高频电子线路实验指导书.docx

1、高频电子线路实验指导书南昌工程学院高频电子线路实验指导书 通信工程、通信技术专业杨清编2012年9月目 录高频电子线路E型实验箱总体介绍3实验一 高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器8实验二 三点式LC振荡器及压控振荡器14实验三 模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）19实验四 调幅语音通话23高频电子线路E型实验箱总体介绍一、概述高频电子线路E型实验箱的实验内容主要是根据高等教育出版社出版的高频电子线路一书而设计的（作者张肃文），其中还参考了电子线路非线性部分（作者谢嘉奎）、高频电子线路（作者曾兴雯）等教材的部分内容。本实验箱由主机和14个模块组成，共设置了54个硬件实验和5个软件

2、实验。实验箱采用“积木式”结构，将实验所需的直流电源、频率计、信号源（带简易扫频源）设计成一个公共平台。使用前请仔细阅读实验箱主板上的使用注意事项。实验模块以插板的形式插在实验箱主板上，除需调节和拨动的元件外，其它元件均焊接在PCB板的反面。模块正面印有实验电路图，便于学生理解实验原理。反面使用透明盒罩，一方面便于学生观察元件，另一方面又可对元件加以保护。二、主板简介主机提供实验所需的直流电源、信号源（带简易扫频源）、频率计，它们作为实验工具不开设实验内容。各单元使用方法介绍如下：1、直流电源本实验箱提供的直流电源是基于本实验箱实验的需求而设计的。主机提供四路直流电源：12V、5V、12V、5

3、V，共直流地。每路电源都有两个输出端口，分别放置在主板的左上方和右上方。实验时，用实验箱所配置的单相三极电源线，连接220V交流电源和实验箱上侧的电源插座，打开实验箱右侧的船形开关，若正确连接则主板上的电源指示灯LEDf9和LEDf11亮。此时，各直流电源端口均有相应的直流电压输出。实验时，应根据模块的位置就近选择所需的直流电源输出端口。2、低频信号源本实验箱提供的低频信号源是基于本实验箱实验的需求而设计的。可输出正弦波、三角波和方波信号，频率范围分别为：1Hz10MHz、1Hz1MHz、1Hz1MHz。数码管LED900LED907用于显示输出信号的频率，单位为Hz。LED900LED907

4、依次为10MHz、MHz、100KHz、10KHz、KHz、100Hz、10Hz和Hz位。若输出信号频率为Hz级，则LED900LED906不显示。若输出信号频率为10Hz级，则LED900LED905不显示。输出信号频率为其它情况时以此类推。本低频信号源带简易扫频源的功能，可产生扫频信号用于定性检测外部网络的频率特性，共有两个扫频频段，分别为10KHz100KHz和100KHz1MHz。Vout为正弦波、三角波、方波和扫频信号的输出端口，Vi和Vo分别为扫频源的检波输入端和检波输出端。将Vout处扫频信号接到外部网络的输入端，再将外部网络的输出与Vi连接，就可用示波器在Vo处定性观察外部网络

5、的频率特性曲线。低频信号源的使用方法介绍如下：（1）开机接通主机电源，按下开关Power1和Power2，则低频信号源的电源指示灯D100和D101亮。数码管LED900LED903不显示，LED904LED907分别显示1、0、0、0，即开机默认输出1KHz的正弦波信号。（2）波形选择按键TYPE用于改变输出信号的波形，在正弦波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为三角波；在三角波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为方波；在方波输出的情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为正弦波。依此顺序按动TYPE键，则循环输出这三种波形。（3）频率选择按键RIGHT和LEFT用于选择当前需

6、修改位，开机默认当前修改位为KHz位（LED904）。在非扫频输出的状态下，按一次RIGHT键则修改位右移一位；按一次LEFT键则修改位左移一位。被选中的当前修改位会闪烁显示。按键UP和DOWN用于修改当前修改位的数值。在选中当前修改位的情况下，按一次UP键，则当前修改位的数值加1；按一次DOWN键，则当前修改位的数值减1。当当前修改位的数值为所需的数值时，按下ENTER键确定操作，当前修改位会停止闪烁，则Vout处输出所需频率的信号。在当前修改位的数值为9的情况下，按一次UP键，则当前修改位数值为0，其左边显示数值加1且当前修改位不变。如在显示频率为1999Hz且当前修改位为10Hz位时，按

7、一次UP键，则显示频率变为2009Hz且当前修改位仍为10Hz位。在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值不为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位且原当前修改位不显示。如在显示频率为1100Hz且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为100Hz且当前修改位为100Hz位。在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位（且该位数值变为9）且原当前修改位不显示。如在显示频率为1000Hz且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为900且当

8、前修改位为100Hz位。在当前修改位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位的数值变为9且当前修改位左边显示的数值减1。如在显示频率为100Hz且当前修改位为Hz时，按一次DOWN键，则显示频率变为99Hz且当前修改位不变。（4）幅度调节双刀三掷开关U70用于选择输出信号幅度的衰减量，U70拨到最上端、中间和最下端时，衰减量分别为0dB、20dB和40dB。即U70用于输出信号幅度的粗调。“幅度调节”电位器用于对输出信号的幅度进行细调，当衰减量为0dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为1.5V15V；当衰减量为20dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范

9、围为150mV1.5V；当衰减量为40dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为80mV150mV。说明：当输出信号的峰峰值较小时，由于噪声干扰相对较大，输出信号波形会有抖动，属于正常现象。（5）占空比调节在输出信号为方波的情况下，调节“占空比调节”电位器可改变方波的占空比。说明：严格地说，方波是指占空比为50的矩形波，当占空比不为50时，只能称为矩形波。本实验指导书此处不做区别。（6）直流电平调节在任意波形输出或扫频输出的情况下，调节“电平调节”电位器，可改变输出信号的直流量。（7）扫频输出在点频输出的情况下，按一次SWEEP键，则Vout输出10KHz100KHz的扫频信号；

10、连续按两次SWEEP键，则Vout输出100KHz1MHz的扫频信号；连续按三次SWEEP键，则回到输出扫频前的状态。（8）复位在通电后的任意情况下，按下RESET键，则信号源复位，恢复到输出1KHz正弦波信号的状态。3、高频信号源本实验箱提供的高频信号源是基于本实验箱实验的需求而设计的。可输出10MHz120MHz的正弦波。Power3为高频信号源部分的电源开关，D1为电源指示灯。数码管LED6LED1用于显示输出信号的频率，单位分别为100MHz、10MHz、MHz、100KHz、10KHz、KHz。（1）开机接通主机电源，按下开关Power3，则电源指示灯D1亮。数码管LED6LED1显

11、示010.700，即开机默认输出10.7MHz的正弦波信号。（2）输出接口选择OUT1用于输出10MHz20MHz的信号，信号幅度较小，主要用于小信号实验。OUT2用于输出20MHz70MHz的信号，其中10MHz20MHz信号的幅度相对OUT1处较大。OUT3用于输出70MHz120MHz的信号，AGND为本信号源地，与主板共地。当输出信号的频率较高时，需使用射频座接口。本实验箱所开设实验的载波信号一般为10.7MHz，其它未使用的频段信号仅供用户参考使用。（3）频率选择开机默认当前修改位为KHz位（LED1），每按动一次SELECT键，则当前修改位向左移动一位且闪烁显示。选中当前修改位后，

12、每按动一次UP或DOWN键，则当前修改位的数值加一或减一。当当前修改位的数值为所需的数值时，按一下ENTER键确定操作，当前修改位停止闪烁， OUT1（或OUT2、OUT3）处输出所需频率的信号。注意：本信号源的UP键和DOWN键不进位和退位，即：在当前修改位的数值为9的情况下，按一次UP键，当前修改位数值变为0，其它数码管显示数值不变。在当前修改位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，当前修改位数值仍为0，其它数码管显示的数值也不变。（4）幅度调节“幅度调节”电位器用于调节输出信号的幅度，调节时请勿将电位器调节到两个最底端。（5）扫频本高频信号源自带简易扫频源，用于定性分析外部网络的特性。扫

13、频频段有六段：信号输出频率（小于20MHz）20MHz、20MHz30MHz、30MHz50MHz、50MHz70MHz、70MHz90MHz、90MHz120MHz。在点频输出的情况下，每按动一次TYPE键，则进入相应扫频频段。如在10.7MHz点频输出的情况下，按动一次TYPE键，则进入10.7MHz20MHz的扫频频段。数码管LED1显示1（表示第1频段），同时用示波器在相应输出接口处观察，信号频率由10.7MHz逐渐向20MHz靠近，当信号频率为20MHz时，LED1所显示的1消失，LED6LED1显示010.7000，即扫频前的信号频率值。连续按动TYPE键，则扫频频段依次为20MH

14、z30MHz、30MHz50MHz、50MHz70MHz、70MHz90MHz、90MHz120MHz（注意选择输出接口，以便正确观察）。当点频输出信号频率大于20MHz时，要根据点频所处的频段，按动相应的次数才能开始扫频。如在点频输出为35MHz，按动两次TYPE键，则进入35MHz50MHz的扫频状态，LED1显示3（表示第3频段），同时用示波器在相应输出接口处观察，信号频率由35MHz逐渐向50MHz靠近，当信号频率为50MHz时，LED1所显示的3消失，LED6LED1显示035000，即扫频前的信号频率值。连续按动TYPE键，则扫频频段依次为50MHz70MHz、70MHz90MHz

15、、90MHz120MHz（注意选择输出接口，以便正确观察）。在扫频频段为第六频段的情况下，再次按动TYPE键，不进入第一频段，即扫频频段不循环。在扫频状态下，按动ENTER键，则信号源回到扫频前的状态。（6）复位在通电后的任意情况下，按下RESET键，则信号源复位，恢复到输出10.7MHz正弦波信号的状态。4、频率计本实验箱提供的频率计是基于本实验箱实验的需要而设计的。它适用于频率范围为20Hz100MHz，峰峰值Vp-p=100mV5V的信号。开关Power4为频率计部分的电源开关，LEDf10为电源指示灯。信号从“频率输入”处的二号台阶插座或射频座输入。测试高频信号源输出的较高频率信号时，

16、需使用实验箱所配置的射频线进行连接。开关Sf1用于给不同频段的信号选择输入匹配通道。当输入信号频率低于10MHz时，Sf1向下拨；当输入信号的频率高于10MHz时，Sf1向上拨。数码管LEDf1LEDf8用于显示所测信号的频率。其中，前6个数码管显示有效数字，第8个数码管显示10的幂，单位为Hz。第7个数码管显示“”，用于间隔前6个数码管和第8个数码管（如显示10.70006，则频率为10.7MHZ）。若输入信号频率为10MHz以上，则测试精度为50ppm；若输入信号为10MHz以下，则测试精度为20ppm。若输入信号为1KHz以下，则可能有个位偏差。三、模块介绍基本模块：1、小信号放大器模块

17、：可完成高频小信号调谐放大器（单级单调谐、单级双调谐、两级单调谐、两级双调谐）、场效应管谐振放大器、集成选频放大器和三极管倍频器等部分的实验。2、高频功率放大器模块：可完成高频谐振功率放大器、集成高频功率放大器、宽带功率放大器和集电极调幅部分的实验。3、正弦波振荡器模块：可完成三点式LC振荡器及压控振荡器、石英晶体振荡器、RC振荡器、集成电路振荡器和变容二极管调频部分的实验。4、混频器模块可完成二极管环形混频器、三极管混频器、场效应管混频器和乘法器混频部分的实验。5、幅度调制与解调模块：可完成乘法器调幅（AM、DSB、SSB）、二极管峰值包络检波、同步检波和小信号检波部分的实验。6、角度调制模

18、块：可完成直接调频、间接调频（选做）、锁相环调频和集成调频电路部分的实验。7、角度解调模块：可完成锁相环鉴频、脉冲计数式鉴频、乘法器鉴频、相位鉴频器、斜率鉴频器和集成鉴频电路部分的实验。扩展模块：1、面包板模块：可与综合模块、选频网络模块、角度调制模块等相结合用于二次开发实验的调试和设计。2、频率合成模块：可完成直接数字式频率合成（DDS）、数字锁相环路法频率合成器（PLL）、自动增益控制（AGC）和自动频率控制（AFC）部分的实验。3、选频网络模块：可完成LC串并联谐振回路（选做）、LC低通滤波器、LC集中选择性滤波器（选做）、RC有源（低通、高通、带通、带阻）滤波器（选做）、石英晶体、器陶

19、、声表面波滤波器（选做）和T型网络、型网络（选做）部分的实验。4、数字调制与解调模块：可完成CPLD实验（数字基带信号的产生）、ASK调制与解调、FSK调制与解调和PSK/DPSK调制与解调电路部分的实验。5、综合模块：可完成波形变换（二极管限幅、三角波变正弦波、任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、脉冲波变锯齿波）、加法器和语音传输系统部分的实验。6、视频传输模块：可完成视频传输系统部分的实验。7、红外调频收发模块：可完成红外编解码系统、调频/调幅接收系统、调频发射系统和单双工通信系统部分的实验。其中，幅度调制与解调模块与综合模块联合可实现调幅语音通话实验；角度调制模块、角度解调模块、综

20、合模块联合可实现调频语音通话实验。另外还有5个软件仿真实验：（1）滤波器的设计及ADS仿真（2）高频小信号单调谐放大器的仿真（3）丙类功率放大器的仿真（4）LC振荡器的仿真（5）乘法器调幅的仿真说明：用户可对各模块进行组合，开发出新的实验，也可挂接自己开发的模块。做实验时应把具有相应实验内容的模块插在主板上。实验一 高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器一、实验目的1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。二、实验内容1、测量各放大器的电压增益；2、测量放大器的通频带与矩形系数（选做）；3、测试放大器的频率特性曲线（选做）。

21、三、实验仪器1、BT-3扫频仪（选做） 一台 2、20MHz示波器 一台3、数字式万用表 一块4、调试工具 一套四、实验基本原理1、单级单调谐放大器图11 单级单调谐放大器实验原理图实验原理图如图11所示，本实验的输入信号（10.7MHz）由正弦波振荡器模块的石英晶体振荡器或高频信号源提供。信号从TP5处输入，从TT2处输出。调节电位器W3可改变三极管Q2的静态工作点，调节可调电容CC2和中周T2可改变谐振回路的幅频特性。2、单级双调谐放大器图12 单级双调谐放大器实验原理图实验原理图如图12所示，单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。两个谐振回路通过电容C20（1nF）或C2

22、1（10 nF）耦合，若选择C20为耦合电容，则TP7接TP11；若选择C21为耦合电容，则TP7接TP12。3、双级单调谐放大器图13 双级单调谐放大器实验原理图实验原理图如图13所示，若TP5处输入信号的峰峰值为几百毫伏，经过第一级放大器后可达几伏，此信号幅度远远超过了第二级放大器的动态范围，从而使第二级放大器无法发挥放大的作用。同时由于输入信号不可避免地存在谐波成分，经过第一级谐振放大器后，由于谐振回路频率特性的非理想性，放大器也会对残留的谐波成分进行放大。所以在第一级与第二级放大器之间又加了一个陶瓷滤波器（FL3），一方面滤除放大的谐波成分，另一方面使第二级放大器输入信号的幅度满足要求

23、。实验时若采用外置专用函数信号发生器，调节第一级放大器输入信号的幅度，使第一级放大器输出信号的幅度满足第二级放大器的输入要求，则第一级与第二级放大器之间可不用再经过FL3。4、双级双调谐放大器图14 双级双调谐放大器实验原理图实验原理图如图14所示，第一级放大器两谐振回路的耦合电容（C20、C21）可选，第二级放大器两谐振回路的耦合电容不可选（固定为C26，1nF），两级放大器之间是否接FL3及相应原因与两级单调谐放大器相同。五、实验步骤1、计算选频回路的谐振频率范围若谐振回路的电感量L=1.8uH2.4uH，回路总电容C=105 pF125pF（分布电容包括在内），根据公式计算谐振回路谐振频

24、率的范围。2、单级单调谐放大器（1）连接实验电路在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板12V接模块12V。TP9接地，TP8接TP10。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。（2）静态工作点调节K5向左拨（即关闭电路电源），TP5接地，然后K5向右拨。用万用表测三极管Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。说明：本实验箱的所有实验，改接线的操作均要在断电的情况下进行，以后关于断电改接线的操作步骤不再重复说明。（3）测量放大器电压增益去掉TP5与地的连线，由正弦波振

25、荡器模块或高频信号源提供输入信号Vi。1）输入信号Vi由正弦波振荡器模块提供，参考实验九产生10.7MHz的正弦波信号Vi，操作步骤如下：在主板上正确插好正弦波振荡器模块，该模块开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨， K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。主板GND接该模块GND，主板12V接该模块12V，检查连线正确无误后，开关K1向右拨。若正确连接，则该模块上的电源指示灯LED1亮。用示波器在正弦波振荡器模块的TT1处测量，输出信号应为正弦波，频率为10.7MHz。调节该模块的W2可改变TT1处信号的幅度（注意W2不要调到两个最底端）。此信号即为本实验的输入信号Vi

26、，从TP5处引出。正弦波振荡器模块的TP5接小信号放大器模块的TP5，调节正弦波振荡器模块的W2使小信号放大器模块TP5处信号Vi的峰峰值Vip-p为400mV左右。用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据，填表11。2）输入信号Vi由高频信号源提供，参考高频信号源的使用方法，用高频信号源产生频率为10.7MHz，峰峰值约400mV的正弦信号，将此信号输入到小信号放大器模块的TP5。用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节小信号放大器模块的T2、CC2，适当调节该模块的W

27、3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据，填表11。表11Vip-p（V）Vop-p（V）电压放大倍数（4）测量放大器的通频带、矩形系数（选做）放大器通频带的测量方法有两种：扫频法和逐点法。扫频法即用BT-3扫频仪直接测试。使用BT-3扫频仪测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。注意：扫频仪的输出不要太大以免超过放大器的动态范围，检波头的方向不要接反。逐点法即用外置专用信号源做扫频源，用信号源输出幅度相同频率逐步变化的信号作为放大器的输入

28、，逐点记录相应输出信号的大小，然后描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1 处的带宽或0.01处的带宽。则矩形系数，其中为放大器的通频带。3、单级双调谐放大器（1）连接实验电路在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板12V接模块12V。TP6接TP13，TP7接TP11（选择C20为耦合电容），TP14接TP10。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。（2）静态工作点调节TP5接地，用万用表测Q

29、2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压约为5V。（3）测量放大器电压增益去掉TP5与地的连线，参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi（Vip-p约400mV）。将Vi输入到小信号放大器模块的TP5处。用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节该模块的T2、T3、CC2、CC3，并适当调节该模块的W3，使TT2处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据，填表12。表12Vip-p（V）Vop-p（V）电压放大倍数注意：不要用示波器探头直接在耦合电容（C20、C21）的两侧测量，因为示波器探头的输入电容会影响谐振回路的特性。4、双级单调谐放大器（1）连接实验电路在主板

30、上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板12V接模块12V。TP9接地，TP17接TP6，TP20接地，TP19接TP10。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K5向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。（2）静态工作点调节TP5接地，用万用表测Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压约为5V。TP16接地，用万用表测Q3发射极对地的直流电压，调节W4使此电压约为5V。（3）测量放大器电压增益去掉TP5与地及TP16与地的连线，TP8接TP15。参考实验步骤2（3），产生10.7MHz的输入信号Vi1（Vi1p-p约40

31、0mV）。将Vi1输入到小信号放大器模块的TP5处。用示波器在TP8处测量，调节T2、CC2，使TP8处信号Vo1的峰峰值Vo1p-p约为4V。用示波器在TT2处测量，调节T4、CC4，并适当调节该模块的W3、W4，使TT2处信号最大不失真，记录此时输出信号Vo2的峰峰值Vo2p-p。用示波器在TP16处测量第二级放大器输入信号Vi2的峰峰值Vi2p-p，记录各数据，填表13。表13Vi1p-p（V）Vi2p-p（V）Vo1 p-p（V）Vo2 p-p（V）两级放大器电压放大倍数5、双级双调谐放大器（1）连接实验电路在主板上正确插好小信号放大器模块， K1、K2、K3、K5向左拨，主板GND接模块GND，主板12V接模块12V。TP6接TP13，TP17接TP22，TP17接TP6，