高频电子线路实验指导书 091615Word文档下载推荐.docx
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四、基本原理
1．单调谐回路谐振放大器原理
小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。
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。
为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响，采用了部分回路接入方式。
图1-1单调谐回路放大器原理电路
图1-2单调谐回路谐振放大器实验电路图
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，1C2用来调谐，1K02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。
1W01用以改变基极偏置电压，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路增益等值的影响。
1Q02为射极跟随器，主要用于提高带负载能力。
五、实验步骤
1．实验准备
（1）初步检查本实验相关实验仪器是否齐全,接通电源看电源指示灯是否点量.
（2）初步了解高频电子线路实验系统:
本实验系统可以完成高频电子线路的所有模块实验并进行发射与接收完整系统的联调,实验模块电路共有15个,本次实验涉及单调谐回路谐振放大器模块.
实验箱中配套的固定仪器模块有三个,简单说明如下:
、低频信号源的使用说明
该低频信号源可提供函数信号、音乐信号、话音信号接口。
这三种信号的选择由K102开关控制，通过P101（低频信号输出）输出口输出。
函数信号发生器可产生10KHZ以内的正弦波、方波和三角波，这三种波形由K101开关控制。
改变W101可改变函数信号的频率，调整W102可改变函数信号的幅度（顺时针调整幅度减小）。
SW101为音乐信号控制按钮，按下该按钮时，可触发音乐信号的起动。
P102为功放信号输入口，SP101为扬声器，跳线器插入K103左侧时，扬声器接通，插入右侧时，扬声器断开。
当做高频系统实验时，可将检波后的低频信号，用铆孔线接入P102，这样可在扬声器中听到声音。
、高频信号源的使用说明
该高频信号源可输出1.5MHZ—20MHZ的正弦波信号，共分为6个波段，即：
1.5—2MHZ、2.0—3MHZ、3.0—4.5MHZ、4.5—8.0MHZ、8.0—14MHZ、14MHZ—20MHZ。
由K201—K206六个开关控制，开关往上拨时为接通，往下时为断开。
“频率微调”旋钮可在波段频率范围内改变频率。
W201为幅度调整旋钮，调整该旋钮可改变输出信号的幅度。
K207为频率补偿开关，当频率较高或达不到波段范围内的频率值时，可接通K207，然后调整“频率微调”旋钮，使其达到所需频率。
P201、P202为高频信号输出口测量点。
、频率计的使用说明
该频率计的频率范围在35MHZ以内。
测量较低频率时，可通过按SW301进行切换。
输入信号可用铆孔线从P301输入口输入。
该频率计的灵敏度为50mv左右。
（3）插装好单调谐回路谐振放大器模块，认清各个元器件的位置与作用，接通实验箱上电源开关，按下模块上开关1K01接通电源。
（4）接通电源后电源指示灯亮。
2.函数信号发生器（频率计）的使用
（1）一般信号输出
按[shift]键→→选择输出波形（函数信号发生器的默认状态一般是正弦波输出,所以有时此步可以省略,直接按频率键）→→输入数字:
如1→→选择单位:
如KHZ,按扫描键,MHZ则按调幅键→→按幅度键选择输出幅度:
如1→→选择单位:
如VP-P,按shift键,如mVP-P,按T调频键→→按输出键（一般在调整时关闭输出键,此时输出键指示灯灭,调整好需输出信号时按下输出键,使输出键指示灯亮,如果输出键指示灯亮的则表示已经有输出）
例如:
需要1MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号,步骤是:
按[shift]键→→按频率/周期键→→输入数字1→→按调幅键→→按幅度键→→输入数字2→→按shift键→→按输出键（如果输出键指示灯已经亮则不需再按）
请同学们用示波器对以下输出的三个信号观察,分析他们在示波器中图形的吻合程度.
1KHZ,峰峰值为2V的正弦波信号信号
1MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号信号
10MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号信号
使用说明:
大多数按键是多功能键,每个按键的基本功能用文字标在按键上,实现基本功能只需按下该键.按键的第二功能标在按键的上方,先按下[shift]键再按下该按键就实现按键的第二功能.如按下[shift]键再按下数字键8为复位.少部分按键作为单位按键,只有先按下数字键再按下该键,就输出对应的单位.
（2）AM波信号输出
按[调幅]键,进入调幅模式→→按[频率]键,输入需要频率（含单位）→→按[幅度]键,输入需要幅度（含单位）→→按[shift]键,选择载波形状,如正弦波→→按[菜单]键,选择调制深度:
如50%----输入数字50后按[shift]键输入N（即输入%）→→按[菜单]键,选择调制信号频率（含单位）→→按[菜单]键,选择调制信号波形（1为正弦波,2为方波,余类推）选择好波形后按[shift]键确认→→按[菜单]键,选择调制信号源选项（1为调制信号来自于内部）按[shift]键确认→→按输出键（如果输出键指示灯已经亮则不需再按）
载波为1MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号,调制信号来自于内部,为5KHZ的正弦波信号,调制深度为50%,
步骤是:
按[调幅]键,进入调幅→→按[频率]键,输入数字1→→按调幅键（单位MHZ）→→按[幅度]键→→输入数字2→→按shift键（单位为VP-P）→→按[shift]键,选择载波形状（这里是正弦波,按频率/周期键）→→按[菜单]键,选择调制深度（这里是50%----输入数字50后按[shift]键确认）→→按[菜单]键,选择调制信号频率（这里是5KHZ,输入数字5后按扫描键）→→按[菜单]键,选择调制信号波形（这里是正弦波,按数字键1）选择好波形后按[shift]键确认→→按[菜单]键,选择调制信号源选项（1为调制信号来自于内部）按[shift]键确认→→按输出键（如果输出键指示灯已经亮则不需再按）
请同学们用示波器对以下输出的三个信号进行观察并记录波形.
载波为1MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号,调制信号来自于内部,为1KHZ的正弦波信号,调制深度为50%.
载波为10MHZ,峰峰值为2V的正弦波信号,调制信号来自于内部,为1KHZ的方波信号,调制深度为50%.
载波为10KHZ,峰峰值为2V的正弦波信号,调制信号来自于内部,为1KHZ的正弦波信号,调制深度为20%.
（3）当频率计使用
按[shift]键→→按[测频]键,进入频率测量模式,这里被测信号从后面板[测频/计数]输入.
3.扫频仪BT3G的使用
扫频仪BT3G使用方法如下：
实验一般步骤：
打开电源开关→分别调亮度、X（Y）轴增益、X（Y）轴位置等旋钮→→使基线清晰居中,本扫频仪的频率范围为0---300（打到全扫,50M时可以读出6个频标点,含零频为7个）
一般先将中心频率旋至最小（右旋到底），幅度衰减至最小（显示为0dB）→→打到窄扫→→选择频标开关（有10M（1M）、50M、外接三种，一般将其选择在10M（1M）→→适当调节频标幅度（频标标志纵向放大或缩小），扫频宽度旋钮、X幅度旋钮（横向展宽或缩小），使显示合适。
本测试仪器可以输出的扫频信号为0M——300M，由中心频率旋钮完成频率的选择。
频率的读法：
打到窄扫时，中心频率旋钮右旋到底后慢慢回调，找到零频标志（此时，最好选择外接或50M的频标开关位置，零频标志比较清晰）
零频标志：
频率具体读法：
找到零频标志后，根据所测频率选择频标开关（如所测频率为6.5MHZ时,频标开关选择在10M）,所测频率为100MHZ时,频标开关选择在50M），调节中心频率旋钮（左旋），使频标点左移，可以找到对应频率的频标点。
（注意：
本扫频仪BT3G频率范围往往为-30M----320M，一定要先找到零频标志后开始读数。
）
本实验要求同学们找出0，3.5M，6M，10M，50M，300M六个频标点,并记录你选择的频标开关位置。
4．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量
测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。
扫频法用扫频仪测量，简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线。
采用扫频法测量单调谐放大器幅频特性的步骤：
（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。
（2）扫频仪RF输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01），Y输入接单调谐放大器的输出端1TP02，本实验板中心频率在6.3M频标点附近（测量时,一般先找到6.3M的频标点,把它对准显示屏中心,把幅度衰减到40dB左右,再细调Y增益）。
（3）调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出曲线在6.3M为最大值。
此时回路谐振于6.3MHZ。
采用点测法步骤：
保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
步骤如下：
（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。
高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01）。
示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ
（用函数信号发生器输出），高频信号源输出幅度（峰——峰值）为200mv（示波器CH1监测）。
调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。
比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。
（2）按照表1-2改变高频信号源的频率（用函数信号发生器输出），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。
表1-2
输入信号频率f（MHZ）
2.0
3.0
4.0
4.5
5.0
5.5
6.3
7.0
8.0
9.0
10.0
15.0
输出电压幅值U（mv）
（3）以横轴为频率，纵轴为电压幅值，按照表1-2，或扫频仪显示，画出单调谐放大器的幅频特性曲线。
5．观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响
当放大器工作于放大状态下，按照上述频率特性测试仪测量幅频特性的方法测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线。
可以发现：
当不接1R3时，集电极负载增大，幅频特性幅值加大，曲线变“瘦”，Q值增高，带宽减小。
而当接通1R3时，幅频特性幅值减小，曲线变“胖”，Q值降低，带宽加大。
记录对应的幅频特性示意图和带宽,并分析原因。
六、实验报告要求
1．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.
2．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示意图,标出带宽,并分析原因。
3．总结由本实验所获得的体会。
实验2双调谐回路谐振放大器
●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
●高频电子线路实验平台（双调谐回路谐振放大器模块）
●万用表，双踪示波器
1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；
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（点测法）测量双调谐放大器的幅频特性；
2．用扫频仪观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响；
3．用示波器观察放大器动态范围。
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。
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实验电路如图2-2所示，其基本部分与图2-1相同。
图中，2C04、2C11用来对初、次级回路调谐，2K02用以改变耦合电容数值，以改变耦合程度。
2K01用以改变集电极负载。
2K03用来改变放大器输入信号，当2K03往上拨时，放大器输入信号为来自天线上的信号，2K03往下拨时放大器的输入信号为直接送入。
图2-2双调谐回路谐振放大器实验电路
在实验箱主板上插上双调谐回路谐振放大器模块。
接通实验箱上电源开关，按下模块上开关2K1接通电源，此时电源指示灯点亮。
2．双调谐回路谐振放大器幅频特性测量
本实验可以采用扫频法直接测量其幅频特性曲线
采用扫频法测量步骤：
①2K02往上拨，接通2C05（4.5P）。
2K03往下拨，使高频信号送入放大器输入端。
②扫频仪RF输出连接双调谐放大器的输入端2TP01，Y输入接双调谐放大器的输出端2TP02，中心频率在6.3M频标点附近（将6.3M放在显示的中央，并适当展宽频标），用无感调试起反复调整2C04、2C11使双调谐放大器输出谐振曲线在6.3M为最大值。
③画出与频率相对应的双调谐放大器谐振曲线，测出两峰之间凹陷点的频率和带宽大致是多少，与单调谐回路谐振放大器比较。
④按照上述方法测出耦合电容为2C06（80P）（2K02拨向下方）时幅频特性曲线
即保持输入幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的双调谐放大器的输出幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为双调谐回路放大器的幅频特性。
⑴幅频特性测量
高频信号源输出频率6.3MHZ，幅度300mv，然后用铆孔线接入双调谐放大器的输入端（IN）。
示波器CH1接2TP01，示波器CH2接放大器的输出（2TP02）端。
用无感调试起反复调整2C04、2C11使双调谐放大器输出为最大值，此时回路谐振于6.3MHZ。
②按照表2-1改变高频信号源的频率，保持高频信号源输出幅度峰——峰值为300mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的双调谐放大器的幅度值，并把数据填入表2-1。
表2-1
放大器输入信号频率f（Mhz）
5.8
5.9
6.0
6.1
6.2
6.4
放大器输出幅度U（mv）
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
7.1
③按照上述方法测出耦合电容为2C06（80P）（2K02拨向下方）时幅频特性曲线。
1．画出耦合电容为2C05和2C06两种情况下的幅频特性，计算幅值从最大值下降到0.707时的带宽，并由此说明其优缺点。
比较单调谐和双调谐在特性曲线上有何不同？
2．总结由本实验所获得的体会。
实验3电容三点式LC振荡器
一、实验准备
●三点式LC振荡器
●西勒和克拉泼电路
●电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响
●LC振荡器模块
●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．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。
三、实验电路基本原理
1.概述
ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。
ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。
从交流等效电路可知：
由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。
如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；
如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。
在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
2.ＬＣ振荡器的起振条件
一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：
振幅起振平衡条件和相位平衡条件。
3.LC振荡器的频率稳定度
频率稳定度表示：
在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：
Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；
Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；
f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。
由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。
4.LC振荡器的调整和参数选择
以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图3-1所示。
图3-1电容三点式LC振荡器交流等效电路
（1）静态工作点的调整
合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。
当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。
若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。
因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。
（2）振荡频率f的计算
f=
式中CT为C1、C2和C3的串联值，因C1（300p）>
>
C3（75p）,C2（1000P）>
C3（75p），故CT≈C3，所以，振荡频率主要由L、C和C3决定。
（3）反馈系数F的选择
F=
反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F≈0.1～0.5,本实验取F=
5.克拉泼和西勒振荡电路
图3-2为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。
图3-3为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。
图3-2克拉泼振荡电路图3-3西勒振荡电路
6．电容三点式LC振荡器实验电路
电容三点式LC振荡器实验电路如图3-4所示。
图中3K05打到“S”位置（左侧）时
3TP01
图3-4LC振荡器实验电路
为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（右侧）时，为改进型西勒振荡电路。
3K01、3K02、3K03、3K04控制回路电容的变化。
调整3W01可改变振荡器三极管的电源电压。
3Q02为射极跟随器。
3TP02为输出测量点，3TP01为振荡器直流电压测量点。
3W02用来改变输出幅度。
四、实验内容
1．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡器电压峰—峰值VP-P，并以频率计测量振荡频率。
2．测量振荡器的幅频特性。
1．实验准备
插装好LC振荡器模块，按下开关3K1接通电源，即可开始实验。
2．西勒振荡电路幅频特性的测量
示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3V01。
调节电位器3W01和3W02，使输出最大。
开关3K05拨至右侧，此时振荡电路为西勒电路。
3K01、3K02、3K03、3K04分别控制3C06（10P）3C06A（5-20P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。
四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。
例如3K01、3K02往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。
按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰一峰值VP-P），并将测量结果记于表中，绘出振荡电路幅频特性曲线。
表3-1
电容C（pf）
10
50
100
150
200
250
300
350
振荡频率f（MHZ）
输出电压VP-P（v）
注：
如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。
3．克拉泼振荡电路幅频特性的测量
将开关3K05拨至左侧，振荡电路转换为克拉泼电路。
按照上述方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表3-2中，绘出振荡电路幅频特性曲线。
表3-2
V
f
图3-5实线为西勒振荡电路幅频特性，虚线为克拉泼振荡电路幅频特性
4．观察振荡电路的电容对振荡器频率的影响
将开关3K05打至左测（S）和右侧（P
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