高频实验指导书.docx
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高频实验指导书
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，建议拔下电源线后再安装实验模块。
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）是出厂前调试使用的。
出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，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，请与指导老师或直接与我公司联系。
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。
目录
高频电子线路实验箱简介1
仪器介绍3
实验一高频小信号调谐放大器实验6
实验二三点式正弦波振荡器14
实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）17
实验四包络检波及同步检波实验23
实验五变容二极管调频实验31
实验六正交鉴频实验37
高频电子线路实验箱简介
一、产品组成
该产品由3种实验仪器、10个实验模块及实验箱体（含电源）组成。
1、实验仪器及主要指标如下：
1）频率计：
频率测量范围：
50Hz～99MHz
输入电平范围：
100mVrms～2Vrms
测量误差：
≤±20ppm（频率低端≤±1Hz）
输入阻抗：
1MΩ/10pF
2）信号源：
输出频率范围：
400KHz～45MHz（连续可调）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波，谐波≤－30dBc
输出幅度：
1mVp-p～1Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
75Ω
3）低频信号源：
输出频率范围：
360Hz～30KHz（连续可调）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波、方波、三角波
输出幅度：
10mVp-p～5Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
100Ω
2、实验模块及电路组成如下：
1）模块1：
单元选频电路模块
该模块属于选件，非基本模块
包含LC并联谐振回路、LC串联谐振回路、集总参数LC低通滤波器、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器等五种选频回路。
2）模块2：
小信号选频放大模块
包含单调谐放大电路、电容耦合双调谐放大电路、集成选频放大电路、自动增益控制电路（AGC）等四种电路。
3）模块3：
正弦波振荡及VCO模块
包含LC振荡电路、石英晶体振荡电路、压控LC振荡电路、变容二极管调频电路等四种电路。
4）模块4：
AM调制及检波模块
包含模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）电路、二极管峰值包络检波电路、三极管小信号包络检波电路、模拟乘法器同步检波电路等四种电路。
5）模块5：
FM鉴频模块一
包含正交鉴频（乘积型相位鉴频）电路、锁相鉴频电路、基本锁相环路等三种电路。
6）模块6：
FM鉴频模块二
该模块属于选件，非基本模块
包含双失谐回路斜率鉴频电路、脉冲计数式鉴频电路等两种电路。
7）模块7：
混频及变频模块
包含二极管双平衡混频电路、模拟乘法器混频电路、三极管变频电路等三种电路。
8）模块8：
高频功放模块
包含非线性丙类功放电路、线性宽带功放电路、集成线性宽带功放电路、集电极调幅电路等四种电路。
9）模块9：
波形变换模块
该模块属于选件，非基本模块
包含限幅电路、直流电平移动电路、任意波变方波电路、方波变脉冲波电路、方波变三角波电路、脉冲波变锯齿波电路、三角波变正弦波电路等七种电路。
仪器介绍
一、信号源
本实验箱提供的信号源由高频信号源和音频信号源两部分组成，两种信号源的参数如下：
1）高频信号源输出频率范围：
400KHz～45MHz（连续可调）；
频率稳定度：
10E-4；
输出波形：
正弦波，谐波≤－30dBc;
输出幅度：
1mVp-p～1Vp-p（连续可调）；
输出阻抗：
75Ω。
2）音频信号源：
输出频率范围：
360Hz～30KHz（连续可调）
频率稳定度：
10E-4
输出波形：
正弦波、方波、三角波
输出幅度：
10mVp-p～5Vp-p（连续可调）
输出阻抗：
100Ω
信号源面板如图所示：
使用时，首先按下“POWER”开关，红灯点亮。
高频信号源频率调节有四个档位：
1KHz，10KHz，100KHz和1MHz档。
按下面板左上的频率调节旋钮可在各档位间切换，为1KHz，10KHz和100KHz档时，相对应绿灯点亮，当三灯齐亮，即为1MHz档。
调节该旋钮可改变输出高频信号的频率。
（注意：
调节时旋转速度不要太快）。
音频信号源有“+”，“-”两个按键，每改变一次频率变化360Hz。
按波形选择按钮时，可改变音频输出的波形，正弦波、三角波、方波的对应指示灯亮时，输出到即为该波形。
幅度调节旋钮可改变音频信号源的输出幅度。
调节“RF幅度”旋钮可改变高频信号源的输出幅度。
本信号源有内调制功能，“FM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调频波，调制信号为信号源音频（即所显示的输出波形），载波信号为信号源高频信号；“FM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。
“AM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调幅波，调制信号为信号源音频所显示的输出波形，载波信号为信号源高频信号；“AM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。
调节“FM频偏”旋钮可改变调频波的调制指数，调节“AM调幅度”旋钮可改变调幅波的调幅度。
面板下方为三个射频线插孔。
“RF1”和“RF2”插孔输出400KHz～45MHz的正弦波信号（在观察频率特性的实验中，可将“RF1”作为信号输入，“RF2”通过射频跳线连接到频率计观察频率）；音频输出插孔为输出360Hz～30KHz的输出。
二、频率计
本实验箱自带高频频率计和音频频率计，用于观测信号频率。
频率计面板如图所示：
频率计参数如下：
频率测量范围：
50Hz～99MHz
输入电平范围：
100mVrms～2Vrms
测量误差：
≤±20ppm（频率低端≤±1Hz）
输入阻抗：
1MΩ/10pF
使用时，按下“POWER”开关，红灯点亮。
高频频率计显示部分由八个数码管组成。
音频频率计显示部分由四个数码管组成。
高频频率计有KHz和MHz两个级别单位。
当测量的频率低于1MHz时，图中所示的高频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“KHz”，例如，此小数点前的数字是500，小数点后的数字是123，则所测的频率是500.123KHz，即500123Hz；同理，当测量的频率高于1MHz时，图中所示的高频频率计“MHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“MHz”，例如，此小数点前的数字是15，小数点后的数字是123456，则所测的频率是15.123456MHz，即15123456Hz。
音频频率计有KHz和Hz两个级别单位。
当测量的频率高于10KHz时，图中音频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识单位是“KHz”，读法与高频频率计的类似。
当测量频率低于10KHz时，此时的频率测量单位是“Hz”，数码管显示的读数即测量的频率。
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；
2、掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算。
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电
2、测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益
3、测量单调谐小信号放大器的通频带
三、实验仪器
1、信号源模块1块
2、频率计模块1块
3、2号板1块
4、双踪示波器1台
5、万用表1块
四、实验原理
（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＝10.7MHz。
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。
调节可变电阻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f0，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。
图1-1单调谐小信号放大电路
放大器各项性能指标及测量方法如下：
1、谐振频率
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；
C∑为调谐回路的总电容，C∑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f0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f0。
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，g∑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C∑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。
（二）双调谐放大器
为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双调谐回路放大器。
双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。
在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。
1、电压增益为
2、通频带
为弱耦合时，谐振曲线为单峰；
为强耦合时，谐振曲线出现双峰；
临界耦合时，双调谐放大其的通频带
BW=2△f0.7=
fo/QL
图1-3双调谐小信号放大
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、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）
3、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和R5两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W3，使VEQ＝1.6V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R5（R5=470Ω）（测VEQ时直接测电阻R5非地端，测VBQ时测电阻R4非地端）。
4、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。
（连线框图如图1-4所示）
图1-4单调谐小信号放大连线框图
注：
图中符号
表示高频连接线
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
RF1
（Vp-p=50mVf=10.7M）
2号板：
J4
射频信号输入
信号源：
RF2
频率计：
RFIN
频率计实时观察输入频率
5、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为50mV频率为10.7MHz的高频信号。
测量谐振频率
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。
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，保持输入信号为50mV。
则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
测量放大器的幅频特性曲线
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100KHz为步进间隔来变化），保持输入信号50mV，并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，并记录在表格中。
测量放大器的通频带
根据表格中的数据初步判断通频带范围，在此范围内保持输入50mV不变，以10kHz步进改变频率，观察输出，使输出为10.7MHz时的0.7倍，并记录该频率。
同样方法测2⊿f0.5，并计算出矩形系数Kr0.5。
fi
10.0
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
11.0
11.1
11.2
11.3
11.4
vo
Avo
（二）双调谐小信号放大器单元电路实验
1、打开双调谐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。
2、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R15和R16两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W4，使VEQ＝0.4V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R16（R16=470Ω）
3、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。
（连线框图如图1-5所示）
图1-5双调谐小信号放大连线框图
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
RF1
（Vp-p=500mVf=455K）
2号板：
J5
射频信号输入
信号源：
RF2
频率计：
RFIN
频率计实时观察输入频率
4、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为500mV频率为455KHz的高频信号。
测量谐振频率
1）将示波器探头连接在调谐放大器的输出端TH6上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形。
2）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，让示波器上被测信号的幅度尽可能大。
3）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，放大器就谐振到输入信号的频点上。
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TH6和TH7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。
六、实验报告要求
1、写明实验目的。
2、画出实验电路的直流和交流等效电路。
3、计算直流工作点，与实验实测结果比较。
4、整理实验数据，并画出幅频特性。
5、对实验数据进行理论分析。
6、写实验总结。
实验二三点式正弦波振荡器
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、反馈系数振荡器的影响。
三、实验仪器
1、模块31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
图2-1正弦波振荡器（4.5MHz）
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
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。
五、实验步骤
1、根据图2-1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的拨为“10”，S1拨为“00”，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（=
，R10=1K）（将万用表红表笔接TP4，黑表笔接地测量VE），并用示波测量对应点TH1的振荡幅度VP-P。
（将幅度电位器顺时针旋转到最大）填于表2-1中，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系（如测不出起振点，测最小静态工作点时的输出振幅）。
振荡状态
Vp-p
Ieo
起振
停振
表2-1
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、测量振荡器输出频率范围
频率计接于J1处，调静态工作点（即TP4）为2.5V，改变CCI，用示波器从TH1观察波形，用频率计观察输出频率的变化情况，记录最高频率和最低频率填于2-2表中。
fmax
fmin
表2-2
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。
（CC1为5~25p）
3、写出实验总结。
实验三模拟乘法器调幅（AM、DSB）
一、实验目的
1、掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅、抑制载波双边带调幅的方法。
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、抑制载波双边带调幅的波形。
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、实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。
2、实现抑制载波的双边带调幅波。
3、实现单边带调幅。
三、实验仪器
1、信号源模块1块
2、频率计模块1块
3、4号板1块
4、双踪示波器1台
5、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。
本实验中载波是由高频信号源产生的465KHz高频信号，1KHz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3-1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3-1MC1496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
静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。
根据MC1496的特性参数，对于图3-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即
v8=v10,v1=v4,v6=v12
15V≥v6 （v12）－v8 （v10）≥2V
15V≥v8 （v10）－v1 （v4）≥2V
15V≥v1 （v4）－v5≥2V
（2）静态偏置电流的确定
静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。
当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即
当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即
根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取
。
在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替。
2、实验电路说明
用MC1496集成电路构成的调幅器电路图如图3-2所示。
图中W1用来调节引出脚1、4之间的平衡，器件采用双电源方式供电（＋12V，－8V），所以5脚偏置电阻R15接地。
电阻R1、R2、R4、R5、R6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。
载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、10之间；载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高频旁路电容，使8脚交流接地。
调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，调制信号VΩ经低频偶合电容E1从1脚输入。
2、3脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围。
当电阻增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。
已调制信号取自双差动放大器
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