通信电子线路_实验指导书

1、徐州工程学院通信电子线路实验指导书电子科学与技术教研室SINCE 2012目 录前 言1实验一 小信号调谐放大器实验5实验二 高频谐振功率放大器实验9实验三 LC、晶体正弦波振荡电路实验15实验四 集成乘法器幅度调制实验23实验五（1） 二极管包络检波实验31实验五（2） 调幅波同步解调实验37实验六 锁相实验（基础部分）40实验七 无线电发送与接收实验46通信电子线路实验教学大纲48前 言JH5007A+新型高频电子电路实验系统介绍一、 概述南京捷辉科技有限公司经过多年的生产实践和市场应用调研，在原有JH5007高频电子电路综合实验箱的基础上，又隆重推出了JH5007A+高频电子电路综合实验

2、系统，为各类高等院校的高频电子电路综合实验教学提供了更为先进的实验平台，该产品在保留了JH5007高频电子电路综合实验系统特点的基础上，对产品进行了大幅度的改造升级，该新型高频电子电路综合实验系统紧密配合当前大学该课程各章节的主要教学内容，力求涵盖相关的各个基本知识点，使学生在课堂理论教学的基础上有条件、有机会亲自动手了解和熟悉高频电子电路的结构、工作原理、关键技术及常用测量方法，增加实践知识，提高学习兴趣和动手能力，为今后从事相关领域的工作积累经验。二、本新型高频电子电路综合实验系统主要有以下几大特色1、与目前大专院校中实用的专业课程教材配合十分紧密。为紧密配合教学需求，本新型高频电子电路综

3、合实验系统的设计包含了课堂教学各章节的大部分可操作实验。其中包括：LC、晶体正弦波振荡电路实验，小信号调谐放大器实验，高频谐振功率放大器实验，变容二极管调频实验，电容耦合相位鉴频器实验，集成乘法器幅度调制实验与同步解调实验，二极管包络检波实验，晶体三极管混频电路实验，集成锁相环基本原理实验，锁相环调频发射与接收鉴频实验，无线电发送与接收实验等。 2、开放性强设置了尽可能多的信号观察点和测试点，使学生通过实验，不仅能熟悉各类高频电子电路的结构，还能直观的了解信号产生、传输过程中各个关键点的信号形态特点；实验系统涉及基本原理的各个模块中，还设置了较多的调节旋钮，使学生可以在确保安全的前提下灵活地改

4、变系统模块的各项主要参数，能够观察到参数的变化对系统性能的影响，进一步加深对基本知识点的理解。3、采用通用化设计思路和模块化结构，并配置了完善的测试仪表模块。这种先进的模块化设计理念，使系统大大扩展了应用范围，且便于产品维护，缩短维修周期，降低维修成本，显著地提高了实验设备的完好率和可利用率，并可根据今后教材修订、提高后的需求，平滑升级为更加新颖完善的系统。为方便用户使用，JH5007/A+新型高频电子电路综合实验系统内均配置了低频信号源模块、高频信号源模块和精密数字频率计模块，统称为“仪表模块”。其中低频信号源模块可产生方波、正弦波和三角波等函数波形，信号频率及各波形的输出幅度均可独立调节，

5、主要用于在各类调制/解调实验中产生发端原始调制信号。频率范围按不同应用分为两档，第一档为10Hz1.5KHz；第二档为10KHz700KHz。高频信号源模块可分多档粗调选择频率范围，每一档内又可进行连续细调。主要用于产生1.5MHz20MHz频率范围内的高频正弦波信号，作为各类调制/解调实验中的载波，或与其它功能模块配合扩展实验内容（例如高频信号的混频实验）。粗调共有6档，频率范围分别为：第一档为1.52MHz, 第二档为23MHz,第三档为34.5MHz,第四档为4.58MHz,第五档为 814MHz,第六档为1420MHz,由于总的振荡频率覆盖范围较大，而且每一档内的连续频率细调又是合用同

6、一个可变电容，所以设置“补偿”控制开关，以兼顾各档的实际振荡频率值。说明：当进行小信号调谐放大器实验、高频功率放大器实验时，要求电路规定的谐振频率符合输入信号频率；当进行晶体三极管混频电路实验时，要求某一输入信号频率高度稳定以便于观察混频效果，因此建议采用LC、晶体正弦波振荡电路实验模块的10.244MHz输出信号作为高频信号源，以避免由于使用者设置信号源频率时偏差过大，造成谐振电路调整过度而损坏元件。精密数字频率计模块可测量从极低频率（16Hz）直到15MHz以上的信号频率。上述仪表模块固定安放于机箱上部第一横排，便于观察使用。和其它实验功能模块一样，是借助模块四角的焊盘及紧固螺钉引入所需各

7、种电源的，但须注意：仪表模块的螺钉位置与其它实验功能模块不同，以示区别，因而仪表模块只能按指定顺序安装于机箱上部第一横排。从左到右分别为低频信号源模块、高频信号源模块和精密数字频率计模块。而其它实验功能模块则可安排于下部的任意位置。4、为防止各个高频模块在非使用情况下无谓的耗电，减少系统个各模块之间的高频串扰和噪声，各高频模块的主要供电接入端都设有电源按钮开关。三、电路组成及模块配置1、JH5007/A+新型高频电子电路综合实验系统由3个仪表模块、11块实验功能模块、高频与低频连接电缆、电源模块及机箱等组成。原理性实验模块可根据用户需求任意选用与扩充（参见下部示意图）。高频信号源模块频 率 计

8、模块低频信号源模块备用实验功能模块插槽实验功能模块3实验功能模块2实验功能模块1实验功能模块6实验功能模块5实验功能模块42、本新型高频电子电路综合实验系统标配实验功能模块内容如下：标配实验功能模块：模块A1 集成乘法器调幅实验模块A3 调幅信号同步解调实验模块A4 二极管包络检波电路实验模块A5 LC、晶体正弦波振荡电路实验模块A6 变容二极管调频实验模块A7 电容耦合相位鉴频实验模块A8 晶体三极管混频电路实验模块A9 小信号调谐放大器实验模块A10高频功率放大器实验模块A17集成锁相环测试及调频实验模块A18集成锁相环鉴频实验3、本新型高频电子电路综合实验系统可为教学提供的主要实验内容如

9、下：实验一 集成乘法器幅度调制实验 （低频源+高频源+A1）实验二 二极管包络检波实验 （低频源+高频源+A1+A4）实验三 调幅波同步解调实验 （低频源+高频源+A1+A3）实验四 LC、晶体正弦波振荡电路实验 （A5+频率计）实验五 晶体三极管混频电路实验 （高频源+A5+A8+频率计）实验六 变容二极管调频实验 （A6+频率计；A6+低频源）实验七 电容耦合相位鉴频器实验 （A6+低频源+A7）实验八 小信号调谐放大器实验 （A9+A5）实验九 高频谐振功率放大器实验 （A10+ A5）实验十 集成锁相环基本性能实验 （低频源+A17+频率计）实验十一 锁相环调频发射与接收实验 （低频源

10、+A17+A18）实验十二 无线电发送与接收实验 （低频源+A6+A10+A9+A7）信号源、频率计参数及使用说明：1. 低频信号源：JS01设在左边，低频源输出频率201500Hz 幅度：方波0.55Vpp，正弦波0.510Vpp，三角波0.55Vpp JS01设在右边，低频源输出频率10700KHz 幅度：方波010Vpp，正弦波01Vpp，三角波05Vpp JS02设在左边时扬声器为关状态，设在右边时为开状态。2. 高频信号源：分为六档，频率范围为1.5MHz20MHz 第一档为1.52MHz, 02.5Vpp第二档为23MHz, 01Vpp第三档为34.5MHz, 02Vpp第四档为4

11、.58MHz, 02Vpp第五档为 814MHz, 01Vpp第六档为1420MHz 01Vpp由于总的振荡频率覆盖范围较大，而且每一档内的连续频率细调又是合用同一个可变电容，所以设置“补偿”控制开关，以兼顾各档的实际振荡频率值.3. 数字频率计 可测量从极低频率（16Hz）直到15MHz以上的信号频率。实验一 小信号调谐放大器实验一、 实验目的1 进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。2 掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。3 掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试。二、实验使用仪器1小信号调谐放大器实验板220MH双踪示波器3. 万用表4.扫频仪（

12、可选）三、实验基本原理与电路1、 小信号调谐放大器的基本原理小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路， 其作用是有选择地对某一频率范围的高频小信号信号进行放大 。 所谓“小信号”，通常指输入信号电压一般在微伏毫伏数量级附近，放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC调谐回路）。这种放大器对谐振频率及附近频率的信号具有最强的放大作用，而对其它远离的频率信号，放大作用很差，如图4-1所示。图4-1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线小信号调谐放大器技术参数如下：增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力1.通频带和选择性：通常规

13、定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围为高频放大器的通频带，用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性，通常引入参数矩形系数K0.1，它定义为式中，B0.1为相对放大倍数下降到0.1处的带宽，如图8.1所示。显然，矩形系数越小，选择性越好，其抑制邻近无用信号的能力就越强。稳定性：电路稳定是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频放大器，当电路参数随温度等因素发生变化时，会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变，甚至发生自激振荡。由于高频工作时，晶体管内反馈和寄生反馈较强，因此高频放大器很容易自激。因此，必须采取多种措施来保证电路的稳定，如合理地设计电路、限制每级

14、的增益和采取必要的工艺措施等。噪声系数：为了提高接收机的灵敏度，必须设法降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成，降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此，在设计前级放大器时，要求采用低噪声器件，合理地设置工作电流等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。2.实验电路小信号调谐放大器实验电路如图4-2。图4-2 小信号调谐放大器实验电路四、实验内容 1静态工作点与谐振回路的调整。2放大器的幅频特性及通频带的测试。3 测试品质因数对放大器的幅频特性及通频带的影响。五、实验步骤1静态工作点与谐振回路的调整 在实验箱主板上插上小信号调谐放大器实验电路模块。接通实验箱上电源开关电源指

15、标灯点亮。J1接R1，实验箱上高频信号源10.7MHz信号（来自LC、晶体振荡电路模块，要求电路规定的谐振频率符合输入信号频率）由IN1端接入小信号调谐放大器实验电路，幅度在100 mV左右。 在OUT端用示波器，观测到放大后的输入信号，调整电位器RW2和微调电容CV2, 使输出信号幅度最大。2放大器的放大倍数及通频带的测试 放大倍数测试 断开J2，连接J1，用示波器分别测出TP1端电压Ui和OUT端电压Uo，放大倍数为：Au=Uo/Ui （2）通频带测试 由于本小信号调谐放大器品质因数较高，直接测量B0.1较困难，本实验通过测量B0.7，由B0.1 =10 B0.7来推算B0.1。 保持输入

16、信号幅值Ui不变，f1、f2分别是f0时的输出幅值的0.707对应频率;f0 MHzf1 MHzf2 MHZ3测试品质因数对放大器的幅频特性及通频带的影响接上J2，RW1调整到一个合适值，测试幅频特性，并得到谐振时放大倍数和通频带。表4-1 幅频特性 Ui： mV 输入信号频率f(MHZ)输出电压幅值U0(mv)六、实验报告要求1整理按实验步骤所得的数据，放大器的幅频特性曲线。2由实验数据分析品质因数对谐振时放大倍数和通频带的影响。3如有扫频仪，可利用扫频仪扫出放大器的幅频特性曲线。4.总结由本实验所获得的体会。实验二 高频谐振功率放大器实验一、 实验目的4 进一步掌握高频谐振功率放大器的工作

17、原理。5 掌握谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。6 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。二、实验使用仪器1小信号调谐放大器实验板220MH双踪示波器3. 万用表三、实验基本原理与电路1.高频谐振功率放大器原理电路高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。放大器电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的180，效率最高为50，而丙类功放的

18、90，效率可达到80。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。高频谐振功率放大器原理电路如图9-1。图5-1 高频谐振功率放大器的工作原理图中ub为输入交流信号，EB是基极偏置电压，调整EB，改变放大器的导通角，以改变放大器工作的类型。EC是集电极电源电压。集电极外接LC并联振荡回路的功用是作放大器负载。放大器工作时，晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图9-2所示。晶体管转移特性如图2.2中虚线所示。由于输入信号较大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。 图中为管子导通电压，gm为特征斜率。设输入电压为一余弦电压，即 ub=Ubmc

19、ost则管子基极、发射极间电压uBE为uBE=EB+ub=EB+Ubmcost在丙类工作时，EB，在这种偏置条件下，集电极电流iC为余弦脉冲，其最大值为iCmax，电流流通的相角为2，通常称为集电极电流的通角，丙类工作时，1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。图4-1 调幅波的波形 （2）. 普通调幅波（AM）的频谱 普通调幅波（AM）的表达式展开得： （5-2） 它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图4-2所示的频谱图，在这个图上调幅波的每一个正弦分量用一个线段表示，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表其频率。 图4-2 普通调幅波的频谱图调幅的过程就是在频谱上

20、将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。在单频调制时，其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍，即 （3）普通调幅波（AM）的功率 载波分量功率： 上边频分量功率： 下边频分量功率： 因此，调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为： 可见，边频功率随的增大而增加，当时，边频功率为最大，即。这时上、下边频功率之和只有载波功率的一半，这也就是说，用这种调制方式，发送端发送的功率被不携带信息的载波占去了很大的比例，显然，这是很不经济的。但由于这种调制设备简单，特别是解调更简单，便于接收，所以它仍在某些领域广泛应用。(二) 抑制载波双边带调幅（）(1)抑制载波双边带调幅（）的表达式、波形 由于载

21、波不携带信息，因此，为了节省发射功率，可以只发射含有信息的上、下两个边带，而不发射载波，这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅，简称双边带调幅，用表示。可将调制信号和载波信号直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到。双边带调幅信号写成： 为由调幅电路决定的系数；是双边带高频信号的振幅，它与调制信号成正比。双边带调幅的调制信号、调幅波形如图4-3所示。双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。图4-4为频谱图。由以上讨论可以看出调制信号有如下的特点： 图4-3 双边带调幅的调制信号、调幅波 图4-4 频谱图（a）信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，的包络不再反映调制信号的形状，仍保持

22、调幅波频谱搬移的特征。（b）在调制信号的正负半周，载波的相位反相，即高频振荡的相位在瞬间有的突变。（3）调制，信号仍集中在载频附近，所占频带为 由于调制抑制了载波，输出功率是有用信号，它比普通调幅经济。但在频带利用率上没有什么改进。 (三) 抑制载波单边带调幅（）实现抑制载波的单边调幅的方法很多，其中最简单的方法是在双边带调制后接一个边带滤波器，它可以取出一个边带，抑制掉另一边带。当边带滤波器的通带位于载频以上时，提取上边带，否则就提取下边带。用这种方法实现单边带调幅的数学模型如图4-5所示。图4-5 实现单边带调幅信号的数学模型 通过边带滤波器后，就可得到上边带或下边带即：下边带信号 上边带

23、信号 从上式看出，信号在传输信号时，不但功率利用率高，而且它所占用的频带比AM、DSB减小了一半，即，频带利用充分，因此已成为短波通信中的一种重要调制方式。2. 集成模拟乘法器MC1496工作原理实现调幅 的方法很多，目前 集成模拟乘法器得到广泛的应用。本实验采用 MC1496集成模拟乘法器来实现普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅（）。MC1496图4-6 MC1496的内部电路及引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图4-6 所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5

24、、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压ux，1与4接另一输入电压uy，输出电压u0从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电，器件的静态工作点由外接元件确定，静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集一基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。一般情况下，晶体管的基极电流很小， ，三对差分放大器的基极电流I8、I

25、10、I1和I4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源（+UCC的典型值为+12V），由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0的大小，即当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-UEE(一般接-8V)，5脚通过一电阻R5接地，因此，改变R5也可以调节I0的大小，即根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取I0I51mA左右。3.实验电路集成乘法器幅度调制实验电路如图4-7。图4-7 MC1496构成集成乘法器幅度调制实验电路四、实验内容 1模拟乘法器的调节。2普通调幅波（AM）的产生

26、，调幅系数ma测量与调整。3抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）的产生与观测。五、实验步骤1模拟乘法器的调节 在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。 信号源参数调节如下（示波器监测）：调制信号源： 频率范围：1kHz， 波形选择：正弦波，输出峰-峰值：300mV左右载波信号源：工作频率：5-10.7MHz（任选，建议采用6.5MHz或10.7MHz）用频率计测量，输出幅度（峰-峰值）500mV左右，用示波器观测。 调整步骤（进行平衡调节和载漏调节，此步可省）： 在IN1端加入载波信号，（IN3调制信号暂不加），TP1点监测幅度。调节RW2使O

27、UT端输出电压幅度最小（理想值为0V）。在IN3端加入调制信号，（载波信号暂不加），TP2点监测幅度。调节RW1使出电压幅度最小（理想值为0V）。反复进行上述调整，使OUT端输出电压幅度达到最小。2普通调幅波（AM）的产生，调幅系数测量与调整。 在IN1端加入载波信号，调节RW2，使OUT端有载波输出（示波器观察幅度稍大一点一横格以上），在IN3端加入调制信号。在OUT端观测普通调幅波（AM）。调节示波器时基旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形，如图4-8所示。图5-8 调幅度ma的测试AB 分别产生调幅系数ma为0.3，0.5 和1的普通调幅波（AM），记录表4-1Ma=(A-B)/(A+B

28、)*100% A、B为峰峰值。表4-1 调制信号频率： KHz，载波信号频率： MHz调幅系数maAB0.30.513抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）的产生与观测 抑制载波的双边带调幅波波形观察选做 有函数信号器可开展此步实验在IN1端加入载波信号，调节RW2（去掉直流）使输出幅度最小，在IN3端加入调制信号，在OUT端观测抑制载波的双边带调幅波波形。调节示波器时基旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形 。抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）信号反相点观察为了清楚地观察抑制载波的双边带调幅波信号过零点的反相，必须降低载波的频率，本实验可将载波信号降低为100KHZ（信号来自函

29、数信号器），幅度仍为500mv，接入IN1，调制信号仍为1KHZ（幅度500mv），接入IN3。增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻 信号，过零点时刻的波形应该反相。六、实验报告要求1整理按实验步骤所得的数据，绘制记录的波形2画出DSB-SC波形及m=100时的AM波形，比较两者的区别3总结由本实验所获得的体会。实验五（1） 二极管包络检波实验一、 实验目的1. 加深对二极管大信号包络检波工作原理的理解。2. 掌握用二极管大信号包络检波器实现普通调幅波（AM）解调的方法。了解滤波电容数值对AM波解调影响。3. 了解电路参数普通调幅波（AM）解调影响。二、实验使用仪器1集成乘法调幅

30、实验板、二极管包络检波实验板220MH双踪示波器3. 万用表三、实验基本原理与电路1. 二极管大信号包络检波工作原理 图5-1 大信号检波电路 图5-2大信号检波原理 图5-1是二极管大信号包络检波电路，图5-2表明了大信号检波的工作原理。输入信号为正并超过和上的时，二极管导通，信号通过二极管向充电，此时随充电电压上升而升高。当下降且小于时，二极管反向截止，此时停止向充电并通过放电，随放电而下降。充电时，二极管的正向电阻较小，充电较快，以接近上升的速率升高。放电时，因电阻比大的多（通常），放电慢，故的波动小，并保证基本上接近于的幅值。如果是高频等幅波，则是大小为的直流电压（忽略了少量的高频成分），这正是带有滤波电容的整流电路。当输入信号的幅度增大或减少时，检波器输出电压也将随之近似成比例地升高或降低。当输入信号为调幅波时，检波器输出电压就随着调幅波的包络线而变化，从而获得调制信号，完成检波作用，由于输出电压的大小与输入电压的峰值接近相等，故把这种检波器称为峰值包络检波器。2.二极管大信号包络检波效率检波效率又称电压传输系数，用表示。它是检波器的主