高频电路仿真实验指导书docx.docx

1、高频电路仿真实验指导书docx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55IOUbe， 1口25101b，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

2、，电 路的静态工作点不会发生变化。Rl _ UB-UBEUb=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

3、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=RiR2，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=RiR2Ma+43。输出电阻仍近似等于集电极负三、实验内容（一）如图12所示，建立放大电路，进行静态分析。注意，电

4、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13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17和图18所示。图1-8截止失真（四）有无发射极电容Q的影响图1-

5、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

6、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21所示。序号元件名称及标号标称值1信号源Ui270mV/2MHz2负载RL10kQ3基极直流偏置电压VBB0.2V4集电极直流偏置电压VCC12V5谐

7、振回路电容C13pF6基极旁路电容CbO.luF7集电极旁路电容CcO.luF8高频变压器T1N=l;LE=le-05H;LM=0.0005H;RP=RS=09品体管Q12N2222(3DG6)表21各元件的名称及标称值（二）性能测试1、静态测试选择“Analysi” -* DC Operating Pointn ,设置分析类型为直流分析，可得放大器的 直流工作点如图22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23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

8、作状态1、 分别调整负载阻值为5kQ、100 kQ,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25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、

9、 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

10、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32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

11、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=p8o, 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

12、件。为了进一步说明起振的一些关系，可将式(3-6)变换为 =+(ge +久 + Pjgie)二占(ge +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(37)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0.10.5。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

13、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(33)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 0.5mA1mA。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(Se

14、iler)振荡器实验电路。图3-5西勒振荡器实验电路2、按图33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36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0.33 UF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0.033 u F时进行比较），并分析原因。5、 将C4恢复为0.033 pF,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

15、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41为参考图）。R3（2） 按图41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）

16、 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42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43二极管包络检波器仿真实验电路（2） 按图43设置以以及各元件的参数，其中调幅信号源的调

17、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44双边带调制及其同步检波的仿真实验电路（2）按图44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?