TKGPZ2高频电子线路综合实验箱.docx

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TKGPZ2高频电子线路综合实验箱

实验一LC与晶体振荡器实验

一、实验目的

1）、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。

2）、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。

3）、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。

4）、比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。

二、实验预习要求

实验前，预习教材：

“电子线路非线性部分”第3章：

正弦波振荡器；“高频电子线路”第四章：

正弦波振荡器的有关章节。

三、实验原理说明

三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其交流等效电路如图1-1。

1、起振条件

1）、相位平衡条件：

Xce和Xbe必

需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质

的电抗，且它们之间满足下列关系：

2）、幅度起振条件：

图1-1三点式振荡器

式中：

qm——晶体管的跨导，

FU——反馈系数，AU——放大器的增益，

qie——晶体管的输入电导，

qoe——晶体管的输出电导，

q'L——晶体管的等效负载电导，

FU一般在0.1~0.5之间取值。

2、电容三点式振荡器

1）、电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器

图1-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容Ci和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。

（a）考毕兹振荡器（b）交流等效电路

图1-2考毕兹振荡器

2）、串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器

电路如图1-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。

C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了Ci和Co对频率稳定度的影响，且使频率可调。

（a）克拉泼振荡器（b）交流等效电路

图1-3克拉泼振荡器

3）、并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器

电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，调节C4可改变振荡频率。

西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。

本实验箱所提供的LC振荡器就是西勒振荡器。

（a）西勒振荡器（b）交流等效电路

图1-4西勒振荡器

3、晶体振荡器

本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振

b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路

如图1-5所示。

四、实验设备图1-5皮尔斯振荡器

TKGPZ-2型高频电子线路综合实验箱；

双踪示波器；

繁用表。

五、实验内容与步骤

开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。

作为第一次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析，如图1-6所示（见图1-6）。

电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。

用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接Kxxx╳-╳”）便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路，电容C106起耦合作用，R111为阻尼电阻，

图1-6LC与晶体振荡器实验电原理图

用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。

在调整LC振荡电路静态工作点时，应短接电感L102（即短接K1042-3）。

三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。

本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为10MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。

经过以上的分析后，可进入实验操作。

接通交流电源，然后按下实验板上的+12V的总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。

（一）、调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流

电压（Ue、Ueq）和直流电流（Ie、Ieq）：

1、组成LC西勒振荡器：

短接K1011-2、K1021-2、K1031-2、K1041-2，并

在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。

用示波器（探头衰减10）在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再合上频率计电源,用频率计模块测量其输出频率。

2、调整静态工作点：

短接K1042-3（即短接电感L102），使振荡器停振，

并测量三极管BG101的发射极电压Ueq；然后调整电阻R101的值，使Ueq=0.5V，并计算出电流Ieq（=0.5V/1K=0.5mA）。

3、测量发射极电压和电流：

短接K1041-2，使西勒振荡器恢复工作，

测量BG102的发射极电压Ue和Ie。

4、调整振荡器的输出：

改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的

输出频率f0为1.5MHz，输出幅度VLo为1.5VP-P。

（二）、观察反馈系数Kfu对振荡电压的影响：

由原理可知反馈系数Kfu=C106/C107。

按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度VL（保持Ueq=0.5V），记录相应的数据，并绘制VL=f（C）曲线。

C107（pf）

500

1000

1500

2000

2500

VL（p-p）

（三）、测量振荡电压VL与振荡频率f之间的关系曲线，计算振荡器波段复盖系数fmax/fmin：

选择测试点TP102，改变C110值，测量VL随f的变化规律，并找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin。

f（KHz）

VL（p-p）

fmax=和fmin=，fmax/fmin=

（四）、观察振荡器直流工作点Ieq对振荡电压VL的影响：

保持C107=1000p，Ueq=0.5V，fo=1.5MHz不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变Ieq，并测量相应的VL，且把数据记入下表。

Ieq（mA）

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

VL（p-p）

（五）、比较两类振荡器的频率稳定度：

1、LC振荡器

保持C107=1000p，Ueq=0.5V，f0=1.5MHz不变，分别测量f1在TP101处和f2在TP102处的频率，观察有何变化？

2、晶体振荡器

短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107，再观测TP102处的振荡波形，记录幅度VL和频率f0之值。

波形：

幅度VL=频率f0=。

然后将测试点移至TP101处，测得频率f1=。

根据以上的测量结果，试比较两种振荡器频率的稳定度△f/f0：

六、预习思考题

1、静态和动态直流工作点有何区别？

如何测定？

2、本电路采用何种形式的反馈电路？

反馈量的大小对电路有何影响？

3、试分析C103、L102对晶振电路的影响？

4、射极跟随电路有何特性？

本电路为何采用此电路？

七、实验注意事项

1、本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。

2、用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽”，以

免影响后续实验的正常进行。

3、在打开的实验箱箱盖上不可堆放重物，以免损坏机箱的零部件。

4、实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。

5、测量模块在不用时,应保持电源切断状态,以免引起干扰。

八、实验报告

1、整理实验数据，绘画出相应的曲线。

2、总结对两类振荡器的认识。

3、实验的体会与意见等。

实验二函数信号发生实验

一、实验目的

1）、了解单片集成函数信号发生器ICL8038的功能及特点。

2）、掌握ICL8038的应用方法。

二、实验预习要求

参阅相关资料中有关ICL8038的内容介绍。

三、实验原理

（一）、ICL8038内部框图介绍

ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图2-1所示。

它由

恒流源I2和I1、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。

外接电容C可由两个恒

流源充电和放电，电压比较

器A、B的阀值分别为总电

源电压（指UCC+UEE）的2/3

和1/3。

恒流源I2和I1的大

小可通过外接电阻调节，但

必须I2>I1。

当触发器的输出

为低电平时，恒流源I2断开图2-1ICL8038原理框图

，恒流源I1给C充电，它的两端电压uC随时间线性上升，当达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2>I1（设I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压uC又转为直线下降。

当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器B输出电压便发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I2断开，I1再给C充电，……如此周而复始，产生振荡。

若调整电路，使I2=2I1，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。

C上的电压uc，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。

将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从引脚2输出。

1、ICL8038引脚功能图

图2-2ICL8038引脚图

供电电压为单电源或双电源：

单电源10V~30V

双电源±5V~±15V

2、实验电路原理图如图2-3所示。

图2-3ICL8038实验电路图

其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。

3、实际线路分析

ICL8038的实际线路与图2-3基本相同，只是在输出增加了一块LF353

双运放，作为波形放大与阻抗变换。

如图2-4所示。

根据所选的电路元器件值，本电路的输出频率范围为约10Hz~11KHz；幅度调节范围：

正弦波为0~12V，三角波为0~20V，方波为0~22V。

若要得到更高的频率，可适当改变三档电容的值。

图2-4函数信号发生实验电原理图

四、实验仪器与设备

TKGPZ-2型高频电子线路综合实验箱；

双踪示波器。

五、实验内容与步骤

在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，并与电路原理图相对照，了解各个切换开关的功能与使用。

然后按前述的实验步骤开启相应的电源开关。

（一）、输出正弦波的调整与测量

1、取某一频段的正弦波输出，用示波器观测输出端（TP201）的波形。

通过反复调节电位器W203、W204、W205，使输出正弦波的失真为最小。

2、用示波器分别测量三个频段的频率调节范围和各频段的输出频响特性V=f（f）：

频率f

电压Vp-p

①从最低频段开始，调节频率细调电位器W201，测定本频段的频率调节范围和输出电压（在最高与最低频率之间选取若干点）。

②切换到中间频段，重复①的步骤。

③切换到最高频段，重复①的步骤。

（二）、输出三角波的观察

通过调节频率和幅度，观测输出的波形。

（三）、观察输出的方波信号

1、通过调节频率和幅度，观测输出的波形。

2、通过调节W202，可以改变输出方波的占空比。

六、实验注意事项

1、正弦波的波形调整是一项较细致的实验步骤，往往需要反复多次调整相关的电位器，以获得一个失真度最小的正弦波形。

2、经实验（三）的第2项步骤后，要想重新恢复正弦波输出，则必须重新调整电位器W202。

七、预习思考题

1、如果采用单电源或不对称的双电源供电，对输出有何影响？

2、本电路输出的最高频率与最低频率受哪些因素的影响？

3、要想同时输出三种不同波形的信号，有否可能？

如何实现？

4、在实验的实际电路中后两级的运放有何作用？

去除它行吗？

八、实验报告

1、作出各频段的频响特性曲线。

2、回答预习中的思考题。

实验三幅度调制与解调实验

一、实验目的

1）、加深理解幅度调制与检波的原理。

2）、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。

3）、掌握集成模拟乘法器的使用方法。

4）、了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。

二、实验预习要求

实验前预习“电子线路非线性部分”第4章：

振幅调制、解调与混频

电路；“高频电子线路”第六章：

调幅与检波；“高频电子技术”第8章：

调幅、检波与混频——频谱线性搬移电路有关章节。

三、实验原理

1、调幅与检波原理简述：

调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。

振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带调制信号。

把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上（例如晶体二极管和晶体三极管），经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。

2、集成四象限模拟乘法器MC1496简介：

本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检

波、鉴相、鉴频动态增益控制等。

它有两个输入端VX、VY和一个输出端VO。

一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：

VO=K（VX+VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。

为了得到好的精度，必须消除VXOS、VYOS与VZOX三项失调电压。

集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有8个有源晶体管。

本实验箱在幅度调制，同步检波，混频电路三个基本实验项目中均采用MC1496。

MC1496的内部原理图和管脚功能如图3-1所示：

图3-1集成电路MC1496电路原理图

MC1496各引脚功能如下：

1）、SIG+信号输入正端2）、GADJ增益调节端

3）、GADJ增益调节端4）、SIG-信号输入负端

5）、BIAS偏置端6）、OUT+正电流输出端

7）、NC空脚8）、CAR+载波信号输入正端

9）、NC空脚10）、CAR-载波信号输入负端

11）、NC空脚12）、OUT-负电流输出端

13）、NC空脚14）、V-负电源

3、实际线路分析

实验电路如图3-2所示，图中U301是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从J301和J302输入到乘法器的两个输入端，K301和K303可分别将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调调零。

W301可控制调幅波的调制度，K302断开时，可观察平衡调幅波，R302为增益调节电阻，R309和R304分别为乘法器的负载电阻，C309对输出负端进行交流旁路。

C304为调幅波输出耦合电容，BG301接成低阻抗输出的射级跟随器。

U302是幅度解调乘法器，调幅波和载波分别从J304和J305输入，K304和K305可分别将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调调零。

R311、R317、R313和C312作用与上图相同。

图3-2幅度调制与解调实验电原理图

四、实验仪器与设备

TKGPZ-2型高频电子线路综合实验箱；

双踪示波器；

繁用表。

五、实验内容与步骤

在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，对照实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局，然后按下＋12V，+5V,－12V总电源开关K1，K2,K3，函数信号发生实验单元电源开关K200，本实验单元电源开关K300，与此相对应的发光二极管点亮。

准备工作：

幅度调制实验需要加音频信号VL和高频信号VH。

调节函数信号发生器的输出为0.3VP－P、1KHz的正弦波信号；合上频率计测量模块电源,调节载波发生器的输出为0.6VP－P、10MHz的正弦波信号。

（一）、乘法器U501失调调零

将音频信号接入调制器的音频输入口J301，高频信号接入载波输入口J302或TP302,用双踪示波器同时监视TP301和TP303的波形。

通过电路中有关的切换开关和相应的电位器对乘法器的两路输入进行输入失调调零。

具体步骤参考如下：

1）、短接K301的2-3，K303的1-2，K302的2-3，调节W302至TP303输出最小。

2）、短接K301的1-2，K303的2-3，K302的1-2，调节W303和W301，至TP303输出最小。

3）、短接K301的1-2，K303的1-2，K302的1-2，微调W302，即能得到理想的10MHz调幅波。

（二）、观测调幅波

在乘法器的两个输入端分别输入高、低频信号，调节相关的电位器（W301等），短接K3021-2，在输出端观测调幅波VO，并记录VO的幅度和调制度。

此外，在短接K3022-3时，可观测平衡调幅波VO‘，记录VO的幅度。

（三）、观测解调输出

1、参照实验步骤

（一）的方法对解调乘法器进行失调调零。

2、在保持调幅波输出的基础上，将调制波和高频载波输入解调乘法器

U302，即分别连接J303和J304，J302和J305，用双踪示波器分别监视音频输入和解调器的输出。

然后在乘法器的两个输入端分别输入调幅波和载波。

用示波器观测解调器的输出，记录其频率和幅度。

若用平衡调幅波输入（K302

2-3短接），再观察解调器的输出并记录之。

六、实验注意事项

1、为了得到准确的结果，乘法器的失调调零至关重要，而且又是一项

细致的工作，必须要认真完成这一实验步骤。

2、用示波器观察波形时，探头应保持衰减10倍的位置。

3、其它同前。

七、预习思考题

1、三极管调幅与乘法器调幅各自有何特点？

当它们处于过调幅时，两者的波形有何不同？

2、如果平衡调幅波出现下图所示的波形，是何缘故？

3、检波电路的电压传输系统Kd如何定义？

八、实验报告

1、根据观察结果绘制相应的波形图，并作详细分析。

2、回答预习思考题。

3、其它体会与意见。

实验四变容二极管调频器与相位鉴频器实验

一、实验目的

1）、了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理。

2）、掌握调频器的调制特性及其测量方法。

3）、观察寄生调幅现象，了解其产生的原因及其消除方法。

二、实验预习要求

实验前，预习“电子线路非线性部分”第5章：

角度调制与解调电路；“高频电子线路”第八章：

角度调制与解调；“高频电子技术”第9章：

角度调制与解调—非线性频率变换电路等有关章节的内容。

三、实验原理

1、变容二极管直接调频电路：

变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。

当外加反向偏置

电压变化时，变容二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图4-1所示。

变容二极管的结电容Cj与电容二极管两端所

加的反向偏置电压之间的关系可以用下式来表示：

式中，U为PN结的势垒电位差图4-1变容二极管的Cj～u曲线

（硅管约0.7V，锗管约为0.2~0.3V）；Co为未加外电压时的耗尽层电容值

；u为变容二极管两端所加的反向偏置电压；γ为变容二极管结电容变化指数，它与PN结渗杂情况有关，通常γ=1/2~1/3。

采用特殊工艺制成的变容二极管γ值可达1~5。

直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。

若载波信号是由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。

因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。

若在LC振荡回路上并联一个

变容二极管，如图4-2所示，并用

调制信号电压来控制变容二极管的

电容值，则振荡器的输出频率将随图4-2直接调频示意图

调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。

2、电容耦合双调谐回路相位鉴频器：

相位鉴频器的组成方框图如4-3示。

图中的线性移相网络就是频—相变

换网络，它将输入调频信

号u1的瞬时频率变化转换

为相位变化的信号u2，然图4-3相位鉴频器的组成框图

后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。

图4-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。

这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。

为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。

图4-4耦合回路相位鉴频器

图4-5（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。

调频—调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容Cp耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回路，L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上，二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。

鉴频器输出电压uo由C5两端取出，C5对高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。

电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。

图（a）中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和Cm的大小就可调节耦合的松紧程度。

由于Cp的容量远大于Cm，Cp对高频可视为短路。

基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图4-5（b）所示。

初级电压u1经Cm耦合，在次级回路产生电压u2，经L2中心抽头分成两个相等的电压

，

由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：

uD1=

和uD2=

，随着输入信号频率的变化。

u1和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电压发生变化，由j此可将调频波变成调幅—调频波，最后由包络检波器检出调制信号。

（a）（b）

图4-5电容耦合双调谐回路相位鉴频器

3、实际线路分析：

电路原理图如图4-6所示，图中的上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。

BG401为电容三点式振荡器，产生10MHz的载波信号。

变容二极管D401和C403构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R427、W401、R403和L401加至变容二极管D401的负端，C402为变容二极管的交流通路，R402为变容二极管的直流通路，L401和R403组成隔离支路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。

低频信号从输入端J401输入，通过变容二极