高频电子线路实验指导书.docx

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高频电子线路实验指导书

《高频电子线路》

实验指导书

湖南工业大学

电气与信息工程学院

实验一高频单调谐回路放大器

一、实验类型

验证型实验

二、实验目的与任务

1、熟悉谐振放大器的幅频特性、通频带和选择性；

2、熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，了解展宽频带的方法；

3、掌握放大器的动态范围及其测试方法。

三、实验基本原理

1.单调谐回路放大器

实验电路如图1-1所示

图1-1单调谐小信号放大器

在图1-1中,L2、C5、C6为π型滤波电路，其作用是为了减少交流高频信号对直流电源的影响。

+12V电源、R1、R2和R6、R7、R8为放大电路提供直流静态工作点，C3为发射极旁路电容。

L1、C2和Ct为选频回路（也称为谐振回路），改变Ct的值，可以改变回路的谐振频率。

三极管T及其输出阻抗相当于谐振回路的信号源和信号源内阻，R3、R4、R5相当于负载，改变R3、R4、R5的阻值，将对谐振回路产生影响。

C4为隔直电容，它能够有效防止不同放大级之间直流信号的相互影响，又可使交流信号顺利通过。

若忽略三极管输出电容和负载电容的影响，谐振频率为：

对于放大电路而言，L1、C2和Ct回路相当于负载，当发生谐振时，选频回路的阻抗最大，为纯电阻性，这时放大电路的电压放大倍数最大；改变信号源频率，选频回路就会失谐，其阻抗值迅速减小，电压放大倍数也迅速减小，通常小信号调谐放大器就工作在谐振频率处，它允许与其频率一致的信号通过并进行放大，对于与其谐振频率不一致的频率信号，则不进行放大而被禁止通过，这就是“选频”的含义。

改变电容Ct，可以改变选频回路的谐振频率，从而使得不同频率的信号通过。

调谐放大器的谐振频率,一般有两种测量方法,一是扫频法;一种是逐点法。

所谓扫频法，一般采用频率特性测试仪，先将频率特性测试仪提供的扫频信号接到单级放大器的输入端，单级放大器的输出端接到频率特性测试仪的输入端，然后调节中心频率旋钮，屏幕上就可显示出放大器的谐振曲线。

调节回路电容或电感，使谐振曲线在规定的中心频率上出现最大值。

在多级放大器中，一般先调节末级放大器的谐振频率，然后调节前一级放大器的谐振频率，并逐级往前移动，这种由后向前的方法，可以减小后级放大器电路参数对前一级的影响，给电路调整带来一些方便。

实际上，对于前后级之间的影响是难以避免的，通常需要由后级到前级多次调整才能获得比较好的效果。

我们这里采用的扫频法，没有使用频率特性测试仪，而是采用“示波器+转换电路”的方法来近似代替频率特性测试仪.

所谓逐点法，就是以高频信号发生器作为信号源，它的输出连接放大器的输入端，放大器的输出端连接到高频毫伏表或示波器上，逐点调整谐振回路的电容或电感使得特定频率的信号通过。

保持输入信号的输入电压不变，在特定频率附近逐点改变信号源的频率，测量并记录输出电压的值，即可绘制出放大器的频率特性曲线。

值得说明的是：

在高频实验装置上，由于选频回路可调电容的调节范围有限，所以调节频率的范围也很有限，中心频率的变动范围不大。

为了测定放大器的频率特性曲线，可将可调电容放在中间位置，在输入电压不变的情况下，由小到大逐步改变输入信号的频率，直到放大器的输出电压最大，这时的频率就是选频回路的谐振频率，在谐振频率附近，增大或减小信号频率，并记录输出电压值，就可以描绘出放大器的频率特性。

四、预习要求

1、谐振回路的工作原理；

2、谐振放大器的有关知识（电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性）；

3、如何计算谐振回路的中心频率。

五、实验仪器与设备

1、示波器

2、高频信号发生器

3、万用表

4、无感起子

六、实验内容

1、测量三极管静态

2、测量三极管动态

3、测量放大器的频率特性

七、实验步骤

实验电路如图1-1所示，按电路图接好地线、+12V电源线。

接电源线时，要先用万用表检查＋12V电压是否正常，无误后，断电再接线。

接线正确后接通电源，指示灯亮。

1、测量三极管静态

在Re=2K，Re=1K，Re=200Ω时测VB、VE，计算IC、VCE，判断三极管T的工作状态。

表1-1

Re

VB

VE/

IC

VCE

工作状态

2K

3.2v

2.7v

1

1K

3.1

2.6

200Ω

2.8

2.2

2、测量三极管动态

A点接5K，Re取200Ω，输入端接高频信号，输出端接示波器，输入信号频率选4.5-5.0MHz，幅度0.1V，调微调电容Ct，使输出信号最大。

然后使输入信号从0V变到1V，选出10个点，记录输出信号的幅值。

改变Re为1K、2K时，重复上述过程。

在同一坐标系内，画出IC不同时，输入、输出动态范围曲线，并分析比较。

表1-2

输入

0v

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0、1

输出

Re=2K

0v

0.71

0.84

1.04

1.12

1.15

1.24

1.30

1.36

1.40

1.44

Re=1K

0v

1.56

1.84

1.94

2.06

2.14

2.24

2.32

2.40

2.48

2.54

Re=200

0v

6.80

7.60

8.00

8.40

8.80

9.20

9.40

9.60

9.80

10.0

3、测量放大器的频率特性

Re取200，A点接5K，选择正常的放大区的输入电压，频率为4.5~6.0MHz左右，调节输入频率和Ct使输出最大。

此时可认为是谐振频率。

保持输入幅度不变，改变输入频率f，以谐振频率为中心向两边偏移，用示波器测得不同频率f时输出电压峰-峰值，记录下来。

频率偏离步长可根据实测情况来确定。

A点接2K、500Ω时，重复上述过程，比较通频带情况。

F（MHz）

3.5

3.9

4.1

4.3

4.5

4.7

4.9

5.1

5.3

5.5

5.9

6.0

输出U0

5K

6.00

7.04

7.60

8.04

9.6

10.0

9.92

9.20

8.48

7.68

7.04

6.08

2K

5.76

6.56

7.36

8.20

9.04

9.20

9.04

8.56

8.00

7.25

6.08

5.9

500Ω

5.36

6.0

6.24

6.48

6.72

6.72

6.64

6.32

5.92

5.60

5.12

4.72

表1-3

八、注意事项

1、实验时防干扰接线要尽量短，接触要好。

2、需临时改接线时，要先关电源再改接线路。

3、实验时接通电源前要认真检查接线是否正确，无把握时应经指导教师检查无误后再接通电源。

九、实验报告要求

1、写清楚实验目的；

2、画直流与交流等效电路图，计算工作点，与测量结果比较；

3、写清楚记录的有关数据，并画出放大器的动态曲线；画出幅频特性和通频带，讨论回路电阻的影响。

实验二电容反馈LC振荡器

一、实验类型

验证型实验

二、实验目的与任务

1、掌握LC振荡电路的基本原理；

2、掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响；

3、掌握反馈系数不同，静态工作电流IEQ对起振及振幅的影响。

三、实验基本原理

1、电容反馈三点式振荡器

实验电路见图2.1

图2.1电容三点式振荡器

提示：

本实验中C代（C2、C3、C4）;C′代（C5、C6、C7）;CT代（C8、C9、C10）。

图2.1是一个改进的电容反馈三点式振荡器—克拉泼电路，其中L2、C12、C13为滤波电路，RP、R1、R2、R4为三极管基极偏置电路，C1、C2为隔直电容，C、C′、CT和L1构成谐振回路，C、C′提供电路的反馈系数，CT为小容值的电容，CT<

如果电路中CT短路，在交流等效电路中，电容C、C′和电感L1构成谐振回路，并分别与三极管的三个极连接，是典型的电容反馈三点式，但是这种三点式振荡器电路中，三极管的输出电容与电容C并联，三极管的输入电容与电容C′并联，若电路的电源电压、温度等发生变化，就会引起三极管输入输出电容的变化，从而影响到振荡输出频率的稳定性。

为了提高振荡电路的频率稳定性，减弱振荡管与谐振回路的耦合，在电感支路中串入电容CT，使三极管的输出电容部分耦合到谐振回路中，能有效地提高回路的标准性。

串入CT后，谐振回路的电容计算如下：

设Ci为三极管的输入电容，Co为三极管的输出电容，则

CT<

谐振回路的总电容为：

所以回路的谐振频率主要由CT和L1决定，即

由此可见，C和C′对频率的影响大大减小，那么与C、C′并联的三极管极间电容对振荡频率的影响也将显著减小。

增大C和C′,减小CT值，可以提高振荡频率的稳定性，但这会使三极管的输出端与谐振回路的耦合减弱，谐振回路折算到三极管集电极输出端的等效阻抗大大降低，从而使三极管的电压放大倍数和振荡幅度急剧减小，这在实际调试中要特别注意，因为谐振回路对三极管集电极呈现的等效负载阻抗为：

由此可见，CT越小，C越大，W′越小，放大器的增益就越小，振荡幅度就越小，若CT过小，有可能使电路不满足振幅条件而停振，所以CT的值要适当小。

另外，C/C′也要取一个合适的值，太大或太小都将影响电路的放大能力，从而影响电路的振幅条件，这一点在实验中就可以明显地看到；W值大小影响电路的静态工作点，也影响振荡器输出信号的幅值。

注意：

由于实验频率较高，实验电路中的所用电容容值也较小，所以实验中所采用的接线要尽量短，否则将会产生较大的寄生电容，影响实验结果。

四、预习要求

1、复习LC振荡器的工作原理；

2、分析电路的工作原理及各元件的作用。

五、实验仪器与设备

1、示波器

2、频率计

3、万用表

六、实验内容

1、振荡频率与幅度的测试

2、振荡点、振幅与IEQ的关系。

3、改变电阻、IEQ对频率稳定度的影响

七、实验步骤

实验电路如图2-1所示，接好地线与12V线，C6接A，此时停振。

接通电源，用万用表测得三极管VE电压，改变W，使VE变化，IEQ=VE/R2。

1、振荡频率与幅度的测试

IEQ=2mA，C3接C，C6接A，R5接D，C8、C9、C10分别接B，测振荡频率f与幅值VP-P。

表2-1

C8、C9、C10分别接B

F（MHz）

VP-P

C8

7.29

288mV

C9

6.042

624

C10

5.479

800

2、当C2、C3、C4、C5、C6、C7分别接入时，振荡点、振幅与IEQ的关系。

R5接D，C10接B，C2接C，C5接A，改变IEQ测VP-P。

C3接C，C6接A，C4接C，C7接A，分别重复上述测试。

表2-2（C3->C、C6->A）

IEQ

0.8

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

VP-P

312mV

238

456

648

776

984

3、频率稳定度的影响

1）改变电阻的影响

C10接B，C2接C，C5接A，IEQ=3mA，电阻R5、R6、R7分别接D，记录振荡频率。

表2-3

R

1K

10K

110K

f（MHz）

X

5.714

5.666

2）IEQ对频率的影响

C10接B，C2接C，C5接A，R5接D，改变IEQ，记录振荡频率。

表2-4

IEQ（mA）

1

2

3

f（MHz）

X

5.698

5.666

八、注意事项

1、实验频率较高，实验电路中的所用电容容值也较小，所以实验中所采用的接线要尽量短，否则将会产生较大的寄生电容，影响实验结果。

2、需临时改接线时，要先关电源再改接线路。

3、实验时接通电源前要认真检查接线是否正确，无把握时应经指导教师检查后方可接通电源。

九、实验报告要求

1、写明实验目的；

2、画出实验电路的直流与交流等效电路图；

3、整理实验数据，分析实验结果。

实验三乘法器振幅调制器

一、实验类型

验证型实验

二、实验目的与任务

1、掌握用乘法器实现全载波调幅与抑制载波双边带调幅的方法；

2、掌握测量调幅系数的方法。

三、实验基本原理

1、乘法器调制原理

调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度使振荡幅度随着调制信号瞬时值进行线性变化。

而载波的频率和初相位则保持不变。

实现调幅的方法很多，本实验采用MC1496集成模拟相乘法器来实现调幅。

如图3－1所示：

图3－1振幅调制器（利用乘法器）

四、预习要求

1、预习MC1496的有关内容；

2、复习幅度调制的有关原理。

图3-2MC1496管脚图

五、实验仪器与设备

1、示波器

2、高频信号发生器

3、万用表

六、实验内容

1、测量直流调制特性

2、实现全载波调幅

3、实现抑制载波调幅

七、实验步骤

实验电路如图3-1所示，接好地线与12V线、-8V线，接通电源。

1、测量直流调制特性

1）在Um加入VP-P=200mV，1KHz的调制信号，调整W2，用示波器观查输出信号最小。

2）去掉调制信号，在UC加入VP-P=20mV，100～500KHz的载波信号VC。

用万用表测TP1到TP2的电压V12。

以V12=0.1V为步长，记录W1由一端调到另一端的输出波形及峰值电压V0，注意观察相位变化。

根据公式V0=KV12VC，计算出系数K值。

表3-1

V12

0.42V

0.3

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

V0（P-P）

2.64V

2.44

1.82

0.94

0.12

0.90

1.79

2.32

2.74

K

注：

本实验的幅度值均是信号源输出端与负载连接后用示波器观察所得。

幅度调节方法：

例：

把调制信号与Um连接后，调信号源“信号幅度”旋钮，在示波器上显示VP-P=200mV即可。

2、实现全载波调幅

1）调节W1，使V12=0.1V，载波信号不变，调制信号频率不变，幅度从0增至200mV，观察输出波形，画出调制信号幅值为60mV时的调幅波形，并计算其调制度m。

2）载波信号不变，调制信号幅值取200mV，调节W1，观察输出波形的变化，记录m=30%，m=100%时的V12值。

3、实现抑制载波调幅

1）调W1使调制端平衡V12=0V，加入20mV，100KHz的载波信号，调制信号不加，观察输出；

2）载波输入不变，加入200mV，1KHz的调制信号，观察记录输出波形；

3）所加信号均不变，微调W2为某一值，观察记录输出波形。

Meishenmebianhua

八、注意事项

1、实验时防干扰接线要尽量短，接触要好。

2、需临时改接线时，要先关电源再改接线路。

3、实验时接通电源前要认真检查接线是否正确，无把握时应经指导教师检查无误后再接通电源。

九、实验报告要求

1、整理实验数据，画出直流调制特性曲线；

2、画出全载波调幅与抑制载波调幅波形图；

3、画出实现抑制载波调幅时改变W2后的输出波形，分析其形成的原因。

实验四变容二极管调频器

一、实验类型

验证型实验

二、实验目的与任务

1、掌握变容二极管调频器电路原理；

2、了解调频器调制特性；

3、观察寄生调幅现象。

三、实验基本原理

实验电路见图4－1

图4-1

上图中，C11、C16、C17、L3及L4为电源滤波回路，用于防止高频信号对直流电源回路产生影响。

三极管T1及其附属电路为变容二极管调频振荡器，三极管T2及其附属电路为对调频信号进行放大，三极管T3及其附属电路为射极跟随器，用于提高整个电路的带负载能力。

三极管T1及其附属电路的工作原理为：

电源、R13、W1、R2为变容二极管工作提供合适的静态工作点，C1、C2为滤波电容。

C3、L1、C4为低通滤波器，用于滤波输入低频信号中的高频干扰。

C7为耦合电容。

T4为变容二极管，L2、C5、C6、T4为三点式振荡器的一个等效元件，接在集电极和基极之间。

C8、C9构成电容三点式的另二个元件，分别接在三极管T1的发射极二侧。

由于变容二极管的静态电容会随温度、偏置电压的变化而变化，造成中心频率的不稳定，在电路中电容C5、C6的加入可以提高振荡电路的中心频率稳定度，也可以减少高频振荡信号对变容二极管的影响，但C5、C6的接入电路，其调制灵敏度和最大频偏都要降低。

四、预习要求

1、复习变容二极管的电压与电容关系特性；

2、复习调频原理及变容二极管调频原理。

五、实验仪器与设备

1、示波器

2、频率计

3、万用表

六、实验内容

1、静态调制特性测量

2、动态测试

七、实验步骤

实验电路如图4-1所示，接好地线与12V线，接通电源。

1、静态调制特性测量

输入端不接调制信号。

输出端接示波器，调W1，测TP1直流电压在0.5-9V之间变化；调W2与W3，使输出波形为正弦波，记录不同TP1电压值时的不同输出频率f0，分AB接与不接两种情况测量。

表4-1

TP1电压（V）

0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

F0

AB接

AB不接

2、动态测试

TP1置于6V，输入接1KHz的正弦信号，从0V开始增大幅值，直到从示波器观察的调频波频偏最大为止。

分AB接与不接两种情况做实验。

观察频偏从0到最大的波形变化过程。

改变输入信号频率，观察不同频率下频偏效果。

表4-2

调制信号频率

100HZ

200HZ

1KHZ

5KHZ

10KHZ

频偏（有、无、明显、不明显）

八、注意事项

1、需临时改接线时，要先关电源再改接线路。

2、实验时接通电源前要认真检查接线是否正确，无把握时应经指导教师检

九、实验报告要求

1、整理实验数据；

2、画出静态调制特性曲线，求出调制灵敏度；

3、画出动态调制波形。