电阻Ri=Ri〃R2〃％，输出电阻Ro=Rl'，空载时Ro=Rc。
当发射极电容断开时，在发射极电容上产生交流负反馈，电压的放大倍数为
Au—而黔竈，输入电阻Ri=Ri〃R2〃［M"a+4£3］。
输出电阻仍近似等于集电极负
三、实验内容
（一）如图1・2所示，建立放大电路，进行静态分析。
注意，电路必须工作在放人区，即输岀波形必须对称（因为输入信号是正弦波）且和原来的信号保持协调。
只冇设置好静态工作点才可以进行下一步。
此步骤就是要选择合适的R］、Rqq
（二）动态分析
动态分析时，实验中一直便用的信号。
F=1000HZ,Vpp=28mvo如图1・3所示:
图1-3函数信号发生器
在原來设置好静态工作点的基础上，接入信号。
并按照此图进行测量电压放大倍数。
（该电路另接入了一电阻R3,以增人输入电阻）如图14所示：
图1-5输入电阻的测试
图1-6输出电阻的测试
计w牛疋航占尺和R七叽
（三）若是静态工作点设置不合适，则会引起失真。
如图1・7和图1・8所示。
图1-8截止失真
（四）有无发射极电容Q的影响
图1-9有无发射极电容的影响
明显看出，在不加发射极电容Ce时，交流电压的放人倍数减小了。
可见是交流的负反馈作用促成了这一结果。
显然，在实际的生产实际屮，我们不需要这一反馈，因此一般选择并联上发射极输出电容，可以明显增大电压的放犬倍数。
但同时也增加了电路的硬件成木。
（五）增人输入电阻对电路性能的彩响
从示波器中的波形可以看出，输入波形与输出波形的相位相反，频率相同。
信号源内阻增大，如图所示：
比较可知，增大输入电阻，可以略微地提高电压放大倍数。
四、思考题
1、山实验
（一）
（二）（三）可知，静态工作点的设置对放大电路有何作用？
2、仿真电路屮的电路必须耍“接地”，这样做有什么好处？
3、仿真电路屮的很多细节都需要注意，某一细节处理不好就会影响电路的正常工作。
试结合实验过程举例说明。
实验二高频LC谐振功率放大器性能研究
一、实验目的
1、进一步熟悉EWB仿真软件的使用方法；
2、测试高频谐振功率放人器的电路参数及性能指标；
3、熟悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。
二、实验内容及步骤
（一）构造实验电路
利川EWB软件绘制如图2-1所示的高频谐振功率放人器实验电路。
图2-1所示的高频谐振功率放大器实验电路
图中，各元件的名称及标称值如表2・1所示。
序号
元件名称及标号
标称值
1
信号源Ui
270mV/2MHz
2
负载RL
10kQ
3
基极直流偏置电压VBB
0.2V
4
集电极直流偏置电压VCC
12V
5
谐振回路电容C
13pF
6
基极旁路电容Cb
O.luF
7
集电极旁路电容Cc
O.luF
8
高频变压器T1
N=l;LE=le-05H;LM=0.0005H;RP=RS=0
9
品体管Q1
2N2222（3DG6）
表2・1各元件的名称及标称值
（二）性能测试
1、静态测试
选择“Analysi”-*"DCOperatingPointn,设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如图2・2所示。
2、动态测试
（1）输入输出电压波形
当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图2・3所示的输入、输出波形。
图2-）高频谐撮功率放大器输入.输出波形图
（2）调整工作状态
1、分别调整负载阻值为5kQ、100kQ,可观测岀输入输岀信号波形的差异。
2、分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz,可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。
3、分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV,可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。
^Oscilloscope
图A4高频谐振功率放大器工作干欠压状态输入、输出波形图
图2-5高频谐振功率放大器工作于过压状态输入、输岀波形图
由图2・5可知，丁•作于过压状态时，功率放人器的输出电压为失真的凹顶脉冲。
通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。
三、思考题
1、变压器T1起什么作用？
2、对照输入波形，说明输出波形有什么特点？
3、负载阻值的改变对输出信号波形有什么影响？
4、当功放的输入信号频率改变时，输出信号波形有什么变化？
说明了什么问题？
实验三正弦波振荡器实验
一、实验目的
1、理解LC三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测最方法。
2、理解振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。
4、了解LC电容反馈三点式振荡器的设计方法。
二、实验原理
三点式振荡器的交流等效电路如图3-1所示。
图屮，Xce、X%、X"为谐振冋路的三个电抗。
根据相位平衡条件可知，X"、X%必须为同性电抗，Xcb与Xce、X加相比必须为异性电抗，fL三者Z间满足下列关系：
Xcb=—（Xce+Xbe）
这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。
在满足式（3-1）的前提下，若X“、Xb«呈容性，呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若Xce、X加呈感性，X"呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。
下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。
图3-1三点式振荡器的交流等效电路
1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理
“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图3・2所示，图中L和Cl、C2组成振荡回路，反馈电压取白电容C2的两端，Cb和Cc为高频旁路电容，Lc为高频扼流圈，对肓流可视为短路，对交流可视为开路。
显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。
若要它产牛正弦波,还必须满足振幅条件和起振条件，即：
式中人“。
为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；尸“。
为反馈系数，只要求出二者的值，便可知道电路有关参数少它的关系。
为此，我们画II!
3-3所示的Y参数等效电路。
若忽略品体管的内反馈，即儿可得3-4所示的简化等效电路。
图3-4屮，C严G+C“，C；二Cz+Ge,g严8仏+6&,g。
为LC并联谐振回路折合到晶体管“端的等效谐振电导,即So=p\8o,Py=（Cj+C2）/C2o
（3-3）
（3-4）
由式（3-2）nJ*得起振条件为
（3-5）
故有
（3-7）
F越人，越
（3-6）上式即为振荡器起振的振幅条件。
为了进一步说明起振的一些关系，可将式（3-6）变换为=+（g°e+久+Pjgie）二占（g°e+g“）+Fg,e
式（3-7）第一项表示输出电导和负载电导（这里未考虑负载电导）对振荡的影响，
■
容易起振。
第二项表示输入电导对振荡的彩响，和F越大，越不容易起振。
可见，考虑到晶体管输入电导对回路的加载作川时，反馈系数F并不是越大越容易起振。
由式（3・7）可知,在晶体管参数弘、几、"一定的情况下，可以改变心、“2和负载电导航及F来保证起振。
F—•般取0.1〜0.5。
2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响
对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数F己经确定的情况下，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小,波形好坏）有着直接的影响。
工作点偏高,振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至使振荡器停振；工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但不能取得太低，否则不易起振。
由式（3・3）可知，实际的振荡电路在确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。
但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。
实际屮静态电流值一般収0.5mA〜1mA。
三、实验内容
1、利用EWB仿真软件绘制出如图3-5所示的西勒（Seiler）振荡器实验电路。
图3-5西勒振荡器实验电路
2、按图3・3设迸各元件参数，打开仿真开关，从示波器上观察振荡波形如图3・6所示,读出振荡频率f（）,并作好记录。
3、改变电容C6的容量，分别为最大或最小（100%或0%）时，观察振荡频率变化，并作好记录。
4、改变电容C4的容量，分别为0.33UF和0.001»F,从示波器上观察起振情况和振荡波形的好坏（与C4为0.033uF时进行比较），并分析原因。
5、将C4恢复为0.033pF,分别调节Rp为最大和最小时，观察输出波形振幅的变化，并说明原因。
四、思考题
1、振荡器与一般放大器的主要区别是什么？
2、振荡器屮晶体管、振荡回路、反馈网络各起什么作用？
对它们应有什么要求?
3、振荡器波形不好与哪些因素有关？
如何改善？
实验四调幅和检波电路的设计与性能分析
一、实验目的
（1）在前三个实验的基础上，加强EWB的熟练应用，掌握一些仿真的技巧。
（2）进一步熟悉调幅电路、检波电路的工作原理。
（3）观察调幅电路、检波电路的输岀波形。
二、实验内容及步骤
1、普通调幅电路
（1）利川EWB绘制出相应的普通调幅实验电路（图4・1为参考图）。
R3
（2）按图4・1设置U）、3、/以及电路中各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上观察调幅波的波形以及与调制信号3的关系，将示波器中观察到的两个波形（普通调幅电路输入、输出波形）画在下方。
（3）改变直流电压S为4V,观察过调幅现象，做好记录并说明原因。
将过调幅时的输入、输出波形曲在下方。
2、双边带调制电路
（1）利用EWB绘制出双边带调制仿真电路（图4・2为参考图）,接上载波信号3、
图4-2双边带调制实验电路
（2）按图2所示设置3、“2的参数，打开仿真开关，从示波器上可以观祭到双边带调制信号，说明双边带信号的特点。
将输入调制信号波形及输出双边带信号波形画在卜-方。
也可同时曲出其扩展方式的波形。
3、二极管包络检波器
（1）利用EWB绘制岀二极管包络检波器的仿真实验电路（图4-3为参考图）。
C3
图4・3二极管包络检波器仿真实验电路
（2）按图4・3设置以以及各元件的参数，其中调幅信号源的调幅度M设为0.8。
打开仿真开关，从示波器上观察检波器输出波形以及与输入调幅波信号0的关系。
将相应波形图tai在下方。
（3）将心】调到最大（100%）,从示波器上可以观察到检波器的输出波形将出现惰性失真，将相应波形图画在下方。
试分析其原因。
（4）将鹉恢复为最小（0%）,再将心2调到最小（0%）,从示波器上乂可以观察到检波器输出将出现负峰切割失真，将相应波形图画在卜-方。
试分析其原因。
4、同步检波器
（1）利川EWB绘制出双边带调制及具同步检波的仿真电路（图44为参考图）。
具屮IG组成双边带调制电路，IC?
以及低通滤波器用、C】、C?
组成同步检波器。
图4・4双边带调制及其同步检波的仿真实验电路
（2）按图4・4所示设置调制信号U、载波信号&、参考信号S以及各元件的参数，打开仿真电源开关，从示波器上观察同步检波器输入的双边带信号及具输岀信号。
将相应波形图画在下方。
三、思考题
1、调幅的方式有哪几种？
各有什么特点？
它们的频谱结构有什么不同？
请结合相应的公式和图形进行说明。
2、包络检波和同步检波有什么不同?
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