高频电子线路实验指导书 深圳大学 罗雪晖 郑贤木编Word格式文档下载.docx

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2．采用扫频法（以AS1637作为扫频仪）测量单调谐放大器的幅频特性。

3．用示波器观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。

4．用示波器观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。

四、基本原理

1．单调谐回路谐振放大器原理

单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。

图中，RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。

CE是RE的旁路电容，CB、CC是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，RC是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。

为了减轻负载对回路Q值的影响，输出端采用了部分接入方式。

2．单调谐回路谐振放大器实验电路

单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。

其基本部分与图1-1相同。

图中，C3用来调谐，K1、K2、K3用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。

K4、K5、K6用以改变射极偏置电阻，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。

五、实验步骤

1．AS1637函数信号发生器用作扫频仪时的参数予置

图1-2单调谐回路谐振放大器实验电路

⑴频率定标

频率定标的目的是为频率特性设定频标。

每一频标实为某一单频正弦波的频谱图示。

1）频率定标个数：

共设8点频率，并存储于第0~7存储单元内。

若把中心频率10.7MHz置于第3单元内，且频率间隔取为1MHz，则相应地有：

0单元—7.7MHz，1单元—8.7MHz，…，7单元—14.7MHz。

2）频率定标方法

①准备工作：

对频率范围、工作方式、函数波形作如下设置。

（ⅰ）频率范围：

2MHz~16MHz范围（按“频段手动递增/减”按键调整）；

（ⅱ）工作方式：

内计数（“工作方式”按键左边5个指示灯皆暗）；

（ⅲ）函数波形：

正弦波。

②第0单元频率定标与存储

（ⅰ）调“频率调谐”旋钮，使频率显示为7700（与此同时，“kHz”灯点亮，标明频率为7.7MHz）；

（ⅱ）按“STO”键，相应指示灯点亮，再调“频率调谐”旋钮，使存储单元编号显示为0；

（ⅲ）再按“STO”键，相应指示灯变暗，表明已把7.7MHz频率存入第0单元内。

③第1单元频率定标与存储

（ⅰ）调“频率调谐”旋钮，使频率显示为8700（与此同时，“kHz”灯点亮，标明频率为8.7MHz）；

（ⅱ）按“STO”键，相应指示灯点亮，再调“频率调谐”旋钮（只需顺时针旋转1格），使存储单元编号显示为1；

（ⅲ）再按“STO”键，相应指示灯变暗，表明已把8.7MHz频率存入第1单元内。

④依此类推，直到把14.7MHz频率存入第7单元内为止。

⑵其他参数设置

①扫描时间设置为20ms，即示波器上显示的横坐标（频率）的扫描时间为20ms。

设置方法为：

按“工作方式”键，使TIME灯点亮；

再调“频率调谐（扫描时间）”旋钮，使扫描时间显示为0.020s；

②工作方式又设置为线性扫描，即示波器上显示的横坐标（频率）为线性坐标。

再按“工作方式”键，使INTLINEAR灯点亮；

③输出幅度设置为50mV。

使“﹣40dB”衰减器工作，并调“输出幅度调节（AMPL）”旋钮，使输出显示为50mV（峰-峰值）。

2．实验准备

⑴在箱体左下方插上实验板6，右下方插上实验板1。

接通实验箱上电源开关，此时箱体上12V、5V电源指示灯点亮。

⑵把实验板1左上方单元（单调谐放大器单元）的电源开关（K7）拨到ON位置，就接通了+12V电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

3．单调谐回路谐振放大器静态工作点测量

⑴取射极电阻R4=1k（接通K4，断开K5、K6），集电极电阻R3=10k（接通K1，断开K2、K3），用万用表测量各点（对地）电压VB、VE、VC，并填入表1.1内。

（R1=15kΩ，R2=6.2kΩ）

表1.1

射极偏置电阻

实测（V）

计算（V,mA）

晶体管工作于放大区?

理由

VB

VE

VC

VBE

VCE

IC

是

否

R4=1k

R4=510

R4=2k

⑵当R4分别取510（接通K5，断开K4、K6）和2k（接通K6，断开K4、K5）时，重复上述过程，将结果填入表1.1，并进行比较和分析。

4．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量

一般说来，有两种方法用来对一个系统的幅频特性进行测量：

点测法和扫频法。

这里采用扫频法，并以AS1637作为扫频仪，步骤如下。

⑴实验准备

先按图1-3所示的方法对AS1637、实验板1上的单调谐放大器单元、实验板6（宽带检波器）、双踪示波器进行连接，说明如下。

图1-3扫频法测量幅频特性实验框图

AS1637的输出信号（OUTPUT50）连接到单调谐放大器的IN端，以对输入信号进行放大。

单调谐放大器的输出（OUT）

连接到实验板6的信号输入端，以对输入信号进行检波。

AS1637背面板上的频标输出（MARKEROUT）连接到实验板6的频标输入端。

实验板6把已检波的信号与频标混合后输出。

实验板6的混合输出端连接到双踪示波器CH2（Y）端上。

AS1637背面板上的锯齿输出（SAWTOOTHOUT）连接到双踪示波器CH1（X）端上。

此时需把示波器水平扫描调节旋钮置于“X-Y”档，该CH1输入即用作为外同步信号，便可在示波器上观测到带频标刻度的放大器幅频特性（有回扫）。

改变CH1量程可调节横坐标（时间轴）比例，改变CH2量程可调节纵坐标（幅度）比例。

⑵幅频特性测量

仍取R3=10k、R4=1k，观测放大器幅频特性，并作如下调试：

调实验板6上的“频标幅度”旋钮，可调节频标高度；

调实验板1上的单调谐放大器的电容C3，可调节谐振频率点；

调AS1637的输出幅度（AMPL）旋钮，可调节频率特性幅度。

最后，把谐振频率调节到10.7MHz，记下此时的频率特性，并测量相应的-3dB频率点和带宽。

⑶观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响

改变R4的大小，可改变静态工作点。

观察并记录幅频特性曲线的变化规律。

⑷观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响

改变R3的大小，观察并记录幅频特性曲线的变化规律。

六、实验报告要求

1．画出图1-2电路的直流通路，计算放大器直流工作点，并与实测结果作比较。

2．对实验数据进行分析，说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

3．对实验数据进行分析，说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

4．总结由本实验所获得的体会。

实验二双调谐回路谐振放大器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

双调谐回路

电容耦合双调谐回路谐振放大器

放大器动态范围

AS1637函数信号发生器使用说明（参阅附录）

实验板1（双调谐放大电路单元）

AS1637函数信号发生器（用作为扫频仪和高频信号源）

2．熟悉耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响。

3．了解放大器动态范围的概念和测量方法。

1．采用扫频法测量双调谐放大器的幅频特性（以AS1637作为扫频仪）。

2．用示波器观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响（单峰特性、双峰特性）。

3．用示波器观察放大器动态范围（以AS1637作为高频信号源）。

1．双调谐回路谐振放大器原理

顾名思义，双调谐回路是指有两个调谐回路：

一个靠近“信源”端（如晶体管输出端），称为初级；

另一个靠近“负载”端（如下级输入端），称为次级。

两者之间，可采用互感耦合，或电容耦合。

与单调谐回路相比，双调谐回路的矩形系数较小，即：

它的谐振特性曲线更接近于矩形。

电容耦合双调谐回路谐振放大器原理图如图2-1所示。

与图1-1相比，两者都采用了分压偏置电路，放大器均工作于甲类，但图2-1中有两个谐振回路：

L1、C1组成了初级回路，L2、C2组成了次级回路；

两者之间并无互感耦合（必要时，可分别对L1、L2加以屏蔽），而是由电容C3进行耦合，故称为电容耦合。

为了减小晶体管和下级负载对回路的影响，它们对L1、L2的接入均采用了部分接入。

2．双调谐回路谐振放大器电路

图2-2双调谐回路谐振放大器实验电路

双调谐回路谐振放大器电路如图2-2所示，其基本部分与图2-1相同。

图中，C3、C6用来对初、次级回路调谐，K1、K2、K3用以改变耦合电容数值，以改变耦合程度。

五、实验步骤

与实验一中的方法完全相同。

⑵把实验板1右上方单元（双调谐放大电路单元）的电源开关（K4）拨到ON位置，就接通了+12V电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

3．双调谐回路谐振放大器幅频特性测量

⑴实验准备

先对AS1637、实验板1上的双调谐放大器、实验板6（宽带检波器）、双踪示波器进行连接，其方法与图1-3所示的方法相同，只是单调谐放大器应改为双调谐放大器而已。

⑵单峰（幅频）特性测量

取C7=2.7pF（K1接通，K2、K3断开），然后反复调整C3、C6，使两个回路均调谐在10.7MHz，并使放大器幅频特性为单峰。

记下此时的频率特性，并测量相应的-3dB频率点和带宽。

⑶双峰（幅频）特性测量

取C7=5.1pF（K2接通，K1、K3断开）和C7=12pF（K3接通，K1、K2断开）进行测量，并作记录（应观察到双峰）。

当C7=12pF时，中心频率可能发生偏移，此时应反复调整C3、C6，使凹坑中心位于10.7MHz。

记下C7=12pF时的频率特性，并测量相应的-3dB频率点和带宽。

4．放大器动态范围测量

①仍取C7=2.7pF（K1接通，K2、K3断开），并反复调整C3、C6，使特性曲线仍为单峰，且谐振于10.7MHz。

②AS1637输出信号（OUTPUT50）仍连接到双调谐放大电路的IN端（并以示波器CH1监视），放大电路的输出（OUT）端改接到示波器CH2上。

断开示波器与实验板6的连接，示波器水平扫描则处于常规状态。

③AS1637设置

（ⅰ）工作方式设置为内计数（“工作方式”按键左边5个指示灯皆暗），此时AS1637工作于信号源方式。

（ⅱ）按“REC”键，相应指示灯亮，调“频率调谐”旋钮，使存储单元编号显示为3；

（ⅲ）再按“REC”键，相应指示灯变暗，表明已将10.7MHz频率从第3单元内读出，于是AS1637输出10.7MHz正弦波。

⑵放大器动态范围测量

从AS1637上读取放大器输入电压幅度值，以示波器CH1监视双调谐放大器的输入波形，从示波器CH2上监测放大器输出波形，并读取输出幅度值，便可监视放大器失真，并计算放大器电压放大倍数值。

改变AS1637的输出信号幅度，并把数据填入表2.1。

可以发现，当放大器的输入增大到一定数值时，输出波形开始畸变（失真），放大倍数开始下降。

表2.1

放大器输入（mV）

20

40

60

80

100

150

200

250

300

放大器输出（V）

放大器电压放大倍数

1．画出耦合电容C7=2.7pF、5.1pF和12pF三种情况下的幅频特性，计算-3dB带宽，并由此说明单峰特性和双峰特性的优缺点。

2．当放大器输入幅度增大到一定程度时，输出波形会发生什么变化？

为什么？

3．画出放大器电压放大倍数与输入电压幅度之间的关系曲线。

若把放大器的动态范围定义为放大倍数下降1dB时对应的输入电压幅度，试求本放大器的动态范围。

实验三高频谐振功率放大器

谐振功率放大器的基本工作原理（基本特点，电压、电流波形）

谐振功率放大器的三种工作状态，功率、效率计算

集电极电源电压VCC和集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响

实验板2（丙类高频功率放大电路单元）

AS1637函数信号发生器（用作为高频信号源）

2．熟悉高频谐振功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。

3．了解集电极电源电压VCC与集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响。

1．用示波器监测两级前置放大器的调谐。

2．观察谐振功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉冲。

3．观察并测量集电极电源电压VCC变化对谐振功率放大器工作的影响。

4．观察并测量集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响。

1．高频谐振功率放大器原理

图3-1丙类功率放大器原理电路

高频谐振功率放大器原理电路如图3-1所示。

图中，L2、L3是扼流圈，分别提供晶体管基极回路、集电极回路的直流通路。

R10、C9产生射极自偏压，并经由扼流圈L2加到基极上，使基射极间形成负偏压，从而放大器工作于丙类。

C10是隔直流电容，L4、C11组成了放大器谐振回路负载，它们与其他参数一起，对信号中心频率谐振。

L1、C8与其他参数一起，对信号中心频率构成串联谐振，使输入信号能顺利加入，并滤除高次谐波。

C8还起隔直流作用。

R12是放大器集电极负载。

2．高频谐振功率放大器电路

高频谐振功率放大器电路如图3-2所示，其第3级部分与图3-1相同。

BG1、BG2是两级前置放大器，C2、C6用以调谐，A、B点用作为这两级的输出测试点。

BG3为末级丙类功率放大器，当K4断开时可在C、D间串入万用表（直流电流档），以监测IC0值。

同时，E点可近似作为集电极电流iC波形的测试点（R10=10Ω，C9=100pF，因而C9并未对R10构成充分的旁路）。

K1~K3用以改变集电极负载电阻。

图3-2高频谐振功率放大器实验电路

1．实验准备

⑴在箱体右下方插上实验板2（丙类高频功率放大电路单元）。

⑵把实验板2右上方的电源开关（K5）拨到上面的ON位置，就接通了+12V电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

⑶AS1637输出频率为10.7MHz、峰-峰值为80mV的正弦波，并连接到实验板2的输入（IN）端上。

2．两级前置放大器调谐

先将C、D两点断开（K4置“OFF”位置）。

然后把示波器高阻（带钩）探头接A点，（监测第1级输出），调C2使输出正弦波幅度最大，从而相应的回路谐振。

再把示波器高阻（带钩）探头接B点，（监测第2级输出），调C6使输出正弦波幅度最大，从而相应的回路谐振。

需要时，亦可把示波器探头接在B点上，再反复调节C2、C6，使输出幅度最大。

3．末级谐振功率放大器（丙类）测量

⑴谐振功率放大器工作状态观察

①实验准备

（ⅰ）接通开关K4（拨到“ON”）；

（ⅱ）示波器CH1连接到实验板2的OUT点上；

（ⅲ）示波器CH2以高阻（带钩）探头连接到E点上。

②逐渐增大输入信号幅度，并观察放大器输出电压波形（OUT点）和集电极电流波形（E点）。

可发现，随着输入信号幅度的增大，在一定范围内，放大器的输出电压振幅和集电极电流脉冲幅度亦随之增大，说明放大器工作于欠压状态。

③当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器的输出电压振幅增长缓慢，而集电极电流脉冲则出现凹陷，说明放大器已进入到过压状态。

⑵集电极负载电阻对谐振功率放大器工作的影响

①VIp-p（AS1637输出信号）为100mV时的测量

（ⅰ）取R12=120（接通K1，断开K2、K3）时的测量

用示波器观察功放级的输入、输出电压波形（B点、OUT点），并测量输入、输出电压峰-峰值Vbp-p、Vcp-p；

用万用表测量集电极直流电流值IC0，并把结果填入表3.1中。

测量IC0的方法是：

在C、D两点间串入万用表（直流电流，200mA档），再断开K4，便可读得IC0值，然后接通K4，取走表笔。

（ⅱ）取R12=75时的测量：

接通K2，断开K1、K3，重做（ⅰ），观察集电极负载电阻减小对谐振功率放大器工作的影响。

（ⅲ）取R12=50时的测量：

接通K3，断开K1、K2，再重做（ⅰ），观察集电极负载电阻进一步减小对谐振功率放大器工作的影响。

②VIp-p为200mV时的测量：

重复①。

⑶集电极直流电源电压对谐振功率放大器工作的影响

实验板2右上方的电源开关（K5）拨到最下面，就接通了+5V电源（相应指示灯点亮），重做⑵，以观察集电极直流电源电压的减小对谐振功率放大器工作的影响，并把相应数据也填入表3.1。

说明：

①表中“计算”列内各符号的含义如下：

Ic1m——集电极电流基波振幅；

Po——集电极输出功率；

PD——集电极直流电源供给功率；

Pc——集电极耗散功率；

c——集电极效率。

②作计算时应注意：

在本实验的实测中常用（电压）峰-峰值，而在教材的计算公式中则常用振幅值，两者相差一倍。

表3.1

测试条件

实测

计算

Vbp-p（V）

Vcp-p（V）

Ic0

（mA）

Ic1m

Po

（mW）

PD

Pc

c

VCC=

12V

VIp-p=

100mV

R12=120

R12=75

R12=50

200mV

5V

1．根据实验测量数据，计算各种情况下的Ic1m、Po、PD、Pc、c。

2．对实验结果进行分析，说明输入信号振幅Vbm、集电极电源电压VCC、集电极负载对谐振功率放大器工作的影响（工作状态，电压、电流波形，功率、效率）。

3．倘若实验结果与理论学习时的结论不一，请分析其可能存在的原因。

实验四电容三点式LC振荡器

三点式LC振荡器

克拉泼电路

静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响

实验板1（LC振荡器电路单元）

频率计

2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能。

3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响。

4．熟悉不同反馈系数时，静态工作点变化对振荡器振荡幅度的影响。

1．用万用表进行静态工作点测量，用示波器观察振荡器的停振、起振现象。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计测量振荡频率。

3．观察并测量静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值等因素对振荡器振荡幅度和频率的影响。

1．电容三点式LC振荡器原理

电容三点式LC振荡器的交流通路如图4-1所示。

由图可见，这是一种克拉泼电路，C5是耦合电容，通常应满足C5＜C3、C4。

若把C5与L1、R5互换位置，则与一般克拉泼电路画法相同。

⑴振荡频率fosc

令C=C3∥C4∥C5，则有

。

若取

，则可算得

⑵起振条件：

①

，是晶体管跨导。

显然，静态工作点电流

会影响

②

，是电压反馈系数。

③Re是等效到晶体管C（集电极）、B（基极）两端的总（谐振）电阻。

若令

，则R5等效到C、B两端的电阻为

，

又，R4等效到C、B两端的电阻为

于是，Re=R5′∥R4′=

∥

图4-2电容三点式LC振荡器实验电路

④根据以上分析，总结各参数如何影响起振条件的。

2．电容三点式LC振荡器电路

电容三点式LC振荡器实验电路如图4-2所示。

图中，C1是旁路电容，C2是隔直流电容。

显然，若把C1、C2短路，并在此基础上画出交流通路，则就是图4-1所示的电路。

图4-2中，W1用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）；

K1、K2、K3用来改变C3，K4、K5、K6用来改变C4，从而改变电压反馈系数；

K7、K8、K9用来改变R5，从而改变回路谐振电阻；

K10、K11、K12用来改变C5，从而改变振荡频率，亦改变耦合程度。

当然，它们都会影响起振条件。

⑴在箱体右下方插上实验板1。

接通实验箱上电源开关，此时箱体上12