高频电路实验指导书要点.docx

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高频电路实验指导书要点

实验1单调谐回路谐振放大器………………………………1

实验2高频功率放大与发射…………………………………6

实验3幅度调制与解调………………………………………12

实验4变容二极管调频与鉴频………………………………24

实验5发送部分联试实验……………………………………30

实验6接收部分联试实验……………………………………31

实验7发射与接收完整系统的调试…………………………32

附录………………………………………………………………36

实验1单调谐回路谐振放大器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●放大器静态工作点

●LC并联谐振回路

●单调谐放大器幅频特性

2．做本实验时所用到的仪器：

●单调谐回路谐振放大器模块

●双踪示波器

●万用表

●频率计

●高频信号源

●扫频仪

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；

2．掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理；

3．熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性（包括电压增益、通频带）的影响；

4．掌握测量放大器幅频特性的方法。

三、实验内容

1．用示波器测量单调谐放大器的幅频特性；

2．用扫频仪观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响；

3．用扫频仪观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。

四、基本原理

1．单调谐回路谐振放大器原理

小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。

单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。

图中，RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。

CE是RE的旁路电容，CB、CC是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，RC是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。

为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响，采用了部分回路接入方式。

图1-1单调谐回路放大器原理电路

图1-2单调谐回路谐振放大器实验电路图

2．单调谐回路谐振放大器实验电路

单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。

其基本部分与图1-1相同。

图中，1C2用来调谐，1K02用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。

1W01用以改变基极偏置电压，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。

1Q02为射极跟随器，主要用于提高带负载能力。

五、实验步骤

1．实验准备

（1）插装好单调谐回路谐振放大器模块，接通实验箱上电源开关，按下模块上开关1K01。

（2）接通电源，此时电源指示灯亮。

2．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量

测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。

扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。

本实验采用点测法，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。

步骤如下：

（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。

高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01）。

示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ （用频率计测量），高频信号源输出幅度（峰——峰值）为200mv（示波器CH1监测）。

调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。

此时回路谐振于6.3MHZ。

比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。

（2）按照表1-2改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。

表1-2

输入信号频率f（MHZ）

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9

6.0

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

6.8

6.9

7.0

7.1

输出电压幅值U（mv）

（3）以横轴为频率，纵轴为电压幅值，按照表1-2，画出单调谐放大器的幅频特性曲线。

3．观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。

（本实验内容使用扫频仪完成）

顺时针调整1W01（此时1W01阻值增大），使1Q01基极直流电压为1.5V，从而改变静态工作点。

按照上述幅频特性的测量方法，测出幅频特性曲线。

逆时针调整1W01（此时1W01阻值减小），使1Q01基极直流电压为5V，重新测出幅频特性曲线。

可以发现：

当1W01加大时，由于ICQ减小，幅频特性幅值会减小，同时曲线变“瘦”（带宽减小）；而当1W01减小时，由于ICQ加大，幅频特性幅值会加大，同时曲线变“胖”（带宽加大）。

4．观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。

（本实验内容实用扫频仪完成）

当放大器工作于放大状态下，按照上述幅频特性的测量方法测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线。

可以发现：

当不接1R3时，集电极负载增大，幅频特性幅值加大，曲线变“瘦”，Q值增高，带宽减小。

而当接通1R3时，幅频特性幅值减小，曲线变“胖”，Q值降低，带宽加大。

六、实验报告要求

1．对实验数据进行分析，说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

2．对实验数据进行分析，说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

3．总结由本实验所获得的体会。

实验2高频功率放大与发射

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●谐振功率放大器的基本工作原理（基本特点，电压、电流波形）

●谐振功率放大器的三种工作状态

2．做本实验时所用到的仪器：

●高频功率放大与发射实验模块

●双踪示波器

●万用表

●频率计

●高频信号源

二、实验目的

1．通过实验，加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐特性。

2．掌握输入激励电压变化对放大器工作状态的影响。

3．通过实验进一步了解功率放大器调幅的工作原理。

三、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．测试激励电压变化时余弦电流脉冲的变化三种状态（欠压、临界、过压）。

3．观察功放基极调幅波形。

四、基本原理

1．丙类调谐功率放大器基本工作原理

放大器按照电流导通角

的范围可分为甲类、乙类及丙类等不同类型。

功率放大器电流导通角

越小，放大器的效率则越高。

丙类功率放大器的电流导通角

<90°,效率可达80%，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。

为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。

由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。

只有当激励信号

足够大，超过反偏压

及晶体管起始导通电压

之和时，管子才导通。

这样，管子只有在一周期的一小部分时间内导通。

所以集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图2-1所示。

图2-1折线法分析非线性电路电流波形

根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。

若在整个周期内，晶体管工作不进入饱和区，也即在任何时刻都工作在放大区，称放大器工作在欠压状态；若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。

放大器的这三种工作状态取决于电源电压

、偏置电压

、激励电压幅值

以及集电极等效负载电阻

。

激励电压幅值

变化对工作状态的影响：

当调谐功率放大器的电源电压

、偏置电压

和负载电阻

保持恒定时，激励振幅

变化对放大器工作状态的影响如图2-2所示。

图2-2

变化对工作状态的影响

由图可以看出，当

增大时，

、

也增大；当

增大到一定程度，放大器的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷，但此时

还会增大（如

）。

2．高频功率放大器实验电路

高频功率放大器实验电路如图2-3所示。

图2-3高频功率放大与发射实验图

本实验单元由两级放大器组成，11BG02是前置放大级，工作在甲类线性状态，以适应较小的输入信号电平。

11TP01、11TP02为该级输入、输出测量点。

由于该级负载是电阻，对输入信号没有滤波和调谐作用，因而既可作为调幅放大，也可作为调频放大。

11BG01为丙类高频功率放大电路，其基极偏置电压为零，通过发射极上的电压构成反偏。

因此，只有在载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通。

其集电极负载为LC选频谐振回路，谐振在载波频率上以选出基波，因此可获得较大的功率输出。

本实验功放有两个选频回路，由11K03来选定。

当11K03拨至左侧时，所选的谐振回路谐振频率为6.3MHZ左右，此时的功放可用于构成无线收发系统。

当11K03拨至右侧时，谐振回路揩振频率为1.9MHZ左右。

此时可用于测量三种状态（欠压、临界、过压）下的电流脉冲波形，因频率较低时测量效果较好。

11K04用于控制负载电阻的接通与否，11W02电位器用来改变负载电阻的大小。

11W01用来调整功放集电极电源电压的大小（谐振回路频率为1.9MHZ左右时）。

在功放构成系统时，11K02控制功放是由天线发射输出还是直接通过电缆输出。

当11K02往上拨时，功放输出通过天线发射，11TP00为天线接入端。

11K02往下拨时，功放通过11P03输出。

11P02为音频信号输入口，加入音频信号时可对功放进行基极调幅。

11TP03为功放集电极测试点，11TP04为发射极测试点，可在该点测量电流脉冲波形。

11TP06用于测量负载电阻大小。

五、实验步骤

1．实验准备

在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。

2．激励电压变化对丙类功放工作状态的影响

开关11K01置“on”，11K03置“右侧”，11K02往下拨。

保持集电极电源电压

=6V（用万用表测11TP03直流电压，调11W01等于6V），负载电阻

=8KΩ（11K04置“off”，用万用表测11TP06电阻，调11W02使其为8KΩ，然后11K04置“on”）不变。

将高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰—峰值）的正弦波信号，连接至功放模块输入端（11TP01）。

示波器CH1接11TP03，CH2接11TP04。

调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。

改变信号源幅度，即改变激励信号电压

，观察11TP04电压波形。

信号源幅度变化时，应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。

其波形如图2-4所示（如果波形不对称，应微调高频信号源频率）。

图2-4三种状态下的电流脉冲波形

3．功放调幅波的观察

11K01置“on”，11K02往下拨，11K03置“左侧”

将高频信号源频率6.3MHZ，幅度200mv（峰—峰值）的正弦波信号连接至功放模块输入端（11TP01），调整高频信号源的频率，使功放谐振，即使11TP03点输出幅度最大。

然后从11P02输入频率1KHz，幅度200mv（峰—峰值）音频调制信号，用示波器观察11TP03的波形。

此时该点波形应为调幅波，改变音频信号的幅度，输出调幅波的调制度应发生变化。

改变调制信号的频率，调幅波的包络亦随之变化。

六、实验报告

1．认真整理实验数据，对实验参数和波形进行分析，说明输入激励电压对工作状态的影响。

2．用实测参数分析丙类功率放大器的特点。

3.观测调幅波的包络。

4．总结由本实验所获得的体会。

实验3幅度调制与解调

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●幅度调制

●振幅解调

●MC1496四象限模拟相乘器

●用模拟乘法器实现幅度调制

●模拟乘法器实现同步检波

●二极管包络检波

2．做本实验时所用到的仪器：

●集成乘法器幅度调制电路模块

●集成乘法器幅度解调电路模块

●晶体二极管检波器模块

●高频信号源

●双踪示波器

●万用表

二、实验目的

1、通过实验了解幅度调制与解调的工作原理。

2、掌握MC1496实现幅度调制与解调的方法。

3、掌握二极管检波的方法。

4、掌握用示波器测量AM调幅系数的方法。

三、实验内容

1．用示波器观察正常调幅波（AM）波形，并测量其调幅系数。

2．用示波器观察平衡调幅波（抑制载波的双边带波形DSB）波形。

3．用示波器观察调制信号为方波、三角波的调幅波。

4．用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB波形。

5．用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB波形。

四、基本原理

所谓调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使其成为带有低频信息的调幅波。

目前由于集成电路的发展，集成模拟相乘器得到广泛的应用，为此本实验采用价格较低廉的MC1496集成模拟相乘器来实现调幅之功能。

1．MC1496简介

MC1496是一种四象限模拟相乘器，其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图3-1所示。

由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T1～T4），且这两组差分对的恒流源管（T5、T6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。

其典型用法是：

⑻、⑽脚间接一路输入（称为上输入v1），⑴、⑷脚间接另一路输入（称为下输入v2），⑹、⑿脚分别经由集电极电阻Rc接到正电源+12V上，并从⑹、⑿脚间取输出vo。

⑵、⑶脚间接负反馈电阻Rt。

⑸脚到地之间接电阻RB，它决定了恒流源电流I7、I8的数值，典型值为6.8kΩ。

⒁脚接负电源8V。

⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。

由于两路输入v1、v2的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。

可以证明：

，

因而，仅当上输入满足v1≤VT（26mV）时，方有：

，

才是真正的模拟相乘器。

本实验即为此例。

图3-1MC1496内部电路及外部连接

2．MC1496组成的调幅器实验电路

用1496组成的调幅器实验电路如图3-2所示。

图中，与图3-1相对应之处是：

8R08对应于RT，8R09对应于RB，8R03、8R10对应于RC。

此外，8W01用来调节

（1）、（4）端之间的平衡，8W02用来调节（8）、（10）端之间的平衡。

8K01开关控制

（1）端是否接入直流电压，当8K01置“on”时，1496的

（1）端接入直流电压，其输出为正常调幅波（AM），调整8W03电位器，可改变调幅波的调制度。

当8K01置“off”时，其输出为平衡调幅波（DSB）。

晶体管8Q01为随极跟随器，以提高调制器的带负载能力。

振幅解调即是从振幅受调制的高频信号中提取原调制信号的过程，亦称为检波。

通常，振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。

1．二极管包络检波

二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。

它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰一峰值为1.5V以上）的AM波。

它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。

本实验电路主要包括二极管、RC低通滤波器和低频放大部分，如图3-3所示。

图中，10D01为检波管，10C02、10R08、10C07构成低通滤波器，10R01、10W01为二极管检波直流负载，10W01用来调节直流负载大小，10R02与10W02相串构成二极管检波交流负载，10W02用来调节交流负载大小。

开关10K01是为二极管检波交流负载的接入与断开而设置的，10K01置“on”为接入交流负载，10K01置“off”为断开交流负载。

10K02开关控制着检波器是接入交流负载还是接入后级低放。

开关10K02拨至左侧时接交流负载，拨至右侧时接后级低放。

当检波器构成系统时，需与后级低放接通。

10BG01、10BG02对检波后的音频进行放大，放大后音频信号由10P02输出，因此10K02可控制音频信号是否输出，调节10W03可调整输出幅度。

图中，利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同（实际上，相差很大）来实现检波，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：

为调幅系数，Ω为调制信号角频率。

当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻

不相等，而且调幅度

又相当大时会产生底边切割失真（又称负峰切割失真），为了保证不产生底边切割失真应满足

。

2.同步检波又称相干检波。

它利用与已调幅波的载波同步（同频、同相）的一个恢复载波与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调出调制信号。

本实验采用MC1496集成电路来组成解调器，如图3-4所示。

图中，恢复载波vc先加到输入端9P01上，再经过电容9C01加在⑻、⑽脚之间。

已调幅波vamp先加到输入端9P02上，再经过电容9C02加在⑴、⑷脚之间。

相乘后的信号由（6）脚输出，再经过由9C04、9C05、9R06组成的型低通滤波器滤除高频分量后，在解调输出端（9P03）提取出调制信号。

需要指出的是，在图3-4中对1496采用了单电源（+12V）供电，因而⒁脚需接地，且其它脚亦应偏置相应的正电位，恰如图中所示。

图3-21496组成的调幅器实验电路

图3-3二极管包络检波电路

图3-4MC1496组成的解调器实验电路

五、实验步骤

（一）幅度调制

1．实验准备

（1）在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。

接通实验箱上电源开关，按下模块上开关8K1，此时电源指标灯点亮。

（2）调制信号源：

采用低频信号源中的函数发生器，其参数调节如下（示波器监测）：

频率范围：

1kHz

波形选择：

正弦波

输出峰-峰值：

300mV

（3）载波源：

采用高频信号源：

工作频率：

2MHz用频率计测量；

输出幅度（峰-峰值）：

200mV，用示波器观测。

2．AM（常规调幅）波形测量

（1）AM正常波形观测

将开关8K01置“on”（往上拨），即转为正常调幅状态。

载波频率仍设置为2MHZ（幅度200mv），调制信号频率1KHZ（幅度300mv）。

示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03，即可观察到正常的AM波形，如图3-5所示。

图3-5

调整电位器8W03，可以改变调幅波的调制度。

在观察输出波形时，改变音频调制信号的频率及幅度，输出波形应随之变化。

3．DSB（抑制载波双边带调幅）波形观察

将高频信号源输出的载波接入载波输入端（8P01），低频调制信号接入音频输入端（8P02）。

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接调幅输出端（8TP03），即可观察到调制信号及其对应的DSB信号波形。

其波形如图3-6所示，如果观察到的DSB波形不对称，应微调8W01电位器。

图3-6

4.调制信号为三角波和方波时的调幅波观察

保持载波源输出不变，但把调制信号源输出的调制信号改为三角波（峰—峰值200mv）或方波（200mv），并改变其频率，观察已调波形的变化，调整8W03，观察输出波形调制度的变化。

5．调制度Ma的测试

我们可以通过直接测量调制包络来测出Ma。

将被测的调幅信号加到示波器CH1或CH2，并使其同步。

调节时间旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形，如图3-7所示。

根据Ma的定义，测出A、B，即可得到Ma。

图3-7

（二）二极管包络检波

1．AM波的解调

（1）AM波的解调

①AM波的获得

AM由实验

（一）中获得，低频信号或函数发生器作为调制信号源（输出300mVp-p的1kHz正弦波），以高频信号源作为载波源（输出200mVp-p的2MHz正弦波），调节8W03，便可从幅度调制电路单元上输出AM波。

②AM波的包络检波器解调

连接好二极管包络检波电路模块，先断开检波器交流负载（10K01=off），把上面得到的AM波加到包络检波器输入端（10P01），即可用示波器在10TP02观察到包络检波器的输出，并记录输出波形。

（2）调制信号为三角波和方波的解调

在上述情况下调节10W01和10W02，使解调输出波形不失真。

然后将低频信号源的调制信号改为三解波和方波（由K101控制），即可在检波器输出端（10TP02、10TP03、10TP04）观察到与调制信号相对应的波形，调节音频信号的频率（低频信号源中W101），其波形也随之变化。

2．DSB波的解调

由实验

（一）中获得DSB波形，并增大载波信号及调制信号幅度，使得在调制电路输出端产生较大幅度的DSB信号。

然后把它加到二极管包络检波器的输入端，观察并记录检波器的输出波形，并与调制信号作比较。

（三）集成电路（乘法器）构成的同步检波

1.AM波的解调

AM由实验

（一）中获得，将幅度调制电路的输出接到幅度解调电路的调幅输入端（9P02）。

解调电路的恢复载波，可用铆孔线直接与调制电路中载波输入相连，即9P01与8P01相连。

示波器CH1接调幅信号9TP02，CH2接同步检波器的输出9TP03。

分别观察并记录AM的解调输出波形，并与调制信号作比较。

2.DSB波的解调

由实验

（一）中获得DSB波，并加入到幅度解调电路的调幅输入端，而其它连线均保持不变，观察并记录解调输出波形，并与调制信号作比较。

改变调制信号的频率及幅度，观察解调信号有何变化。

将调制信号改成三角波和方波，再观察解调输出波形。

（四）调幅与检波系统实验

按图3-8可构成调幅与检波的系统实验。

图3-8调幅与检波系统实验图

将电路按图3-8连接好后，按照上述实验的方法，将幅度调制电路和检波电路调节好，使检波后的输出波形不失真。

然后将检波后音频信号接入低频信号源中的功放输入，即用铆孔线将二极管检波器输出10P01（注意10K01、10K02的位置）与低频信号源中的“功放输入”P102相连，或将同步检波器输出9TP03与“功入输入”相连，便可在扬声器中发出声音。

改变调制信号的频率、声音也会发生变化。

将低频信号源中开关K102拨至“音乐输出”，扬声器中就有音乐声音。

六、实验报告要求

1．整理按实验步骤所得数据，绘制记录的波形，并作出相应的结论。

2．总结由本实验所获得的体会。

实验4变容二极管调频与鉴频

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●频率调制

●变容二极管调频

●静态调制特性、动态调制特性

●FM波的解调

●电容耦合回路相位鉴频器

2．做本实验时所用到的仪器：

●变容二极管调频模块

●电容耦合回路相位鉴频器模块

●双踪示波器

●频率计

●万用表

二、实验目的

1．掌握用变容二极管调频振荡器实现FM的方法；

2．理解变容二极管调频器静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法；

3．了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原理；

4.了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方法，建立起调频系统的初步概念。

三、实验内容

1．用示波器观察调频器输出波形，考察各种因素对于调频器输出波形的影响；

2．变容二极管调频器静态调制特性测量；

3．变容二极管调频器动态调制特性测量；

4．调频-鉴频过程观察：

用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形。

四、基本原理

1．变容二极管调频器实验电路

变容二极管调频器实验电路如图4-1所示。

图