高频电子线路课程设计实验讲义V5模板Word格式.docx

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三、实验教学基本要求

1、学会使用高频电路测试中的常用仪器和仪表。

如扫频仪、示波器、信号发生器、高频毫伏表、数字频率计数器、直流稳压电源以及万用表。

2、本课程分为基础实验和综合设计性实验，实验前应根据设计要求完成电路的设计，拟定实验方案，提交元器件清单，经指导教师审阅，认为合格后，方可进行电路的安装测试。

3、通过实验使学生掌握高频功能电路和系统电路的设计方法和调整、测试技术。

4、实验中引导学生不要满足于一个具体电路的分析，而要善于思考实验中出现的问题，找到解决问题的方法，进一步提高实际动手能力。

5、准确记录和处理实验数据，能够利用所学理论知识分析实验结果，解决实验中出现的问题，实验结束后撰写符合要求的实验报告。

四、课程设计项目介绍

1、基本情况

序

号

实验项目名称

实验学时

内容提要

实验类型

实验要求

备注

1

调幅发射系统的设计

设计并制作一个调幅发射系统，掌握系统电路的综合设计方法和制作过程，并进行电路调试和各项技术指标的测试。

设计

选做

2

调幅接收系统的设计

设计并制作一个调幅接收系统，掌握系统电路的综合设计方法和制作过程，并进行电路调试和各项技术指标的测试。

3

调频发射系统的设计

设计并制作一个调频发射系统，掌握系统电路的综合设计方法和制作过程，并进行电路调试和各项技术指标的测试。

4

调频接收系统的设计

设计并制作一个调频接收系统，掌握系统电路的综合设计方法和制作过程，并进行电路调试和各项技术指标的测试。

2、开课情况

高频课程设计采用分级选题，分级情况如下：

调幅发射机的设计与实现（A选题，优秀起评）、调幅接收机的设计与实现（C选题，中等起评）、调频发射机的设计与实现（A选题，优秀起评）、调频接收机的设计与实现（B选题，良好起评）。

高频课程设计评分标准

一、设计报告（20分）

等级Ⅰ：

字迹工整，有完整的方案设计、理论分析与计算，并使用EDA软件论证设计的合理性。

（15-20分）

等级Ⅱ：

字迹工整，有完整的方案设计、理论分析与计算。

（10-15分）

等级Ⅲ：

字迹工整，方案设计、理论分析与计算不完整。

（5-10分）

等级Ⅳ：

字迹潦草，抄袭他人报告。

（0-5分）

二、实验报告（20分）

字迹工整，有完整的实验数据记录、实验数据分析及实验问题思考。

字迹工整，实验数据记录、实验数据分析及实验问题思考不完整。

字迹潦草，实验数据不真实，抄袭他人报告。

（0-10分）

三、实验操作（60分）

1、A选题（满分60分）

（1）调幅发射系统的设计

载波频率：

6MHz，频率稳定度

，输出波形无明显失真。

（满分15分）

振幅调制电路，输出调幅指数为30%的调幅波。

功率放大器：

发射功率PO≥30mW（在50欧负载上测量），整机效率

。

（满分20分）

其它。

（满分10分）

（2）调频发射系统的设计

6MHz，频率稳定度：

功率放大器，发射功率PO≥30mW（在50欧负载上测量），效率

（满分30分）

在50欧假负载电阻上测量，输出无失真调频信号。

2、B选题—调频接收系统的设计（满分50分）

接收机中心频率：

6MHz，通频带≤1MHz。

相位鉴频器，解调输出无明显失真。

接收机灵敏度：

≥20mVP-P。

（满分5分）

3、C选题—调幅接收系统的设计（满分45分）

包络检波器，解调输出无明显失真。

≥30mVP-P。

课程设计

（一）调幅发射系统的设计

一、实验目的

1、了解一个典型调幅发射机的构成和工作原理；

2、掌握幅度调制、功率放大器的原理及设计与调试；

3、掌握调幅发射机技术指标的定义及测试方法；

4、掌握系统设计和调试技能，培养综合工程能力。

二、实验原理与电路

1、调幅发射系统总体设计

图1-1为调幅发射系统的基本组成框图，表示的是直接调幅发射机。

本实验项目主要研究直接调幅发射系统，电路总体原理图如附录1所示，总体PCB图如附录2所示。

图1-1直接调幅发射系统组成框图

调幅发射机是利用振幅调制器将音频信号加入到主振器产生的高频载波信号中，去控制高频载波的幅度，再经过高频功放将已调信号进行功率放大，最后由天线辐射到空间进行传播。

2、单元电路设计

2.1主振器及缓冲器电路设计

主振器有多种电路实现形式，如LC三点式正弦波振荡器、石英晶体振荡器等，由于系统要求有较高的频率稳定度，因此选用石英晶体振荡器来实现，缓冲器采用射极跟随器，避免负载对主振器特性的影响。

主振器及缓冲器电路如图1-2所示。

图1-2主振器及缓冲器电路

图1-2中，Q1为振荡级，电路形式为共集极组态考毕兹型石英振荡电路，Q2为缓冲级，缓冲器的负载为50欧电阻。

振荡级中，Q1的静态工作点由电阻R3、R7、R10决定。

振荡器的静态工作电流

通常选在0.5～4mA。

越大，可使输出电压幅度增加，但波形失真会增大；

偏小，会使振荡器停振。

C6、C10、C13、C14为晶体的负载电容，为使晶体能够起振，负载电容范围一般在10～30pF。

缓冲级中，Q2的静态工作点由电阻R7、R8、R11决定。

缓冲器静态的设计需要考虑输出电压的大小。

2.2振幅调制电路设计

振幅调制有多种电路实现形式，如二极管平衡调幅、二极管环形调幅、模拟乘法器调幅、集电极调幅、基极调幅等，本系统选用模拟乘法器来实现振幅调制，模拟乘法器芯片选用MC1496。

振幅调制电路如图1-3所示。

图1-3振幅调制电路

图1-3中，P6为载波输入接口，P2为音频信号输入接口。

模拟乘法器的输出采用变压器T1将双端信号转变为单端输出，可提高调幅信号的平衡性。

C8、C9、T1初级调谐于载波中心频率。

为使模拟乘法器的非线性失真较小，要求载波信号≤600mVP-P，音频信号≤1VP-P。

2.3高频功放电路设计

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；

宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲类（导通角=360度）、乙类（导通角=180度）、甲乙类（导通角=180度～360度）、丙类（导通角小于180度）。

本系统选用甲类功率放大器作为末级高频功放，其电路如图1-4所示。

图1-4高频功放电路设计

图1-4中，Q3为高频功放的功率管，其静态由R19、R20、R24决定，静态设置需综合考虑负载要求输出的功率大小。

L2、L3、C25、C26为匹配网络，其作用是实现滤波和阻抗匹配。

L6为扼流电感，C21、C22在实际使用可不焊接。

三、实验内容及要求

1、设计技术指标要求：

（1）载波频率：

（2）功率放大器：

发射功率PO≥30mW（在50欧负载上测量）。

（3）系统整机效率

（4）在50欧假负载电阻上测量，输出无失真调幅信号。

2、根据实验技术指标要求，设计主振器及缓冲器电路、幅度调制电路和高频功放电路参数，并采用电路仿真软件（推荐Multisim12.0）仿真、优化电路参数，验证设计，撰写设计报告。

3、焊接调试电路，并测试电路各项技术指标。

4、根据调试过程和测试数据，撰写实验报告。

四、实验步骤

1、焊接及调试晶体振荡电路，用示波器测量输出波形，记录输出电压大小，用频率计测量输出频率稳定度。

测量频率稳定度表格如表1-1所示，每间隔1分钟测量一次。

表1-1晶体振荡器频率稳定度测量表格（单位：

MHz）

测量值

平均值

2、焊接缓冲器电路，注意一定要焊接R9，R9是缓冲器负载电阻，用示波器测量输出波形，记录输出电压大小，缓冲器输出≤600mVP-P。

3、焊接振幅调制电路，先调试静态，在静态工作点正确的基础上，加入射频和音频信号进行动态测试。

（1）调节滑动变阻器RP1，使1、4引脚电位差为0V，然后用万用表测量MC1496各管脚直流电位，MC1496各引脚静态电压如表1-2所示。

表1-2MC1496各引脚静态电压（单位：

（2）用高频信号源加入音频信号，音频信号频率为1kHz，电压峰峰值为1V，调节滑动变阻器RP1，使输出调幅波调幅指数为30%，记录波形。

4、焊接调试高频功放，并测量高频功放在50欧假负载上的输出功率。

（备注：

可用高频信号源加入射频信号，改变信号源的输出频率，来检验高频功放的匹配网络设计。

）

5、测量系统的整机效率。

6、系统联调。

高频功放输出连接天线，断开50欧假负载，从耳机接口输入音乐信号，从高频接收平台收听音乐信号。

五、实验仪器

高频信号产生器QF-1-561台

双踪示波器DOS-645B1台

频率特性测试仪BT-31台

直流稳压电源WYK-302B1台

频率计NFC-1000C-11台

万用表（自备）1块

六、思考题

1、调幅发射系统高频功放电路可以选用丙类功率放大器电路吗，为什么？

2、调幅发射系统中，调幅指数如何选取？

3、如何提高系统的整机效率？

课程设计

（二）调幅接收系统的设计

1、了解一个典型调幅接收机的构成和工作原理；

2、掌握小信号调谐放大器、包络检波器的原理及设计与调试；

3、掌握调幅接收机技术指标的定义及测试方法；

1、调幅接收系统总体设计

图2-1为调幅接收系统的基本组成框图，表示的是直接调幅接收机。

本实验项目主要研究直接调幅接收系统，电路总体原理图如附录3所示，总体PCB图如附录4所示。

图2-1直接调幅接收系统组成框图

天线接收到的射频信号经过小信号调谐放大器选频放大，滤除带外信号，然后经过包络检波器解调出音频信号，再经过音频功放放大驱动低阻抗喇叭，将音频播放出来。

2.1小信号调谐放大器电路设计

小信号谐振放大器是高频电子线路中的基本单元电路，是通信机收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大，常见电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器。

单调谐放大器是采用谐振回路为负载的放大器，称为谐振放大器，它不仅具有放大的作用，还同时具有滤波的和选频的作用，是小信号放大器的最常用形式。

双调谐放大器具有通频带较窄、选择性较好的优点。

双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路，其原理基本相同。

本系统采用单调谐放大器，其电路图如图2-2所示。

图2-2小信号调谐放大器电路

图2-2所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。

晶体管的静态工作点由电阻R9、R5、R6及R7决定静态电流

静态工作电流

通常选在1～4mA。

越大，增益越大。

C5、C6和变压器T1初级调谐于调幅波的中心频率，变压器T1采用NXO-100的磁环绕制，初级和次级匝数影响调谐回路的Q值和增益。

2.2包络检波器电路设计

调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高频已调信号中取出调制信号，通常将这种解调称为检波。

根据输入的调幅信号的不同特点，检波电路可分为两大类，包络检波和同步检波。

包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式。

根据调幅波的波形特点，它适用于普通调幅波的解调。

同步检波主要是用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。

本系统需要解调普通调幅波信号，因此选用包络检波，其电路如图2-3所示，电路形式为减小交直流负载差别的检波电路。

图2-3包络检波器电路

图2-3中，D1为检波二极管2AP9，电路中直流负载电阻

交流负载电阻

从上式可以看出R1越大，交、直流电阻差别就越小，负峰切割失真就不易产生。

但是R1与R3的分压作用，使输出电压减小，因此兼顾二者，R1=（0.1～0.2）R3。

为了提高检波器的高频率检波能力，在电路中的R3上并接了电容C9=C8。

为了避免对输出低频信号产生分压，C4可取10μF。

2.3音频功放电路设计

音频功放的主要作用是将输入的较微弱音频信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类功放（又称D类）。

按功放输出级结构，可以分为单端放大器和推挽放大器。

本系统音频功放电路选用集成音频功放芯片LM386。

LM386是集成OTL型功放电路的常见类型，与通用型集成运放的特性相似，是一个三级放大电路：

第一级为差分放大电路；

第二级为共射放大电路；

第三级为准互补输出级功放电路。

其电路图如图2-4所示。

图2-4音频功放电路

在LM386引脚中，引脚1和8是增益设定端，内部有1个1.35kΩ的负反馈电阻。

当引脚1、8开路时，负反馈最大，电压放大倍数最小，此时Aumax=20；

当引脚1、8之间接入10μF电容，内部负反馈电阻被交流短路，电压放大倍数最大，为Aumax=200；

若将R与C串联后接在引脚1、8之间，电阻R取值不同可使Au在20～200之间调节，R值越大电压放大倍数越高。

引脚7（BYPASS）外接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。

图2-4中，RP1是音量调节滑动变阻器，R2、C10为输入级的低通滤波器，可抑制高频噪声；

C7是耦合电容，它的作用是隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈，它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。

（1）接收机中心频率：

6MHz；

（2）接收机灵敏度：

≥30mVP-P；

（ma=30%，音频信号输出UOP-P≥0.5V）

（3）接收机通频带≤1MHz；

（4）包络检波器解调输出无明显失真；

（5）接收音频信号无明显失真（音频功放后测量）。

2、根据实验技术指标要求，设计小信号调谐放大器、包络检波器电路参数，并采用电路仿真软件（推荐Multisim12.0）仿真、优化电路参数，验证设计，撰写设计报告。

1、焊接小信号调谐放大器及包络检波器电路（RP1为包络检波器负载，需要焊接），用高频信号源输出调幅指数为30%，射频信号频率为6MHz，电压峰峰值为100mVP-P，调制信号频率为1kHz，用示波器测量包络检波器解调输出的音频信号，此时，调节可调电容C6，使输出音频信号最大。

2、改变信号源输出射频信号频率，测量在5～7MHz范围内，输出音频信号的幅度，检测小信号调谐放大器是否调谐在6MHz。

如果未能调谐在6MHz，需要根据测量数据改变固定电容C5的大小。

3、经过步骤1和2之后，调幅接收机的中心频率为6MHz。

此时，改变信号源输出射频信号频率，测量在5～7MHz范围内，输出音频信号的幅度，测量接收机的通频带。

测量接收机通频带表格如表2-1所示。

表2-1接收机通频带测量表格

/MHz

解调输出音频信号电压/VP-P

4、焊接音频功放电路，测量音频功放在300Hz～3.4kHz范围内的幅频特性，测量表格如表2-2所示。

表2-2音频功放幅频特性测量表格

/kHz

输出音频信号电压/VP-P

5、测量接收机灵敏度。

灵敏度定义：

在接收机输出端得到额定信号功率和额定信噪比的条件下，接收机天线上所需要的最小的感应电动势。

所需要的感应电动势越小，则灵敏度越高，说明接收信号的能力越强。

电子设备接收机的灵敏度一般都在微伏数量级。

灵敏度测量方案如下：

图2-5接收机灵敏度测量方案图

（1）设置信号源输出信号（工作频率、调制参数、输出电平值等）；

（2）保持射频、中频增益最大，调节被检设备的音量直至音频信号输出的电平为规定的电平值US。

（3）关闭调制信号，从音频毫伏表中读取噪声电平值UN。

当US、UN的单位均为dBm时，US与UN之差即为输出信噪比。

（4）调节信号源输出电平，重复

（2）、（3），直至输出信噪比等于设备的技术要求规定值时为止，此时被检设备输入端电平值即为被检设备在该工作频率上的灵敏度值。

考虑到实验条件限制，本实验约定调幅接收机灵敏度测量方案如下：

（1）设置信号源输出信号（工作频率=6MHz、ma=30%、输出电压50mVP-P）；

（2）保持射频、中频增益最大，用示波器测量接收机输出音频信号大小，调节信号源输出信号幅度，当接收机输出音频信号幅度为UOP-P=0.5V，此时射频信号源输出的射频信号大小即为接收机灵敏度。

小信号调谐放大器前端连接天线，从耳机接口连接耳机，收听从高频发射平台发送的音乐信号。

1、调幅接收系统能接收调频信号吗，为什么？

2、如何提高接收机的灵敏度？

3、如何改进接收机结构，可实现变频接收？

课程设计（三）调频发射系统的设计

1、了解一个典型调频发射机的构成和工作原理；

2、掌握频率调制、功率放大器的原理及设计与调试；

3、掌握调频发射机技术指标的定义及测试方法；

1、调频发射系统总体设计

图3-1为调幅发射系统的基本组成框图，表示的是直接调频发射机。

本实验项目主要研究直接调频发射系统，电路总体原理图如附录5所示，总体PCB图如附录6所示。

图3-1直接调频发射系统组成框图

调频发射机是利用音频信号去控制高频载波的振荡频率，使其不失真地反映调制信号变化规律，然后再经过高频功放将已调信号进行功率放大，最后由天线辐射到空间进行传播。

2.1频率调制电路设计

实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。

直接调频是利用调制信号直接控制载波振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号变化规律。

一般来说，要用调制信号去控制载波振荡器的瞬时频率，也就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的可变电抗元件的电抗值，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，这样就能够实现直接调频。

ω2

可变电抗元件可以采用变容二极管或电抗管电路。

目前，最常用的是变容二极管。

间接调频是先将调制信号积分,然后通过调相的方法实现调频。

本系统采用直接调频方式，通过音频信号去改变变容二极管的结电容来实现调频，载波的产生选用压控振荡器VCO芯片MC1496，其电路如图3-2所示。

图3-2频率调制电路

图3-2中，VCO芯片MC1496引脚10、12的直流电位为1.4V左右，通过调节滑动变阻器RP2改变变容二极管D1和D2的反偏电压，进而改变变容二极管的结电容，可调节调频信号的中心频率，L4、C18及D1、D2结电容和MC1648的输入电容共同决定载波中心频率。

C22为高频信号旁路电容，避免高频信号干扰音频信号。

C16为音频信号耦合电容。

2.2低通滤波器电路设计

压控振荡器输出的高频信号含有谐波分量，为了降低调频发射机的谐波失真，在VCO的输出级连接一个低通滤波器，用来滤除谐波分量，滤波器的截止频率根据调频发射机的载波频率确定。

其电路如图3-3所示。

图3-3频率调制电路

为了提高调频发射机的效率，高频功放选用丙类高频功率放大器，其电路形式如图3-4所示。

图3-4高频功放电路设计

图3-4中，Q1为推动级，Q2为输出级。

L7、C26、C27为级间匹配电路，L2、L3、C19、C20为负载和输出级匹配电路。

Q1的静态由R4、R5、R6、R8决定。

L1、L9为晶体管Q1、Q2的集电极扼流电感，C6、C7、C13、C14可不焊接。

在小功率功放电路中，级间匹配可不要，电容C26、C27、L7可不焊接，推动级输出信号通过C21直接耦合至输出级。

负载和输出级匹配电路的设计需根据输出级输入信号和负载需要获取的功率来整体设计。

发射功率PO≥30mW（在50欧负载上测量），效