高频电路实验指导书.docx
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高频电路实验指导书
高频电路实验
济南大学信息科学与工程学院
电子信息实验中心
实验要求
1、如果条件许可，实验前将实验内容进行EWB仿真。
2、必须充分预习，完成指定的任务。
预习要求如下：
1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。
2）预习各实验内容及步骤。
3）熟悉实验所用仪器的使用方法及注意事项。
3、使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法和注意事项，在使用时应严格遵守操作规程，并根据实验指导书中的常见问题自查，以保证实验顺利进行。
4、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误后才能接通电源，初学或没有把握者应经指导老师审查同意后再接通电源。
5、高频电路实验注意：
1）将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。
2）由于高频电路频率较高，分布参数感应的影响较大。
所以在接线时连接线应尽可能短。
接地点必须接触良好，以减少干扰。
3）做放大器实验时，如发现削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否准确，输入信号是否过大。
6、实验时应注意观察，如发现有破坏异常性现象应立即关断电源，保护现场，报告指导老师。
找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续实验。
7、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。
8、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果。
所记录的实验数据经指导老师审阅签字后再拆除实验线路。
9、实验结束后必须关断仪器电源、并将仪器、工具、导线等按附录七的要求归类整理好，检查完毕方可离开，否则扣实验操作分。
10、实验前每个同学必须写预习报告,实验中记录数据,老师签字后才可以带走,实验后写实验报告（实际实验操作报告）。
实验报告写法见最后一页。
11、实验前必须详细阅读本实验指导书！
实验一熟悉实验仪器
一、实验目的
熟悉BT3－D型频率特性测试仪、LSG-17型宽频带信号发生器、XD-22C型低频信号发生器、DA22A型超高频毫伏表、NFC-1000C-1型多功能计数器、XJ4339型双踪示波器、MY-65型万用表的，TPE-GP2高频电路实验学习机功能及具体使用方法。
二、预习要求
附录1－6中各仪器的说明及注意事项。
三、实验仪器
通过附录学习下列仪器的使用方法和使用技巧。
每次实验前所有仪器预热30分钟。
1、LSG-17型宽频带信号发生器
2、数字示波器
3、XD-22C型低频信号发生器
4、DA22A型超高频毫伏表（2个）
5、NFC-1000C-1型多功能计数器
6、MY-65型万用表
8、TPE-GP2高频电路实验学习机
四、实验内容
1、对照图检查实验台抽屉里或实验台上仪器所接的线缆数量，类型，有问题报告老师
2、熟悉各仪器的使用：
每台仪器对应的连接线缆及正确连接方法和使用方法
图1-1实验台上仪器摆放实物图
上图中左上方的仪器为高频信号发生器，其上插着的是高频信号发生器线缆，红正黑负，红接信号端，黑接地端。
上图中左下方的仪器是低频信号发生器，其上插着的是高频信号发生器线缆，红正黑负，红接信号端，黑接地端。
上图中中间两个仪器是毫伏表，测量高频信号幅度有效值，也有信号端，地端。
上图中右上方的仪器是计数器（频率计），使用的线缆和低频信号发生器是一种类型，红正黑负，红接信号端，黑接地端。
注意：
每个仪器线缆是对应的，不要接错！
！
正负端不要接错！
！
图1-2示波器的线缆是两根像笔一样的探头，笔上钮推在*1,不允许接错。
每个实验台有9个仪器，分为3种类型：
产生信号的信号发生器；处理信号的高频电路实验箱和电路板（电路板是每次实验发给同学们的）；测量输入输出信号的测量仪器。
第一类：
信号发生器：
低频信号发生器，高频信号发生器
低频信号发生器可以产生1HZ—1MHZ的正弦拨，脉冲，TTL电平
但是如果要产生300KHZ以上频率的信号，不要使用低频信号发生器，改用高频信号发生器，避免产生的信号不好；而且低频信号发生器的幅度读数是有效值，甚至不准，要用示波器测量读数。
高频信号发生器产生的信号频率范围：
100KHZ—150MHZ
第二类：
高频实验箱：
可以放上我们学习过的不同功能模块的实验电路板，对输入信号进行处理后并输出信号，并且自带函数发生器和波形变换器。
第三类：
测量仪器：
测量高频信号有效值——超高频毫伏表；显示信号频率数值—计数器；直观的，既能观察波形又能读出幅度大小和周期——示波器！
尤其熟悉示波器的读数方法。
纵坐标，横坐标，一格的数值是多大
3、用信号发生器（高、低频信号发生器）分别产生一个10KHZ,峰峰值为1V的低频正弦波信号和一个10MHZ,峰峰值为0.5V的高频正弦波信号。
用示波器测量幅度，计数器测量频率,并记录数据.
操作中的常见问题自检：
（1）高频信号发生器：
High钮是调节输出信号幅度的,Fine钮是幅度细调。
调节幅度时，只有打在High上，幅度旋钮Fine（细调）才可用，否则幅度不变化；LOW是输出低电平。
高频信号发生器黑色拨动开关打在EXT端即最右端，否则输出波形不对。
另外，本实验室的高频信号发生器所产生的高频信号幅度最大可调到峰峰值为0.8-1V。
（2）计数器：
如果按下Hold，计数器的示数将不变化，所以一般不要按下。
如果测量的信号幅度太小，计数器将闪烁，不能正确显示读数。
解决方法：
把高频信号或低频信号的幅度通过调节旋钮加大幅度，直到显示频率值。
而且，计数器的接入对信号波形影响很大，所以测量好频率后就去掉计数器，即使关机也会影响波形。
去掉后，示波器上波形才不会失真。
（3）示波器：
时间轴旋钮外轴和内轴必须都向右拧到底，这时的波形，读数才是正确的，否则波形与实际不符，读数不准
示波器的象笔一样的探头上面的拨钮必须打在×1上，不能打在×10上，否则显示的信号为实际信号衰减了10倍。
示波器面板下方的DCAC不要按下，否则等于接地，没有信号波形了
使用示波器通道1测量信号，必须按下示波器面板上的CH1按钮。
使用示波器通道2测量信号，必须按下示波器面板上的CH2按钮。
锁定示波器波形的方法：
如何把下面左图中的信号波形变成右图清晰波形
图1-3未同步波形图1-4同步波形
把LOCK钮向右拧到底，慢慢拧动t/div旋钮，观察示波器屏幕上的波形是否同步，即不再跑动，成为清晰稳定的波形。
注意不要按下面板上其他的按钮，否则影响波形正确显示。
如果还是调不出单个波形，则按下AUTO按钮，重复刚才的步骤直到调出波形。
（4）每台仪器有自己的对应线缆，不要乱派对，对照附图记牢，每根线缆至少一端有两个分头，这是信号连接端和地端，注意正确和其他仪器或电路板连接时，应该信号端接在一起，地端连接在一起。
如图1-5，图1-6所示。
图1-5图1-6
（5）高频信号发生器和低频信号发生器的线缆由于不正确的使用造成夹子附近线在绝缘皮内断开。
线缆检查方法：
使用万用表的二极管档位，测线缆的红头与金属端的内针头是否连接良好；再测线缆的黑头与金属端的外壁（地端）是否接触良好，万用表鸣叫即表示接触良好，不响表示已经断开，需要焊接。
所以同学们再使用线缆过程中一定轻柔一些，不要用蛮力，否则线缆容易内伤，外表却看不出，耽误实验的时间。
注意：
如果后面的实验中遇到仪器使用的问题，请再回来复习仪器的使用及常见操作问题，提高自己解决问题的能力！
图1-6仪器接线示意图
五、实验报告
1．整理数据，画出波形图，标上幅度和频率。
2．总结各仪器的使用注意事项
实验二利用二极管函数电路实现波形转换
一、实验目的
利用二极管函数电路实现三角波→正弦波的变换，从而掌握非线性器件二极管折线近似特性等进行非线性变换。
二、预习要求
1．三角波→正弦波变换有关资料。
2．三角波→正弦波变换原理。
三、实验仪器
1．双踪示波器
2．万用表
3．实验板G1
四、实验内容
实验电路见图2-1,在实验箱上。
函数发生器
示波器
图2-2仪器接线示意图
仿真参数：
R1=10K,R2=15K,R3=22K,R5=R10=470,R6=R9=750,R7=R8=820
R4=R11=1.2K（2K,5.1K）
1．电路板上下两端电阻R4、R11分别选1.2KΩ，接至±5V电源，用万用表直流档测量并记录A、B、C、D、E、F各点的分压电压。
万用表表笔注意正负。
2．选择实验箱的函数发生器输出的波形为三角波，频率调至2KHz（接频率计即计数器测量），峰峰值VP-P调至8V（接上示波器，在屏幕上观察，读数），然后把信号接入电路IN端，观察并记录OUT输出波形（读出并记录幅度和周期，频率）。
3．R4、R11电阻分别改接成2KΩ和5.1KΩ（即：
R4=R11=2KΩ，R4=R11=5.1KΩ），测量并记录各点分压电压，观察并记录OUT输出波形（读出并记录幅度和周期，频率）。
并分别与接1.2KΩ时相比较，分析原因。
操作常见问题：
1、8V的峰峰值达不到，原因是实验箱上的函数发生器的蓝色衰减按钮被按下了，应该再按一下，让按钮跳起，不衰减。
2、输出波形无法得到三角波，检查衰减按钮是否被按下，同1.
五、实验报告
1．整理数据，画出波形图。
2．分析改变分压电阻对正弦波的影响。
注意：
实验完毕，不要把仪器线缆拔下来，整理好后，整齐放在桌面上。
实验三调谐放大器
一、实验目的
1．熟悉电子元器件和高频电路实验箱。
2．熟悉谐振回路的幅频特性分析——通频带与选择性。
3．熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。
4．熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。
二、实验仪器
1．双踪示波器
2．扫频仪
3．高频信号发生器
4．超高频毫伏表（只有此实验使用超高频毫伏表！
）
5．万用表
6．实验板G1
三、预习要求
1．复习谐振回路的工作原理。
2．了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间的关系。
3．实验电路中，若电感量L=1µh,回路总电容C=220pf（分布电容包括在内），计算回路中心频率f0。
四、实验内容及步骤
（一）单调谐回路谐振放大器
1．实验电路见图3-1
仿真参数：
C1=C3=1000pF,C2=0.1μF,C4=C5=10nF,R1=15K,R2=6.2K,L2=330μH,
CT=1--20pF,
C=200pF,
R=10K,2K,470,
Re=1K,2K,500
L=1μH,L’=L’’=0.5μH.
2．静态测试
把实验板四腿插入实验箱的四孔中，实验板的地就应和实验箱的地连接好了，共地了。
也可以用一根导线将实验板和实验箱的地连接起来。
实验板先不接仪器，按原理图3-1在实验板上用导线仅连接好电源（注意先测量实验箱的+12V电源电压，无误后，关断电源再接导线）。
实验电路中选Re=1KΩ，R=10KΩ（在实验板上用导线连接好）。
用万用表直流电压档测量各静态工作点，计算并填入表3-1。
利用静态集电极电流约等于发射极电流，而发射极电流等于发射极电压除以发射极电阻。
计算
＝
，填入表中。
表3-1
实测
实测计算
根据VCE
判断V是否工作在放大区
原因
VB
VE
IC
VCE
是
否
※VB，VE三极管的基极和发射极对地电压。
3．动态研究
图3-2动态测试接线示意图
（1）．测放大器的动态范围Vi~V0（在振荡频率点）电路板上选R=10KΩ,Re=1KΩ，用导线连接至相应点。
关闭电源。
对照图3-2接仪器。
在信号输入端连接好四种仪器：
高频信号发生器，毫伏表1，示波器通道1和频率计（计数器）。
这样，高频信号发生器产生的信号，直接可以读出在频率计上读出频率，可以在示波器上观察到波形，还可以在毫伏表上读出信号电压有效值，非常方便。
在信号输出端连接好示波器通道2和毫伏表2.
打开实验箱和其他仪器的电源。
先产生10.7MHZ的高频信号：
调节高频信号发生器的频率档位，读计数器显示的频率，直到信号频率为10.7MHZ，在示波器屏幕上观察波形及幅度。
不要读信号发生器上的频率，不准，要读频率计的读数。
这一步常见问题：
如果频率计不显示读数，可能因为信号幅度太小，要调节高频信号发生器幅度旋钮Fine（注意在HIGH档上才可以调），直到稳定显示频率读数。
然后去掉频率计不用。
频率计对输入端波形影响很大，造成观测波形失真，即便不开频率计电源，只要线缆接在电路中，对波形影响也是很大的。
所以在这一步中，可以用频率计单独测量出信号频率后就可以去掉频率计不用了。
2）当产生出10.7MHZ频率的信号后，用螺丝刀缓慢旋转调节电路板上可变电容CT使回路谐振，如何判断谐振？
示波器屏幕上通道2显示的输出波形幅度为最大并且不失真时即是。
必须调节谐振，否则后面测量数据不对。
选择正常放大区的输入电压Vi，调节Vi由0.02伏变到0.3伏（用毫伏表读数，如果毫伏表指针摆动，换量程再读数，各电路板略有不同，不能跳到0.3V的，以实际调到的幅度为准），逐点记录V0电压，并填入表3-2。
输入输出波形可以同时在示波器屏幕上显示，可以更直观的看到波形，并进行比较。
表3-2
Vi（V）
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.2
0.24
0.3
V0（V）
Re=1K
Re=2K
（2）．当Re为2KΩ时，在电路板上连接好后，重复过程
（2），然后将结果填入表3-2。
根据表3-2的数据在同一坐标纸上画出IC不同情况下的输入输出的动态曲线，并进行比较和分析。
（3）．测量放大器的频率特性
电路连接不变，Re=2KΩ,选择正常放大区的输入电压Vi,保持输入电压Vi不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，可以通过读计数器的数值获得频率，测得在不同频率f时对应的输出电压V0（读毫伏表），将测得的数据填入表3-3。
频率偏离范围可根据（各自）实测情况来确定。
表3-3
f（MHz）
9.0
9.8
10.3
10.4
10.7
10.9
11.3
11.5
12
V0
R=10KΩ
R=2KΩ
计算f0=10.7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
（5）．改变谐振回路电阻，即R为2KΩ，重复上述测试，并填入表3-3。
比较通频带情况。
五、实验报告
1．写明实验目的。
2．画出实验电路的直流和交流等效电路，计算直流工作点，与实验实测结果比较。
3．写明实验所用仪器、设备及名称、型号。
4．放大器的动态范围是多少（放大倍数下降1dB的折弯点V0定义为放大器动态范围）,讨论IC对动态范围的影响。
实验四高频功率放大器（丙类）
一、实验目的
1．了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的计算与设计方法。
2．了解电源电压VC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
二、预习要求
1．复习功率谐振放大器原理及特点。
２．分析图4-1所示的实验电路，说明各元器件作用。
三、实验仪器
１．双踪示波器
２．扫频仪
３．高频信号发生器
４．万用表
５．实验板G2
注意：
本实验不使用超高频毫伏表
仿真参数：
R1=10K,R2=R7=6.2K,R5＝1k，R6＝22K,R9=30,R10=10
L1=L2=1μH，L3=10μH，L4=L5=L7=L8=330μH，L6=2.2μH
C1=C8=1000pF,C3=0.1μF,C4=C6=470pF,C7=C10=C11=C12=C13=10n，
L3=10μHCT1=CT2=1--20pF,R3=R8==1KRL=120,75,51;
第一级和第二级为小信号调谐放大器，第3级为高频功率放大器，功放管
图4-2电路板第3级高频功放
四、实验内容及步骤
１．实验电路见图4-1.
高频功率放大器是发射机的一个重要组成部分。
它的任务是：
以高效率输出最大的高频功率。
由于高频功放往往是放大高频窄带信号，用谐振回路作为集电极的负载，因此，高频功率放大器几乎都采用导通角θ≤的丙类工作状态。
虽功率增益比甲类和乙类小，但效率却比甲类和乙类高。
实验电路及公式介绍:
图4-2为高频功放，基极无直流偏置，基极为自给偏置方式。
L5,C8,C9构成谐振回路，作为放大器的负载，谐振频率约为6.5MHz。
L7、C11,L8、C12、C13组成电源退耦电路。
输出功率：
是指放大器负载RL上得到的最大不失真功率。
即：
（UL为有效值）
效率：
是指输出功率和电源提供功率的比值。
即:
（实验本可以直接为功放管即从电路板的B点输入：
Uip-p≈2V的正弦信号来研究功放的状态，但由于实验室的高频信号发生器无法产生这么大的幅度。
所以采用仍然利用电路板上一二级小信号调谐回路先放大信号的办法，使得B点输入幅度能达到Uip-p≈2V。
）
实验步骤：
先调一二级小信号调谐回路谐振：
（1）先单独产生6.5MHZ的高频信号：
按图4-3，高频信号发生器和频率计、示波器通道1线缆接好，调节信号发生器的频率档，使计数器频率示数为6.5MHZ；如果频率计不出数值或一直变化，不稳定，说明信号幅度太小了，无法测量出频率。
此时应把高频信号发生器的High钮按下，调节幅度微调Fine，使信号幅度增大，直到频率计显示数值为6.5MHZ.。
观察示波器显示波形保证产生信号正常。
然后频率计放置一边不用，如果继续接在电路中，可能影响其他仪器读数准确性。
（2）把实验板四腿插入实验箱四孔中，按图4-1接好实验板所需+12V电源，将C、D两点短接，负载RL=75Ω接至OUT（用导线连接）。
利用实验三的方法先调一级谐振：
按照图4-4把调好的6.5MHZ信号接到电路板的IN端，同时接上示波器通道1观察输入信号波形，幅度要小点，峰峰值为80mv左右，如果输入的高频信号幅度太大，后级输出的输出波形就会失真，具体可以多大以输出波形不失真为准。
第一级输出端点A接示波器通道2。
用螺丝刀调节CT1，通过观察示波器屏幕上通道2的波形，即波形幅度达到最大，即第一级调谐完成。
注意：
第一级调谐效果可能不太明显，但也要调到最大。
此步骤经常出现的操作问题：
示波器上显示的二级输出信号失真严重，原因：
高频信号幅度太大
示波器上显示的输出信号虚晃失真，原因：
高频信号幅度在10MV以下，太小
（3）第一级调谐好后，将示波器通道2接在B点，观察Ｂ点输出波形，调节CT2，同样输出波形幅度最大且不失真时，第2级调谐完成。
第二级调谐中，能观察到输出B点波形幅度变化会非常明显，幅度也很大，如果1、2通道的幅度旋钮都打在同样的如50mv档上，明显看出输入与输出波形的幅度比例，看到放大作用。
以下步骤可以不做。
（4）把示波器通道2接OUT，如果波形不失真，就不用做（5）。
如果波形不好，最好做（5）。
（5）第3级调谐：
示波器通道2接至输出端OUT处，微调高频信号发生器的频率，在示波器屏幕上观察输出波形幅度为最大的不失真波形。
此时对应的频率即为谐振频率点（记录该频率值）。
图4-3产生信号示意图
图4-4一二级回路调谐仪器连接示意图
2.第3级高频功放三种工作状态的观测并在数据纸上画波形。
三种工作状态是指：
欠压、临界和过压。
仪器连接：
把示波器通道1接到第3级功放管的输入B点处
测试条件：
UCC=12V，RL=75Ω，B点为功放输入，Uip-p≈2.0V。
示波器通道2接在发射极电阻R10两端（因发射极电压波形与集电极电流波形相同）。
逐渐增大激励电压（即逐渐增大高频信号发生器的幅度，调FINE），即可观察到欠压、临界和过压时的集电极电流余弦波波形，并在数据纸上记录实际波形。
图4-5三种工作状态波形
3.导通角θC、输出功率Po及效率η的测量
测试条件：
UCC=12V，RL=75Ω，回路谐振，并在临界状态下进行（临界状态通过改变输入信号Ubm的值并观察波形改变情况判断是否为临界状态）。
1）θC的测量：
用示波器测量发射极电阻R10上的电压波形（临界状态），测量结果如下图所示。
根据时间轴每格读数，记录T2和T1数值，计算θC
图4-6发射极电阻R10上的电压波形（临界状态）
2）输出功率Po的测量：
（Uo为有效值）
3）效率ηC的测量：
4）PE=PD电源功率的测量
PD=ICOUCC
ICO测量方法：
先关掉实验箱电源，在集电极回路中C、D两插孔串入万用表。
注意：
测量Ic0时使用万用表直流电流档，量程打在直流档10上，红色表插入10A插孔内，黑色表笔插入com插孔内，两只表笔千万不能短接，接错会烧表！
使用完毕务必把档位打回电压档上！
4.负载特性的测试
负载特性曲线如下图所示：
图4-7负载特性曲线
测试条件：
UCC=12V，RL先用75Ω
1）关掉实验箱电源，在集电极回路中C、D两端插孔串入万用表并置于直流10档。
负载电阻RL接75Ω。
注意：
测量Ic0时使用万用表直流电流档，量程打在直流档10上，红色表插入10A插孔内，黑色表笔插入com插孔内，两只表笔千万不能短接，接错会烧表！
使用完毕务必把档位打回电压档上！
2）示波器通道1接B点，示波器通道2接OUT。
打开电源后，记录万用表此时读书，调入表4-1Ic0中。
用短路线连接C、D.用万用表直流电压档测量第3级管的
VB,VE,VCE,填入下表。
在示波器屏幕上同时观察B点和OUT波形，将输入和输出波形的幅度数值填入表中，注意单位。
电路板的B点输入的信号应为：
f≈6.5MHz或调好的3级谐振频率，此频率值填入下表。
B点的信号电压峰峰值为Uip-p≈2V的正弦信号。
提示：
示波器可以同时观察两个波形
图4-8示波器同时显示两个通道波形
3）分别改变RL的值，填表4-1.
表4-1
f=MHz
实测（第3级功放管）
实测计算
VB
VE
VCE
Vi
V0
Ic0
PD
PO
PC
η
VC=12V
RL=51Ω
RL=75Ω
RL=120Ω
其中：
Vi：
B点输入电压幅度
V0：
输出电压幅度
Ic0：
电源给出总电流
PD：
电源给出总功率（PD=VCI0）（VC为电源电压）
P0：
输出功率
Pc：
管子损耗功率
五、实验报告要求
１．记录相关数据和波形
2.根据实验测量结果，计算各种情况下IC、P0、PD、η。
3.．说明电源电压、输出电压、输出功率的相互关系。
实验五LC电容反馈式三点式振荡器
一、实验目的
1．掌握LC三点式振荡电路的基本原理，掌握LC电容反
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