中北大学高频电子线路实验报告.docx

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中北大学高频电子线路实验报告

中北大学

高频电子线路实验报告

班级：

姓名：

学号：

时间：

实验一低电平振幅调制器（利用乘法器）

一、实验目的

1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并研究已调波与二输入信号的关系。

2.掌握测量调幅系数的方法。

3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

二、预习要求

1.预习幅度调制器有关知识。

2.认真阅读实验指导书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理，并分析计算各引出脚的直流电压。

3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点，并画出其频谱图。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器。

2.SP1461型高频信号发生器。

3.万用表。

4.TPE-GP4高频综合实验箱（实验区域：

乘法器调幅电路）

四、实验电路说明

图

幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。

变化的周期与调制信号周期相同。

即振幅变化与调制信

号的振幅成正比。

通常称高频信号为载波5-11496芯片内部电路图

信号，低频信号为调制信号，调幅器即为

产生调幅信号的装置。

本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器，图5-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1-V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。

进行调幅时，载波信号加在V1-V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接

1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。

用1496集成电路构成的调幅器电路图如图5-2所示，图中RP5002用来调节引出脚①、④之间的平衡，RP5001用来调节⑧、⑩脚之间的平衡，三极管V5001为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。

五、实验内容及步骤

实验电路见图5-2

图5-21496构成的调幅器

1.直流调制特性的测量

1）载波输入端平衡调节：

在调制信号输入端P5002加入峰值为100mv，频率为1KHz的正弦信号，调节Rp5001电位器使输出端信号最小，然后去掉输入信号。

2）在载波输入端P5001加峰值为10mv，频率为100KHz的正弦信号，用万用表测量A、B之间的电压VAB，用示波器观察OUT输出端的波形，以VAB=0.1V为步长，记录RP5002由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压，注意观察相位变化，根据公式VO=KVABVC（t）计算出系数K值。

并填入表5.1。

表5.1

VAB

0.48

0.38

0.28

0.18

0.08

-0.02

-0.12

-0.22

-0.32

VO（P-P）

35.2

24.2

13.6

12.8

23.6

33.2

26.8

30.7

50.5

K

0.012

0.013

0.011

0.012

0.009

0.016

0.011

0.012

0.014

2.实现全载波调幅

1）调节RP5002使VAB=0.1V，载波信号仍为VC（t）=10sin2π×10.7×106t（mV），将低频信号Vs（t）=VSsin2π×103t（mV）加至调制器输入端P5002，画出VS=30mV和100mV时的调幅波形（标明峰一峰值与谷一谷值）并测出其调制度m。

2）载波信号VC（t）不变，将调制信号改为VS（t）=100sin2π×103t（mV）调节RP5002观察输出波形VAM（t）的变化情况，记录m=30%和m=100%调幅波所对应的VAB值。

3）载波信号VC（t）不变，将调制信号改为方波，幅值为100mV，观察记录VAB=0V、0.1V、0.15V时的已调波。

3.实现抑制载波调幅

1）调RP5002使调制端平衡，并在载波信号输入端IN1加VC（t）=10Sin2π×105t（mV）信号，调制信号端IN2不加信号，观察并记录输出端波形。

2）载波输入端不变，调制信号输入端IN2加VS（t）=100sin2π×103t（mV）信号，观察记录波形，并标明峰一峰值电压。

3）加大示波器扫描速率，观察记录已调波在零点附近波形，比较它与m=100%调幅波的区别。

4）所加载波信号和调制信号均不变，微调RP5001为某一个值，观察记录输出波形。

5）在（4）的条件下，去掉载波信号，观察并记录输出波形，并与调制信号比较。

六、实验报告要求

1.整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。

直流调制特性曲线

2.画出调幅实验中m=30%、m=100%、m＞100%的调幅波形，在图上标明峰一峰值电压。

m=30%调幅波型

m=100%调幅波型

m>100%调幅波型

3.画出当改变VAB时能得到几种调幅波形，分析其原因。

可得出普通AM波，DSBAM波，当VAB=0时，输入调制信号为交流正弦波，输出将得到DSBAM波，若VAB不等于0，有直流泄露进输入，输出结果为AM波。

AM调幅波型

DSB调幅波型

实验二调幅波信号的解调

一、实验目的

1.进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法。

2.了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真。

二、预习要求

1.复习课本中有关调幅和解调原理。

2.分析二极管包络检波产生波形失真的主要因素。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器

2.SP1461型高频信号发生器

3.万用表

4.TPE-GP4高频综合实验箱（实验区域：

二极管包络检波器、同步检波器）

四、实验电路说明

调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。

调幅波解调方法有二极管包络检波器和同步检波器。

1.二极管包络检波器

适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程，它具有电路简单，易于实现，本实验如图1所示，主要由二极管D5006及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。

所以RC时间常数选择很重要，RC时间常数过大,则会产生对角切割失真。

RC时间常数太小，高频分量会滤不干净。

图1二极管包络检波器

综合考虑要求满足下式:

其中:

m为调幅系数，fO为载波频率，Ω为调制信号角频率。

图中，D5006是检波二极管，R5037、C5025、C5026滤掉残余的高频分量，R5038、和RP5004是可调检波直流负载，C5028、R5039、RP5005是可调检波交流负载，改变RP5004和RP5005可观察负载对检波效率和波形的影响。

2.同步检波器

图21496构成的解调器

利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号。

本实验如图2所示，采用1496集成电路构成解调器，载波信号VC经过电容C5010加在⑧、⑩脚之间，调幅信号VAM经电容C5011加在①、④脚之间，相乘后信号由（12）脚输出，经C5013、C5014、R5020组成的低通滤波器，在解调输出端，提取调制信号。

五、实验内容及步骤

注意:

做此实验之前需恢复实验六的实验内容及步骤中2、3的内容。

（一）二极管包络检波器

实验电路见图1

1.解调全载波调幅信号

（1）.m＜30%的调幅波的检波

载波信号仍为VC（t）=10sin2π×105（t）（mV）调节调制信号幅度，按调幅实验中实验内容2

（1）的条件获得调制度m＜30%的调幅波，并将它加至图1信号输入端，（需事先接入－12V电源），由OUT1处观察放大后的调幅波（确定放大器工作正常），在OUT2观察解调输出信号，调节RP5004改变直流负载，观测二极管直流负载改变对检波幅度和波形的影响，记录此时的波形。

（2）.适当加大调制信号幅度，重复上述方法，观察记录检波输出波形。

（3）.接入C5027，重复

（1）、

（2）方法，观察记录检波输出波形。

（4）.去掉C4，RP1逆时针旋至最大，短接JP5004，在P5016处观察解调输出信号，调节RP5005改变交流负载，观测二极管交流负载对检波幅度和波形的影响，记录检波输出波形。

2.解调抑制载波的双边带调幅信号。

载波信号不变，将调制信号VS的峰值电压调至80mV，调节RP1使调制器输出为抑制载波的双边带调幅信号，然后加至二极管包络检波器输入端，断开a、b两点，观察记录检波输出OUT2端波形，并与调制信号相比较。

（二）集成电路（乘法器）构成解调器

实验电路见图6-2

1.解调全载波信号

（1）.将图6-2中的C4另一端接地，C5另一端接A，按调幅实验中实验内容2

（1）的条件获得调制度分别为30%，100%及＞100%的调幅波。

将它们依次加至解调器VAM的输入端，并在解调器的载波输入端加上与调幅信号相同的载波信号，分别记录解调输出波形，并与调制信号相比。

（2）.去掉C4，C5观察记录m=30%的调幅波输入时的解调器输出波形，并与调制信号相比较。

然后使电路复原。

2.解调抑制载波的双边带调幅信号

（1）.按调幅实验中实验内容3

（2）的条件获得抑制载波调幅波，并加至图6-2的VAM输入端，其它连线均不变，观察记录解调输出波形，并与调制信号相比较。

（2）.去掉滤波电容C4，C5观察记录输出波形。

六、实验报告要求

1.通过一系列两种检波器实验，将下列内容整理在表内，并说明二种检波结果的异同原因。

负峰切割失真

惰性失真

输入的调幅波波形

m＜30%

m=100%

抑制载波调幅波

二极管包络检波器输出

同步检波输出

2.画出二极管包络检波器并联C4前后的检波输出波形，并进行比较，分析原因。

3.在同一张坐标纸上画出同步检波解调全载波及抑制载波时去掉低通滤波器中电容C4、C5前后各是什么波形，并分析二者为什么有区别。

实验三变容二极管调频振荡器

一、实验目的

1.了解变容二极管调频器电路原理及构成。

2.了解调频器调制特性及测量方法。

3.观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法。

二、预习要求

1.复习变容二极管的非线性特性，及变容二极管调频振荡器调制特性。

2.复习角度调制的原理和变容二极管调频电路有关资料。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器

2.频率计

3.万用表

4.TPE-GP4高频综合实验箱（实验区域：

变容管调频器）

图一变容管调频器实验电路

四、实验原理及电路简介：

1.变容管调频原理：

变容管相当于一只压控电容，其结电容随所加的反向偏压而变化。

当变容管两端同时加有直流反向偏压和调制信号时，其结电容将在直流偏压所设定的电容基础上随调制信号的变化而变化，由于变容管的结电容是回路电容的一部分，所以振荡器的振荡频率必然随着调制信号而变化，从而实现了调频。

变容二极管结电容Cj与外加偏压的关系为：

式中：

C0为变容管零偏时的结电容，VD为PN结的势垒电位差，γ为电容变化指数。

设加在变容管两端电压u=VQ+UΩsinΩt，代入上式经简化后得

Cj=Cj0（1+mcsinΩt）–γ

式中：

表示u=VQ时的电容量，即无调制时的电容量。

2.实验电路简介：

图一是本实验电路的原理图。

图中，V4001、C4012、C4008、C4006、C4007、D4001以及电感L4002构成了调频器的主振级，电路采用了西勒电容三点式振荡形式。

其交流等效电路如图二所示。

由图可见，变容二极管的结电容以部分接入的形式纳入在回路中。

图二主振级交流等效电路图三变容二极管直流偏置电路

回路总电容为：

C为C4007、C4008、C4011的串联等效电容（式中缩写为C7、C8、C11等）

回路振荡频率：

当回路电容有微量变化是，振荡频率的变化由下式决定：

无调制时

有调制时回路电容为CΣ’，

变容二极管结电容接入系数为：

变容二极管的直流偏置电路，如图三所示。

本实验电路中还设置了跳线端子J4002，当其2-3端被短路环短接时，该电路的振荡频率大约为6.45MHz，该信号可用于二次变频的实验中。

该电路的调整不在此处叙述。

五、实验内容及步骤：

接通TPE-GP4高频综合实验箱的总电源，然后按下本次实验单元电路的电源开关按钮，发光二极管发光，表示电源已接通。

1.电路调整：

1）将示波器探头接在电路输出端（M4002）以观察波形，在M4003处接频率计。

2）输入端不接音频信号，J4002保持开路状态，调整电位器RP4001，使Ed=4V。

调整调整电位器RP4003，使输出波形幅值最大。

调整电位器RP4002使输出幅度大约为1.5VP-P，频率f=10.7MHz，若频率偏离较远，可微调可变电容（此后不要再调整）。

2.静态调制特性测量：

输入端不接音频信号，J4002保持开路状态，重新调节电位器RP1，使Ed在0.5～8.5V范围内变化，将对应的频率填入表中。

将J4002的1-2端短接，使C4005（150pf）接入回路中，重复上述步骤。

Ed（V）

0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

8.5

f0

（MHz）

J4002

开路

10.26

10.34

10.54

10.71

10.81

10.89

10.96

11.04

11.09

11.13

J4002

1-2短路

6.42

6.45

6.49

6.52

6.55

6.57

6.58

6.60

6.61

6.61

1.动态测试（需利用相位鉴频器作辅助测试）：

重要提示：

为进行动态测试，必须首先完成鉴频器的实验内容，并利用其实验结果，即相应的S曲线。

J4002保持开路状态，调RP1使Ed=4V时，调RP2使=10.7MHz,自IN端口输入频率f=1KHz、VP-P=0.5V的音频信号Vm，输出端接至相位鉴频器的输入端，用示波器观察解调输出正弦波的波形，并记录输出幅值，将其与测量得出的S曲线相比较，计算出的对应的中心频率与上下频偏。

将音频信号VP-P分别改为0.8V、1V,重复以上步骤。

将实验所得数据填入表格（表格自拟），记下调制电压幅度与调制波上下频偏的关系，核算中心频率附近动态调制灵敏度即曲线斜率S。

将动态调制灵敏度与静态调试特性相比较。

六、实验报告要求

1.整理实验数据。

2.在同一坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素的影响。

3.在坐标纸上画出动态调制特性曲线，说明输出波形畸变原因。

实验四相位鉴频器

一、实验目的

相位鉴频器是模拟调频信号解调的一种最基本的解调电路，它具有鉴频灵敏度高，解调线性好等优点。

通过本实验：

1.熟悉相位鉴频电路的基本工作原理。

2.了解鉴频特性曲线（S曲线）的正确调整方法。

3.将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验进行联合试验，进一步了解调频和解调全过程及整机调试方法。

二、预习要求

1.认真阅读实验内容，预习有关相位鉴频的工作原理，以及典型电路和实用电路。

2.分析初级回路、次级回路和耦合回路有关参数对鉴频器工作特性（S曲线）的影响。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器

2.扫频仪

3.万用表

4.TPE-GP4高频综合实验箱（实验区域：

相位鉴频器部分）

图1电容耦合双调谐相位鉴频器原理图

图2相位鉴频器简化原理图

四、实验原理及电路简介：

1.电容耦合双调谐相位鉴频器原理：

图一是本实验电路的原理图。

图二是相位鉴频器简化图，图中对相关元件的编号进行了缩写，如L4005、CT4001分别写为L5、CT1，其余相同，以便于叙述。

1）晶体管V4004、V4005与C4025、L4005、CT4001等元件组成限幅放大器，以提高相位鉴频器输入电压和抑制寄生调幅对解调输出的影响。

2）参见图二，V1是限幅放大器的输出电压，极性如图所示。

L5、CT1，L7、CT2通过CT3组成电容耦合双调谐电路，L5、CT1等为初级回路，L7、CT2等为次级回路。

由于C7>>CT3，所以C7主要起隔直流的作用，它使放大器输出电压V1加到线圈L7的中间抽头与地之间和电阻R24的两端。

V1通过CT3产生流过次级的电流I，它在L7两端感应出电压V2。

于是加到二极管两端的高频电压由两部分组成，即R24上的电压和L7感应的一半电压的矢量和，为

而它们检波输出的电压VO1和VO2分别与

、

成正比，即

鉴频器的输出电压为VO=VO1-VO2

3）由于CT3的容量很小，其容抗远大于L7、CT2回路的并联谐振电阻，

V

.

2

I

0

.

V

1

.

（a）

V

1

.

V

1

.

V

1

.

V

2

.

2

V

2

.

2

V

2

.

2

V

2

.

2

V

2

.

2

V

2

.

2

（b）ω=ω0

（c）ω＞ω0

（d）ω＜ω0

故I可看作一个不随谐振电路阻抗变化的电流源，即

图3

其相位超前于

相位900，如图3所示，而L7两端感应的电压

的相位视谐振电路的情况有如下几种状态:

当ω=ω0时，回路谐振，

超前

相位900；

VO1=VO2VO=0

当ω>ω0时，回路并联阻抗呈容性，

滞后于

某个角度；

VO1>VO2VO>0

当ω<ω0时，回路并联阻抗呈感性，

超前

某个角度；

VO1

上述关系用曲线表示，则成S型，S曲线表示了鉴频特性。

2.实验电路简介：

本电路中，两个谐振回路的谐振电容和两回路间的耦合电容分别由两组电容构成，一组设置在电路板的正面，另一组则设置在电路板的背面。

正面一组电容（CT4001、CT4002和CT4003）提供给实验者调整电路使用，而背面的一组（CT4001’、CT4002’和CT4003’）提供给实验者参考。

两组电容的切换由三个跳线端子J4003、J4004和J4005作适当连接完成。

五、

Vn

V0

f（MHz）

Vm

fmax

fmin

图8-2鉴频特性

实验内容及步骤

实验电路见图8-1

1.用扫频仪调整鉴频器的鉴频特性。

用短路环使跳线端子J4003、J4004和J4005的各自的1-2端短接，以使正面一组电容（CT4001、CT4002和CT4003）接入电路。

将扫频仪输出探头接至M4004，其输出信号不宜过大，一般用30db衰减器。

Y输入使用开路探头（双夹子电缆线），接至M4005观察鉴频特性曲线。

适当调整CT4001，以使S型曲线上下对称；调整CT4002使曲线中心为6.5MHz；调CT4003可使中心点附近线性度最佳。

调好后，记录上、下二峰点频率和二峰点高度格数,即fmax、fmin、Vm、Vn。

2.用高频信号发生器逐点测出鉴频特性

用短路环使跳线端子J4003、J4004和J4005的各自的2-3端短接，以使背面一组电容（CT4001’、CT4002’和CT4003’）接入电路。

输入信号改接高频信号发生器，输入电压约为50mv，用万用表测鉴频器的输出电压，在9.7MHz～11.7MHz范围内，以每格0.1MHz条件下测得相应的输出电压。

并填入表格（表格形式自拟）。

背面电容

f0/MHz

9.7

9.8

9.9

10.0

10.1

10.2

10.3

10.4

10.5

10.6

V0/v

-0.34

-0.43

-0.55

-0.71

-0.93

-1.18

-1.33

-1.13

-0.62

0.02

f0/MHz

10.7

10.8

10.9

11.0

11.1

11.2

11.3

11.4

11.5

11.6

V0/v

0.65

1.22

1.62

1.81

1.75

1.50

1.20

0.95

0.75

0.62

找出S曲线零点频率f0、正负两极点频率fmax、fmin及其VM、VN。

鉴频曲线的灵敏度可用以下公式计算

。

再将正面一组电容（CT4001、CT4002和CT4003）接入电路，重复以上步骤。

正面电容

f0/MHz

9.7

9.8

9.9

10.0

10.1

10.2

10.3

10.4

10.5

10.6

V0/v

-0.31

-0.28

-0.25

-0.22

-0.20

-0.18

-0.15

-0.11

-0.05

0.03

f0/MHz

10.7

10.8

10.9

11.0

11.1

11.2

11.3

11.4

11.5

11.6

V0/v

0.13

0.23

0.29

0.29

0.25

0.21

0.18

0.15

0.13

0.11

根据以上数据，在坐标纸上逐点描绘出两条频率——电压S曲线，并与扫频仪观察结果相比较。

3.观察回路电容CT4001、CT4002和耦合电容CT4003对S曲线的影响。

1）调整电容CT4002对鉴频特性的影响。

记下CT4002>CT4002-0或CT4002

注:

CT4002-0表示回路谐振时的电容量。

2）调CT4001重复

（1）的实验

3）调CT4003至较小的位置，微调CT4001、CT4002得S曲线，记下曲线中点及上下两峰的频率（f0、fmin、fmax）和二点高度格数Vm、Vn，再调CT4003到最大，重新调S曲线为最佳，记录：

f0′、fmin、fmax和V′m、V′n的值。

定义：

峰点带宽BW=fmax-fmin

曲线斜率S=（Vm-Vn）/BW

比较CT4003最大、最小时的BW和S。

4.将调频电路与鉴频电路连接。

将调频电路的中心频率调为10.7MHz，鉴频器中心频率也调谐在10.7MHz，调频输出信号送入鉴频器输入端，将f=1KHz,Vm=400mV的音频调制信号加至调频电路输入端进行调频。

用双踪示波器同时观测调制信号和解调信号，比较二者的异同，如输出波形不理想可调鉴频器CT1、CT2、CT3。

将音频信号加大至Vm=800mV，1000mV……观察波形变化，分析原因。

六、实验报告要求

1.整理实验数据，画出鉴频特性曲线。

2.分析回路参数对鉴频特性的影响。

3.分析在调频电路和鉴频电路联机实验中遇到的问题及解决办法，画出调频输入和鉴频输出的波形，指出其特点。

由下图可以看出鉴频输出信号比原信号有幅度损耗和微小的相移

调频输入和鉴频输出的波形图