百科融创高频电子线路实验指导书

PAGE百科融创教学仪器设备有限公司RC-GP-III+实验指导书PAGE137-目录实验一低频信号发生实验…………2实验二高频信号发生实验………………..…..……7实验三音频放大电路实验………………..………12实验四LC三点式振荡电路实验…………………19实验五晶体振荡电路实验…………………..……28实验六单调谐回路谐振放大器实验……..………34实验七高频谐振功率放大电路实验……..………41实验八平衡调幅电路实验………………..………54实验九集电极调幅电路实验…………..…………66实验十二极管开关混频器电路实验…..…………73实验十一集成电路混频实验…………..…………84实验十二调幅同步检波电路实验………..………87实验十三幅度调制系统实验（一）………..……92实验十四调幅峰值包络检波电路实验……..……93实验十五幅度调制系统实验（二）………..……97实验十六变容二极管调频电路实验………..……98实验十七集成斜率鉴频实验……107实验十八二次变频与鉴频电路实验……………114实验十九锁相环鉴频实验………120实验二十锁相环倍频实验………126实验二十一小功率调频发射机电路实验………129实验二十二调频接收机电路实验………………131附录高频电路实验箱使用说明…………134实验一低频信号发生实验一、实验目的1、掌握低频信号发生的原理。2、熟悉低频信号发生的电路组成。3、掌握芯片ICL8038的原理与用法。二、实验设备RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理在电子电路中，常常需要各种波形的信号，如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等，作为测试信号或控制信号等。具体在本实验箱中，低频函数源可以作为变容二极管调频电路、平衡调幅电路、集电极调幅电路和高频信号源的调制信号源，也可以作为锁相频率合成单元输入信号源。本实验中的方波、正弦波与三角波信号由集成函数发生器8038产生。这是一片低频率的函数信号发生器，可以产生方波、正弦波和三角波。1．8038的工作原理由手册和有关资料可看出，8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器等组成。其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图1_1和图1_2所示。图1_18038内部结构图图1_28038管脚图（顶视图）1.正弦波线性调节；2.正弦波输出；3.三角波输出；4.恒流源调节；5.恒流源调节；6.正电源；7.调频偏置电压；8.调频控制输入端；9.方波输出（集电极开路输出）；10.外接电容；11.负电源或接地；12.正弦波线性调节；13、14.空脚在图1_1中，电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/3（其中VR=VCC+VEE），电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压vC随时间线性上升，当vC上升到vC=2VR/3时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出Q端由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。由于I2>I1，因此电容C放电，vC随时间线性下降。当vC下降到vC≤VR/3时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，vC又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡。若I2=2I1，vC上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。当I1<I2<2I1时，vC的上升时间与下降时间不相等，管脚3输出锯齿波。因此，8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。2．8038的典型应用由图1_2可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是(VCC+VEE/5)，它可作为管脚8的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一电阻，其值常选用10k左右，如图1_3所示。当电位器Rp1动端在中间位置，并且图中管脚8与7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和正弦波。电路的振荡频率f约为0.3/[C(R1+RP1/2)]。调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。在图1_3中，当RP1动端在中间位置，断开管脚8与7之间的连线，若在+VCC与-VEE之间接一电位器，使其动端与8脚相连，改变正电源+VCC与管脚8之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。图1_38038接成波形产生器低频函数发生器的使用方法如下：1）正弦波由T21输出，方波和三角波由T22输出。2）SW201用于选择信源信号的频段。其状态为“10”时输出低频段500Hz~4kHz，S其状态为“01”时输出高频段10kHz~400kHz；3）SW202用于选择T22输出的是方波还是三角波。其状态为“10”时T22输出三角波，其状态为“01”时T22输出方波。W203、W204可以使输出正弦波信号失真最小（出厂时已调好，用户请勿动）；W201调节信源输出方波、正弦波以及三角波信号的频率；W202调节方波信号的占空比以及三角波和正弦波的倾斜程度。W205调节方波与三角波信号的幅度。W206调节输出正弦波信号的幅度。低频信号的产生归纳如下表所示。表1-1低频信号产生表频段选择（SW201）波形选择(SW202)频率调节幅度调节占空比或倾斜程度调节测试点与输出点正弦波10：低频段01：高频段10与01均可W201W206W202（倾斜程度调节）T21方波10：低频段01：高频段01W201W205W202（占空比调节）T22三角波10：低频段01：高频段10W201W205W202（倾斜程度调节）T22四、实验步骤1、打开高频电路实验箱，接上电源线，打开实验箱开关以及低频函数发生器开关K2。2、波形选择正弦波，分别在高、低两个频段上不断调节幅度、频率以及变形程度，记录典型波形。3、波形选择方波，分别在高、低两个频段上不断调节幅度、频率以及占空比，记录典型波形。4、波形选择三角波，分别在高、低两个频段上不断调节幅度、频率以及倾斜程度，记录典型波形。五、实验报告：1、简要说明幅度、频率与占空比的调节对低频信源信号的影响。2、提出另外一种正弦波、方波、锯齿波、三角波信号波形的产生方法并画出电路原理图（提示：可由运放芯片等分立元件组成的模拟电路产生）。实验二高频信号发生实验一、实验目的1、掌握高频正弦信号发生的原理。2、熟悉石英晶体振荡器的构成与原理。3、掌握石英晶体振荡电路的原理与分析方法。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理1.振荡器的功能无须外加输入信号的控制，将直流电能转换为具有特定的频率和一定的振幅的交流信号的能量,这一类电路称为振荡器。2.正弦振荡器类型

(1)正反馈振荡器凡是将放大器的输出信号经过正反馈网络回授到输入端作为输入信号来控制能量转换，从而产生等幅持续的振荡电路称正反馈振荡器。类型：LC正弦振荡器、晶体振荡器、RC振荡器。(2)负阻振荡器凡是将负阻器件接到谐振回路用来抵消回路的损耗，从而产生等幅持续的振荡电路称负阻振荡器。

在本实验中，应用晶体震荡器，所以这里重点介绍石英晶体振荡器。3.石英晶体振荡器石英晶体振荡器振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。石英晶体谐振器,简称石英晶体,具有非常稳定的固有频率。对于振荡频率的稳定性要求高的电路,应选用石英晶体作选频网络。将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片,再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层,并作为两个极引出管脚,加以封装,就构成石英晶体谐振器。其结构示意图和符号如下图所示。图2-1石英晶体谐振器的结构示意图及符号压电效应和压电振荡在石英晶体两个管脚加交变电场时,它将会产有利于一定频率的机械变形,而这种机械振动又会产生交变电场,上述物理现象称为压电效应。一般情况下,无论是机械振动的振幅,还是交变电场的振幅都非常小。但是,当交变电场的频率为某一特定值时,振幅骤然增大,产生共振,称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率,也称谐振频率。石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如下图（a）所示。当石英晶体不振动时,可等效为一个平板电容C0,称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积,一般约为几到几十皮法。当晶片产生振动时,机械振动的惯性等效为电感L,其值为几毫亨。晶片的弹性等效为电容C,其值仅为0.01到0.1pF,因此,C<<C0。晶片的磨擦损耗等效为电阻R,其值约为100Ω,理想情况下R=0。

图2-1石英晶体的等效电路及频率特性当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时,该支路呈纯阻性,等效电阻为R,谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗,因R<<ω0C0,故可近似认为石英晶体也呈纯阻性,等效电阻为R。

当f<fs时,C0和C电抗较大,起主导作用,石英晶体呈容性。

当f>fs时,L、C、R支路呈感性,将与C0产生并联谐振,石英晶体又呈纯阻性,谐振频率由于C<<C0,所以fP≈fS。

当f>fP时,电抗主要决定于C0,石英晶体又呈容性。因此,石英晶体电抗的频率特性如上图所示,只有在fs<f<fP的情况下,石英晶体才呈现感性；并且C0和C的容量相差愈悬殊,fs和fP愈接近,石英晶体呈感性的频带愈狭。

根据品质因数的表达式由于C和R的数值都很小,L数值很大,所以Q值高达104~106。频率稳定度Δf/f0可达10-6~10-8,采用稳频措施后可达10-10~10-11。而LC振荡器的Q值只能达到几百,频率稳定度只能达到10-5。

1、并联型石英晶体正弦波振荡电路如果用石英晶体取代LC振荡电路中的电感，就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路，如图2-3所示，电路的振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率。图2-3并联型石英晶体振荡电路2、串联型石英晶体振荡电路如图2-4所示为串联型石英晶体振荡电路。电容Cb为旁路电容，对交流信号可视为短路。电路的第一级为共基放大电路，第二级为共集放大电路。若断开反馈，给放大电路加输入电压是，极性上“+”下“-”；则T1管集电极动态电位为“+”，T2管的发射极动态电位也为“+”。只有在石英晶体呈纯阻性，即产生串联谐振时，反馈电压才与输入电压同相，电路才满足正弦波振荡的相位平衡条件。所以电路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率fS。调整Rf的阻值，可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。图2-4串联型石英晶体振荡电路四、实验步骤1、打开实验箱，接通电源线，并打开实验箱开关以及高频信号源开关K8。2、用示波器观测高频信号源输出点信号OUT8_1与OUT8_2，并不断调节电位器w81，分析它对高频信号幅度的影响，并进行记录。五、实验报告1、整理实验结果。2、简述振荡器的功能与分类，并对石英晶体振荡器进行分析。3、尝试设计新的石英晶体振荡电路。实验三音频放大电路实验一、实验目的1、了解音频放大的原理与意义。2、掌握音频功率放大器集成芯片LM386原理与应用。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理1、音频输出模块介绍 该模块采用WTV040/080/170－16P语音芯片，应用了WTV外挂SerialFlash解决方案，它充分发挥了WTV语音芯片作为一款智能语音芯片的功能。当语音采样频率为6K时，存储长度可分别达到40秒、80秒、170秒、340秒、680秒、1360秒、2720秒，时间最长可达45分钟。音频输出为PWM或DAC模式。可选控制方式有按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、串口控制模式等。按键控制模式的触发方式灵活；串口模式下可控制音量、打开或关闭功放、有循环播放和停止功能。1)、WTV040/080/170-16P芯片引脚图WTV040/080/170-16P芯片引脚图2)、外部接口描述管脚号名称描述1RESTRESET信号2AUDIO经过芯片内部D/A转换后的音频输出3SP+PWM输出口14SP-PWM输出口25DI数据下载口6DO数据下载口7CLK数据下载口8GND电源地9CS数据下载口10P03通用I/011P02通用I/012P01通用I/013P00通用I/014NC空脚15BUSY忙信号输出16VCC电源正极注意无论是模组还是芯片当系统上电时01不能同时为低，否则进入测试模式。3)、芯片电路原理图从原理图上可以看出，语音芯片的烧录音乐，经过IN7输出，可以在音箱设备上进行外放，代替语音发生设备。2、LM386介绍LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。1）、LM386引脚图LM386的外形和引脚的排列如右图所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。图3-1LM386的外形和引脚排列2）、LM386内部电路LM386内部电路原理图如图所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。图3-2LM386内部电路原理图第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。3）、LM386芯片特点与用法LM386特点为：静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。

工作电压范围宽,4-12V或者5-18V。

外围元件少。

电压增益可调,20-200。

低失真度。音频功率0.5w。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

当1脚和8脚之间开路时，电压增益为26dB；若在1脚和8脚之间接阻容串联元件，则增益可达46dB，改变阻容值则增益可在26dB-46dB之间任意选取。电阻值越小增益越大。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。进一步归纳有：表3-1LM386参数表格参数名称符号单位测试条件参考值电源电压VccV4-12静态电流IccmAVcc=6V,vi=04-8输出功率PomWVcc=6V,Rl=8欧，THD=10%325帯宽BWkHZVcc=6v,1脚、8脚断开300总波行失真THD%VCC=6V，RL=8欧，Po=125mW

f=1kHz,1脚、8脚断开0.2输入阻抗Ri千欧504）、LM386典型应用电路LM386应用典型电路如下图所示：图3-3LM386典型应用电路四、实验步骤1、打开实验箱，插上电源线，并打开音频放大电路开关K16，以及低频函数发生器开关K2。2、用实验导线将音频放大模块的音频输出IN7与音频放大电路信号输入端IN16，分别改变R6和W16的阻值，记录所听到的声音的变化。3、对于低频函数发生器模块，置拨码开关SW201为“10”。将该模块T21处低频函数发生器所产生正弦信号输出至，试听该电路喇叭所发出的声音。通过不断调节W206改变正弦信号的幅度以及W201改变正弦信号的频率，记录此时所听到的声音。再不断调节音频放大器中的可调电位器W16，记录声音有何变化。并将信源信号该为三角波与方波，重复以上操作步骤，记录所听到的声音以及变化特点。4、致低频函数发生器模块拨码开关SW201为“01”，重复第二步，记录在相对较高的频段上的信号的声音。5、将信号源改为高频信号源所发出的高频信号，试不断改变高频信号的幅度，以及不断调节音频放大器中的可调电位器W16，记录自己是否听到声音。五、实验报告1、对实验结果进行整理。2、说明人发出的音频信号频率以及所能听到的声音信号的范围，并对以上实验结果进行分析。3、说明LM386芯片的特点，并以其为基础设计音频放大电路。实验四LC三点式振荡电路实验一、实验目的1、掌握LC三点式振荡器电路组成及工作原理；2、掌握改进型电容三点式正弦波振荡器性能的测量方法；3、了解外界条件变化对振荡频率稳定度的影响；4、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深对晶体振荡器频率稳定性高的理解。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。在本实验中，我们采用的是LC三端式振荡器。一．LC正弦波振荡器工作原理正弦波振荡器是应用非常广泛的电路，它可以输出接近理想的正弦波。其电路形式主要有三种，RC、LC和晶体振荡器。本实验主要研究LC三点式振荡器及晶体振荡器。LC三点式振荡器的基本电路如图4-1所示。图4-1三点式振荡器的交流等效电路振荡电路中有三个电抗元件X1、X2，和X3。根据相位平衡条件，X1、X2必须为同性质的电抗元件，X3必须为异性质的电抗元件，且它们之间应满足下列关系式：(4-1)上式就是LC三点式振荡器振荡的相位条件。如果X1和X2为容抗元件，X3为感抗元件，则为电容三点式振荡电路；若X1和X2均为感抗元件，X3为容抗元件，则为电感三点式振荡器。 二．晶体管共基组态电容三端式振荡器共基电容三端式振荡器的基本电路如图4-2所示。图中C3为耦合电容。由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。若要它产生正弦波，还须满足振幅，起振条件，即：(4-2)式中AO为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；F是反馈系数，只要求出AO和F值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出图4-2的简化，y参数等效电路如图4-3所示，其中设yrb≈0yob≈0，图中GO为振荡回路的损耗电导，GL为负载电导。图4-2共基组态的“考华兹”振荡器图4-3简化Y参数等效电路由图可求出小信号电压增益AO和反馈系数F分别为式中：经运算整理得式中：当忽略yfb的相移时，根据自激条件应有N=0及(4-3)由N=0，可求出起振时的振荡频率，即则将X1X2X3的表示式代入上式，解出：当晶体管参数的影响可以忽略时，可得到振荡频率近似为(4-4)式中：是振荡回路的总电容。由式(3-3)求M，当时则反馈系数可近似表示为：(4-5)则由式（4-3）可得到满足起振振幅条件的电路参数为：(4-6)此式给出了满足起振条件所需要的晶体管最小正向传输导纳值。式（4-6）也可以改写为不等式左端的是共基电压增益，显然F增大时，固然可以使增加，但F过大时，由于的影响将使增益降低，反而使减小，导致振荡器不易起振，若F取得较小，要保证＞1，则要求很大，可见，反馈系数的取值有一合适的范围，一般取F=1/8～1/2。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，当其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响，如图4-4中（a）和（b）所示。(a)工作点偏高(b)工作点偏低图4-4振荡管工作态对性能的影响图4-4（a）工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时，甚至使振荡器停振。图4-4（b）中工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但是不能取得太低，否则不易起振。一个实际的振荡电路，在F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。在实际中，我们将会看到输出幅度随着静态电流值的增加而增大。但是如静态电流取得太大，不仅会出现图4-4（a）所示的现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。所以在实用中，静态电流值一般取ICO=0.5mA～5mA。为了使小功率振荡器的效率高，振幅稳定性好，一般都采用自给偏压电路，我们以图4-2所示的电容三端式振荡器电路为例，简述自偏压的产生。图中，固定偏压VB由R1和R2所组成的偏置电路来决定，在忽略IB对偏置电压影响的情况下，可以认为振荡管的偏置电压UBE是固定电压VB和Re上的直流电压降共同决定的，即由于Re上的直流压降是由发射极电流IE建立的，而且随IE的变化而变化，故称自偏压。在振荡器起振之前，直流自偏压取决于静态电流IEO和Re的乘积，即一般振荡器工作点都选得很低，故起始自偏压也较小，这时起始偏压VBEQ为正偏置，因而易于起振，如图4-5（a）所示，图中Cb上的电压是在电源接通的瞬间VB对电容Cb充电在上建立的电压；Rb是R1与R2的并联值。根据自激振荡原理，在起振之初，振幅迅速增大，当反馈电压Uf对基极为正半周时，基极上的瞬时偏压变得更正，ic增大，于是电流通过振荡管向Ce充电，如图4-5（b）所示。电流向Ce充电的时间常数τ充=RD·Ce，(b)图4－5自给偏压形成RD是振荡管BE结导通时的电阻，一般较小（几十到几百欧），所以τ充较小，Ce上的电压接近Uf的峰值。当Uf负半周，偏置电压减小，甚至成为截止偏压，这时，Ce上的电荷将通过Re放电，放电的时间常数为τ放=Re·Ce，显然τ放>>τ充，在Vf的一周期内，积累电荷比释放的多，所以随着起振过程的不断增强，即在Re上建立起紧跟振幅强度变化的自偏压，经若干周期后达到动态平衡，在Ce上建立了一个稳定的平均电压IEO·Re，这时振荡管BE之间的电压：因为，所以有，可见振荡管BE间的偏压减小，振荡管的工作点向截止方向移动。这种自偏压的建立过程如图4-6所示。由图看出，起振之初，（0～t1之间），振幅较小，振荡管工作在甲类状态，自偏压变化不大，随着正反馈作用，振幅迅速增大，进入非线性工作状态，自偏压急剧增大，使变为截止偏压。振荡管的非线性工作状态，反过来又限制了振幅的增大。可见，这种自偏压电路起振时，存在着振幅与偏压之间相互制约、互为因果的关系。在一般情况下，若ReCe的数值选得适当，自偏压就能适时地紧跟振幅的大小而变化。正是由于这两种作用相互依存、又相互制约的结果。如图4-6所示，在某一时刻达到平衡。这种平衡状态，对于自偏压来说，意味着在反馈电压的作用下，Ce在一周期内其充电与放电的电量相等。因此，b、e两端的偏压保持不变，稳定在。对于振幅来说，也意味着在此偏压的作用下，振幅平衡条件正好满足输出振幅为的等幅正弦波。图4-6起振时直流偏压的建立过程三、振荡器的频率稳定度频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，这表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电源、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度、振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。提高振荡回路标准性除了采用稳定性好和高Q的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响。石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶体Q值可达百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。根据电路结构，电路的振荡频率为当，时，有其中，C为回路总的等效电容。四、实验步骤1、打开实验箱，接通电源线，并打开实验箱开关以及LC晶体振荡器电源K9，将拨码SW901置为“01”（代表采用LC三点振荡电路）；2、用示波器在T9观察振荡波形，调节W91，观察T9处波形的变化情况，测量当时的发射极电压，计算当时的IE（通过测量R905两端的电压降计算得到）；3、分别将拨码SW902的状态置为“001”，“010”，“100”，用示波器在T9处观察波形，分析反馈大小对振荡幅度的影响；4、当改变W92时，在T9处用频率计观察波形变化情况，并说明原因。五、实验报告1、整理实验所测得的数据，并用所学理论加以分析。2、试说明什么是频率稳定度以及如何提高振荡电路的频率稳定度，并以三点式振荡器为例加以详细说明。3、分析在LC三点式振荡电路中，为什么静态电流增大，输出振幅增加，而过大反而会使振荡器输出幅度下降？4、结合实际LC三点式振荡电路电路，全面分析SW902、W91与W92对振荡电路的影响。实验五晶体振荡电路实验一、实验目的1、了解晶体振荡器的工作原理及特点；2、掌握晶体振荡器的设计方法及参数的计算方法；3、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深对晶体振荡器频率稳定性高的理解。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理石英晶体振荡器的分类与特点已经在高频信号源中做出简要说明，在此对其做进一步的详细讨论。石英晶体特性：①物理性能：物理、化学性能非常稳定。具有正压电效应和逆压电效应,石英晶体谐振频率ωs当ω=ωs时,压电效应最强,称ωs为基频

当ω=nωs时,压电效应也较强，称之为泛音频率②电特性：晶体等效串联谐振回路如5-1[A]图所示

外接时必须加支架,支架电容为C0，等效电路图如5-1[B]图所示。图5-1石英晶体振荡器电路图一般Lq(5～300mH),Cq(0.001～0.2pF),rq=100Ω，C0≈2pF,

谐振频率：

电抗特性

图5-2石英晶体的频率特性3.优点：Qq可高达105以上，频率稳定度可高达10-9以上，所以得到广泛应用。晶振电路分类：①并联型晶振电路ωs＜ωosc＜ωp晶体呈感性

a.皮尔斯晶体振荡器——使石英晶体等效于电容三点式中的电感。图5-3皮尔斯晶体振荡器b.密勒振荡器——石英晶体等效于电感三点式中的电感。图5-4.密勒振荡器②串联型晶振——晶体JT在振荡电路中等效于一根短路线(ωosc=ωs时)，或等效为电感元件图5-5.串联型晶体振荡器晶体管共基组态电容三点式振荡器的基本电路如图5-6所示。在图5-6中，发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件和，与基极连接为两个异性质的电抗元件和L。该电路满足相位条件，反馈系数F一般取之间。根据振幅起振条件只要大于一定的值，电路就可以处于振荡状态。图5-6共基组态振荡器晶体振荡电路是为了改善振荡频率稳定度，减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度而将振荡回路采用石英晶体作为振荡回路元件。石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参量Lq很大，Cq很小，rq也不大，因此晶体Q值可达百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。为了矫正晶体振荡器的输出频率，电路中并联一可调电容进行微调。四、实验步骤1、打开实验箱，接通电源线，并打开实验箱开关以及LC晶体振荡器开关K9，将拨码SW901置为“10”（代表采用晶体振荡电路）；2、将拨码SW902的状态置为“001”，“010”，“100”，用示波器在T9处观察波形，分析反馈大小对振荡幅度的影响；3、将拨码SW901置为“01”，重做LC三点式振荡电路实验，并结合实验三中LC振荡电路实验结果来比较LC、晶体两种振荡器的工作情况。五、实验报告整理实验所测得的数据，并用所学理论加以分析。2、结合两次实验结果，比较LC振荡器与晶体振荡器的优缺点。3、试说明什么是频率稳定度以及如何提高振荡电路的频率稳定度，并以三点式振荡器为基础，结合本实验中的石英晶体振荡电路加以详细说明。4、分析在晶体振荡电路中为什么静态电流Ieo增大，输出振幅增加，而Ieo过大反而会使振荡器输出幅度下降？实验六单调谐回路谐振放大器实验一、实验目的1、熟悉单调谐回路谐振放大器的组成及电路中各元件的作用；2、通过对谐振回路的调试，对放大器处于谐振时的技术指标进行测试，包括电压放大倍数，通频带，矩形系数；3、进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理，学会小信号调谐放大器的设计方法。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理1、基本原理谐振放大器是指以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益；而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小。因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，主要用来对小信号进行电压放大；在发射机中主要用来放大射频功率。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。2、实际电路图1-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图6-1小信号调谐放大器放大器在高频情况下的等效电路如图6-2所示，晶体管的4个y参数，，及分别为输入导纳（6-1）输出导纳（6-2）正向传输导纳（6-3）反向传输导纳（6-4）图1-2放大器的高频等效回路

式中，——晶体管的跨导，与发射极电流的关系为（6-5）——发射结电导，与晶体管的电流放大系数β及IE有关，其关系为（6-6）——基极体电阻，一般为几十欧姆；——集电极电容，一般为几皮法；——发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流，电流放大系数有关外，还与工作频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在30MHz，=2mA，=8V条件下测得3DG6C的y参数为：如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算的方法。图6-2中所示的等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，即（6-7）式中，为电感L线圈的总匝数。为输出变压器T的副边与原边的匝数比，即（6-8）式中，为副边（次级）的总匝数。为调谐放大器输出负载的电导，。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则将是下一级晶体管的输入导纳。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为（6-9）式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响可以忽略。3、调谐放大器的性能指标及测量方法高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大倍数，放大器的通频带BW和选择性。1）、谐振频率的测量方法放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，其值为式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；为调谐回路的总电容，即式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。谐振回路的谐振频率可用扫频仪来测量，方法是调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点。2）、电压放大倍数的测量方法放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数称为调谐放大器的电压放大倍数。的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量电路输出电压和输入电压的大小，然后通过下面的公式计算得到。（或）3）、通频带的测量方法当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带，其表达式为其中，为谐振回路的有载品质因数。通频带的测量方法：可通过测量放大器的谐振曲线来求通频带，一般采用逐点法来测量，即先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率及电压放大倍数，然后改变高频信号发生器的频率（保持输出电压幅度不变），并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图6-2所示。图6-2谐振曲线图中，。通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，可以通过选用较大的晶体管或尽量减小调谐回路的总电容量C实现。4）、选择性（矩形系数）的测量调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示。矩形系数为电压放大倍数下降到0.1时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比，即上式表明，矩形系数越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。四、实验步骤1．打开实验箱，接通电源线，并打开实验箱开关以及小信号调谐放大开关K3，接通12V电源，此时相应LED点亮。2．用导线连接高频信号源单元的OUT8-1和小信号调谐放大单元的RX，调节电位器W81，让OUT8-1输出频率为10.7MHz，幅度为0.1V的正弦波，用示波器探头在T31处测试，调节变压器TR301的磁芯使T31输出波形最大。注意：若输出波形失真，此时适当调节W301即可。3．用示波器测输入信号的峰峰值，记为。测输出信号的峰峰值记为。则小信号放大的电压放大倍数。4．测量通频带（如无扫频仪，此步骤可省略）先调节“频率偏移”（扫频宽度）旋纽，使相邻两个频标在横轴上占有适当的格数，然后接入被测放大器，调节“输出衰减”和y轴增益，使谐振特性曲线在纵轴占有一定高度，测出其曲线下降3dB处两对称点在横轴上占有的宽度，根据内频标就可以近似算出放大器的通频带5．测量放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数表示。用4中同样的方法测出即可五、实验报告1、说明谐振功率放大器原理。2、整理好实验数据，画出幅频特性曲线，分析原因；3、分析三极管集电极电流对放大器的动态范围的影响；4、如果实验中出现自激现象，应该怎样消除？实验七高频谐振功率放大电路实验一、实验目的了解谐振功率放大器的工作原理，掌握高频功率放大器的设计方法；理解谐振功率放大器的负载阻抗，激励电压和集电极电源电压变化对其工作状态的影响；了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。3、高频毫伏表（选用）。三、实验原理（一）功率放大电路概述1.功率放大电路的定义功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力要强。2.功率放大电路与电压放大电路的区别(1).本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。功率放大电路:主要输出较大的功率。但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。(2).任务不同电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号状态下工作.功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率，在大信号状态下工作。(3).指标不同电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。(4).研究方法不同电压放大电路：图解法、等效电路法。功率放大电路：图解法。总结如下：电压放大电路功率放大电路(1)本质相同能量转换能量转换(2)任务不同不失真的输出电压不失真（或失真较小）的输出功率(3)指标不同电压增益、输入和输出阻抗功率、效率、非线性失真(4)研究方法不同图解法、等效电路法图解法3.功率放大电路的特殊问题(1)功率要大：为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。（2）效率要高：所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。它代表了电路将电源直流能量转换为输出交流能量的能力.（3）失真要小：功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。（4）散热要好：在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。4．放大电路的工作状态分类根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情况，可将放大电路分为下列三种工作状态：（1）甲类放大在输入正弦信号的一个周期内三极管都导通，都有电流流过三极管。这种工作方式称为甲类放大，或称A类放大。此时整个周期都有，功率管的导电角θ=π。丙类乙类甲乙类甲类图1甲类放大图2乙类放大（2）乙类放大丙类乙类甲乙类甲类图1甲类放大图2乙类放大图3甲乙类放大图4丙类放大图3甲乙类放大图4丙类放大图7-1放大器工作状态（2）乙类放大（B类放大）在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期三极管导通，称为乙类放大。如图2所示，此时功率管的导电角θ=π/2。（3）甲乙类放大（AB类放大）在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上三极管是导通的。称为甲乙类放大，如图3所示。此时功率管的导电角θ满足：π/2<θ<π。（3）丙类放大（C类放大）功率管的导电角小于半个周期，即0<θ<π/25．提高效率的主要途径（1）效率η是负载得到的有用信号功率（即输出功率Po）和电源供给的直流功率（PV）的比值。而要提高效率，就应降低消耗在晶体管上的功率PT,将电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出。（2）在甲类放大电路中，为使信号不失真，需设置合适的静态工作点，保证在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管。当有信号输入时，电源供给的功率一部分转化为有用的输出功率，另一部分则消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量的形式耗散出去，称为管耗。甲类放大电路的效率是较低的，可以证明，即使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。提高效率的主要途径是减小静态电流从而减少管耗。静态电流是造成管耗的主要因素，因此如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输出的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。实现上述设想的电路有乙类和甲乙类放大。与低频功率放大电路一样,输出功率、效率和非线性失真同样是高频功率放大电路的三个最主要的技术指标。不言而喻,安全工作仍然是首先必须考虑的问题。在通信系统中,高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分,用于对高频已调波信号进行功率放大,然后经天线将其辐射到空间,所以要求输出功率很大。输出功率大,从节省能量的角度考虑,效率更加显得重要。因此,高频功放常采用效率较高的丙类工作状态,即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态。同时,为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量,采用LC谐振回路作为选频网络,故称为丙类谐振功率放大电路显然,谐振功放属于窄带功放电路。对于工作频带要求较宽,或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况,可采用宽带功率放大电路。宽带功放工作在甲类状态,利用传输线变压器等作为匹配网络,并且可以采用功率合成技术来增大输出功率。（二）谐振功率放大器谐振功率放大器是对载波信号或高频信号进行功率放大的电路。1、谐振功放工作原理——从非谐振功放过渡到谐振功放为了便于说明问题，将谐振功放的组成用图7-2（a）来表示。相对照地画出原理电路如图7-2（b）所示，图中，为高频扼流圈，提供直流通路，为隔直流电容，谐振回路和、、、分别为输入和输出滤波匹配网络。其中、为天线等效阻抗，作为输出负载。与非谐振功放比较，它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。图7-2谐振功率放大器（1）在谐振功放中，为了提高效率，都在丙类工作状态，或者工作在更高效率的丁类和戊类。在这种情况下，功率管集电极电流为严重失真的脉冲序列波形或周期性的开关波形。顺便指出，在某些特定情况下，为了满足对非线性失真的严格要求，也有采用甲类或乙类工作的谐振功放。（2）为实现不失真放大，必须限定输入信号为单一频率的高频正弦波（即载波信号）或者在高频附近占有很窄频带的已调波信号。在这种信号作用下，功率管集电极电流波形为接近余弦的脉冲序列，用傅氏级数将它分解为平均分量，基波分量和各次谐波分量之和，输出滤波匹配网络取出基本波分量，滤除其它无用分量，就能在负载上获得不失真的输出信号。同理，在功率管输入端，基极电流也是失真脉冲序列，通过输入匹配滤波网络的滤波作用，加到功率管输入端的为不失真的信号电压。（3）与非谐振功放一样，在特定的偏置条件下，对应于特定大小的输入信号，功率管有一最佳负载，这时，谐振功放的输出功率最大，效率也较高（参阅下一节的负载特性）。因此，滤波匹配网络除了滤波作用外，还起到匹配作用，即将输出负载（往往是非电阻性负载）变换为功率管所需的最佳负载。总之，谐振功放是在限定输入信号波形的情况下，通过滤波匹配网络，使输出负载上得到所需的不失真功率。2、准静态分析方法在谐振功率放大器中，功率管的输出电流和输出电压波形不同，不能采用非谐振功放中画负载线的图解分析方法，而要对其进行严格分析又要涉及求解非线性微分方程。因此一般都采用近似分析方法。其中一种方法称为准静态分析方法。这种分析方法在下列近似假设下才能采用，即输入和输出滤波匹配网络具理想的滤波特性。所谓理想的概念是指能完全抑制无用的各种分量，只取出有用的基波分量。这样，尽管三极管的基极和集电极电流波形是非正弦的，但加在三极管输入和输出端的电压波形却是正弦的，即、是任意的波形（7-1）根据上述假定，谐振功放的分析方法如下：（1）取定、、、四个值，由式7-1计算得到不同时间0°、15°、30°、45°…）对应的、值。根据各个对应的和值，在功率管的输出特性曲线上（将其中的参变量改为），找出相应的各动态点，它们的连线即为放大器的动态线。可见，动态线是描述和的移动轨迹，不是非谐振功放中的负载线。（2）沿动态线画出集电极电流波形。（3）用傅氏级数将分解为平均分量，基波分量及其各次谐振分量之和。（4）根据得到的基波分量幅度和原假设的值就可求得功率管所需的负载值（7-2）（5）根据、、、值，可求得谐振功放的功率性能（7-3）（7-4）（7-5）（7-6）可见，采用准静态分析法时，先假定输入、输出电压波形和数值，而后画出电流波形，分析电流波形得到所需的值。这个分析过程恰与非谐振功放中已知求电压电流的过程相反。在上述分析过程中，关键是、、、的取值。不同取值就会有不同的值和不同的功率性能。3、负载特性负载特性是指、和一定时，不同值对功率性能影响的特性。在讨论这个特性时，应了解下述几个概念：（1）根据关系式可知，增大亦即增大。（2）、取定，+和管子的导通时间（或导通角）也就被确定。（3）当0°时，由式7-1知，+，而对应的必定是最小值，即，因此对应于不同的动态点A必定在的这条输出特性曲线上移动，如图7-3所示。图7-3谐振功率放大器负载特性图（4）越大，就越大，即越小，画出的动态线越陡，且A点相应由放大区进入饱和区，导致动态线弯曲，由此画出的集电极电流波形由余弦脉冲波变为中间凹陷高度下降的脉冲波，如图7-3所示。（5）凡A点处在放大区的称为欠压状态，A点落在饱和区的称为过压状态，A点处于临界饱和线的称为临界状态。（6）根据傅氏级数特点，脉冲电流越高，宽度越宽，和值就越大；中间凹陷越深，和值就越小。根据上述概念，画出不同时集电极电流的波形如图7-4所示，由图可见，在欠压区，随着增大，集电极电流为余弦脉冲，其高度略有下降，进入过压区后，随着增大，集电极电流为中间凹陷的脉冲且其高度下降。图7-4集电极电流随变化曲线由图7-4可定性画出随增大，和的变化特性，从而找出相应功率性能的变化特性如图7-5所示。由图可见，随着增大，在欠压区，、略有下降，相应的和增长很快；进入过压区后，和迅速下降，相应的增加趋缓且使下降。结果是临界状态时，达到最大且效率较高。通常称相应的为最佳负载，用表示。图7-5部分参量随变化曲线4、调制特性和放大特性调制特性分集电极调制特性（当、、不变时，随变化的特性）和基极调制特性（、、不变，随变化的特性）两种。放大特性与基极调制特性相仿，它是在、、不变时，随变化的特性。在讨论这些特性时，除上述概念外，还应补充如下概念。（1）一定时，增大，集电极电流脉冲的高度和宽度都相应地增大。（2）反之，一定时，越向负值方向增大，集电极电流脉冲的高度和宽度都相应地减小。（3）、不变，一定时，越小，A点将由放大区进入饱和区，相应的工作状态由欠压状态经临界状态进入过压状态。三种特性集电极电流脉冲的波形分别示于图7-6中（a）、（b）和（c）。(a)集电极调制特性（b）基极调制特性(c)放大特性图7-6调制特性图调制特性用来产生普通调幅波。放大特性主要作线性功率放大器（此时一般让功放工作在乙类），用来放大已调波。5、谐振功率放大电路的组成原理1．组成原理谐振功率放大器由直流馈电电路和滤波匹配网络组成，其电路组成原理与非谐振功率放大器相同，尚需强调下列几点。（1）功率管的输出、输入回路都必须有直流电路（2）直流通路不能影响匹配滤波网络的工作，匹配滤波网络亦不能影响直流通路的正常供电。2．直流馈电电路（1）集电极馈电电路图7-7（a）为串馈供电电路，即直流电源、滤波匹配网络和功率管在电路形式上为串接的电路。图7-7（b）为并馈供电电路，即直流电源、匹配滤波网络和功率管在电路形式上为并接的电路。（a）为串馈供电电路（b）为并馈供电电路图7-7集电极馈电电路由图可见，两种供电方式有相同的直流通路，都能全部加到集电极上，不同的仅是滤波匹配网络的接入方式，在串馈电路中电源与滤波匹配网络串接，因此滤波匹配网络必定处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。而在并馈电路中，电源电压通过高频扼流圈供电，再加上隔断直流，因此滤波匹配网络可以处于直流地电位上，可以直接接地。这样，它们在电路板上安装比串馈电路方便。但和并接在滤波匹配网络上，它们的分布参数将直接影响网络调谐。注意，不论采用哪种馈电方式，加在功率管集射极间电压均为和输出高频电压的叠加值，即+。（2）基极偏置电路如图7-8所示，图中，（a）为分压偏置电路，（b）、（c）为自给偏置电路，在这些偏置电路中都存在着自给偏置效应，即当由小增大时，基极电流脉冲中的平均分量相应增大，它在偏置电阻上的压降增大，结果使基极偏置电压向负值方向增大。由此表明在输入信号激励下，由于自给偏置效应，基极偏置电压将不等于静态偏置电压，且其值随着输入激励幅度增大而向负值方向增大。图7-8基极偏置电路3．滤波匹配网络谐振功率放大电路的匹配滤波网络的作用是阻抗匹配和选频滤波。为了同时满足这两个要求，匹配滤波网络有多种形式，具体内容可以查阅相关资料。4、图例分析图7-9是由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路。图7-9高频功率放大器图中，晶体管组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。、为基极偏置电阻，为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点，为交流负反馈电阻（可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益）；晶体管组成丙类谐振功率放大器，导通角为70º，基极偏压采用发射极电流的直流分量IEO在发射极偏置电阻Re上产生所需要的VBB，其中直流反馈电阻为30Ω，交直流反馈电阻为10Ω，集电极谐振回路电容为82pF，负载为50Ω，输出由变压器耦合输出，采用中间抽头，以利于阻抗匹配。四、实验步骤1、打开实验箱，接通电源线，并打开实验箱开关以及高频功率放大电路模块开关K10；2、将拨码SW101状态置为“100”，在FM-IN处输入10.7MHz的载波信号（由高频信号源提供），并在TX处观察输出波形，调节W1001，使输出波形不失真且最大；3、从0开始逐渐增加信号幅度，在Q1002的e极上观察电流波形，直至出现失真为止；4、保持回路谐振在10.7MHz，并保持输入信号幅度不变，改变负载RL（让SW101分别拨成“001”，“010”，“100”，“011”，“110”，“111”），观察Q1002的c极和TX在不同负载时的信号波形；5、用高频毫伏表测量负载电阻上的电压，改变负载电阻RL，记下相应的电流ICO和电压VL，并且计算当RL=51Ω时的功率和效率；6、使RL=51Ω（SW101拨成“111”），用示波器观察Q1002发射极e上的电流波形。改变输入信号大小，观察放大器三种状态的电流波形。五、实验报告1、为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？2、放大器工作于丙类比工作于甲、乙类有何优点？为什么？丙类工作的放大器适宜于放大哪些信号？3、观察放大器的三种工作状态，画出放大器在三种不同负载时的电流波形；4、了解电路的负载特性，计算当RL=51Ω和560Ω时，放大器的输出功率和效率。绘出负载特性曲线；5、观察放大器工作状态与激励信号幅度的关系。实验八平衡调幅电路实验一、实验目的1、了解振幅调制的数学物理模型以及实现方法。2、了解模拟乘法器MC1496的工作原理；3、掌握利用乘法器实现平衡调幅电路的原理及方法。二、实验设备1、RC-GP-III实验箱一台。2、20MHZ示波器一台。三、实验原理（一）振幅调制的基本原理<一>调幅波的性质：1、定义：用音频（视频）信号控制高频（载波）的幅度从而达到远距离传输的目的。通常把音频或视频称为调制信号，如语言、音乐、文字、图像等。把高频信号称为被调制信号或称为载波。2、调幅波的基本表达式和波形：为分析方便，设调制信号为单一频率的余弦波：uΩ=UΩcosΩt=UΩcos2πFt载频信号：uc=Ucmcosωct=Ucmcos2πfct设它们的初相角为零，其波形图如图8-1所示。按以上定义：ucm(t)=Ucm+kaUΩcosΩt=Ucm(1+kaUΩcosΩt/Ucm)其中ma=kaUΩ/Uc称为调幅系数或调幅度。ma<=1它表示载频振幅受音频控制程度。ka——由电路决定的比例系数。则调幅波的高频信号（已调波）表示成为：图8-1幅度调制波形uc(t)=Ucm(t)cosωct=Ucm(1+macosΩt)cosωct其波形如图8-1所示：由图可见：调幅波也是一高频振荡，由于其幅度按音频规律变化，所以它携带着调制信号信息。ma愈大其幅度变化亦愈大。通常ma<=1，ma>1为过调幅，此时波形失真，实际工作中很少利用。3、调幅波频谱：一个电信号通常有两种表示方法，即时域表示和频域表示。由信号与系统课知时域法表示的是一种连续函数，而频域法表示的是一种间断函数。对以上调幅波表达式而言：uc(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct是连续函数，其波形亦是连续的。研究它的频域表示——即研究每个频率成份同其对应的幅度关系，这种横坐标为频率，纵坐标为对应幅度图形叫频谱图。为此将uc(t)展开：uc(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct=Ucmcosωct+(maUΩ/2)cos(ωc+Ω)t+(maUΩ/2)cos(ωc-Ω)t载频上边频下边频依此式画图如图8-2：图8-2单音频幅度调制频谱=1\*romani）载频含调制信号。=2\*romanii）两边频对称分布在载频两边，则其幅度相等，它们反应了调制信号幅度大小（ma=kaUΩ/Uc）。=3\*romaniii）边频频率属于高频范围，但它反应了调制信号的高低。=4\*romaniv）由图知单一频率调幅波占有频带宽度为Bw=2F。=5\*romanv）若调制信号为多音频调制则表达式为：uc(t)=Ucmcosωct+(UcmΣmai[cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t])/2则其频谱图如图8-3所示：图8-3多音频幅度调制频谱此时不叫上下边频而叫上下边带。从以上分析可知调幅的过程实际上是一频谱搬移过程，将音频信号由低端搬移到载频两边。4、调幅波的功率关系：若uc(t)=Ucmcosωct+(maUΩ/2)cos(ωc+Ω)t+(maUΩ/2)cos(ωc-Ω)t在负载电阻RL上产生功率关系为：第一项：Pc=(Uc2/RL)/2称为载频功率。第二项：P1=(maUc/2)2/2RL=ma2Uc2/8RL=Pc/4上边频第三项：P2=Pc/4下边频则在调制信号一周内平均功率为：Pi=Pc+P1+P2=(1+ma2/2)Pc当Ωt=0时，Ucm=(1+ma)Uc则最高点功率：Pcmax=(1+ma)2Uc2/2RL=(1+ma)2Pc当Ωt=180º时，Ucm=(1-ma)Uc=Ucmin则最低点功率：Pcmin=(1-ma)2Uc2/2RL=(1-ma)2Pc由公式可知：=1\*romani）边频功率由ma大小决定。=2\*romanii）由式Pi=(1+ma2/2)Pc当ma=1时，Pi=1.5Pc则Pc=1/1.5Pi=66.6%Pi即载频功率为总功率的2/3，两个边频功率最高为Pi/3。若ma=0.3，则Pc=(1+0.09/2)Pi=95.6%Pi即边频功率=4%Pi左右。说明这种调制方式真正发送有用信号功率是很小的，在无线电广播中广泛应用解调方便（因为载波被抑制）。由以上分析提出了另一种调幅方式，即双边带调幅（DSB）和单边带调幅（SSB）信号。<二>双边带调幅和单边带调幅双边带调幅（DSB）：UDSB=AUΩUC=AUΩcosΩtUccosωct={AUΩUc[cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t]}/2显然要完成以上功能可用一变法器来实现，其方案如图8-4：图8-4DSB调制其波形图、频谱图各如图8-5：图8-5DSB调制波形与频谱图由图知：=1\*romani）双边带调幅可省功率。=2\*romanii）和普通调幅波比较，在音频一周内有两个最大值，二者相差180º。=3\*romaniii）因为载频被抑制，所以解调时必须恢复载频。单边带调幅（SSB）：由以上分析可见，从上式中抑制第一次载频和第二次、第三次中的任一项即可得单边带信号。其表达式为：UcSSB=[AUΩmUcmcos(ωc+Ω)t]/2或UcSSB=[AUΩmUcmcos(ωc-Ω)t]/2若取上边频则其频谱图、波形图如8-6：图8-6SSB调制频谱图实现单边带方法如8-7：滤波法：图8-7SSB调制（滤波法）相移法：若取上边带：因为USSBH=[AUΩUccos(ωc+Ω)t]/2=AUΩUc[cosωct*cosΩt-sinωct*sinΩt)]/2依据上式则可实现方案如图8-8：图8-8SSB调制（相移法）若取下边带信号则把其中减法器改为加法器即可。滤波法对滤波特性要求很高，而相移法较实用，但适用于固定频率。因为相移网络参数必须随着频率的不同而改变。<三>实现振幅调制的基本原理：由以上分析可知：=1\*romani）调幅波是由载波和调制信号变换得来的，它的频谱与原来的载频和调制信号不同，且产生了新的频率成份ωc+Ω及ωc-Ω。=2\*romanii）既然有新的频率成份产生，说明只有非线性电路和线性时变电路来实现才能产生新的频率成份，实现频率变换，当然同时也产生了其他无用频率成份。它必须谐振回路取出有用频率成份。=3\*romaniii）根据以上原理通常采用的非线性器件有二极管、三极管和集成模拟乘法器来实现。调幅分为：低电平调幅：单边带调幅和双边带调幅高电平调幅：基极调幅和集电极调幅根据输入信号的大小可分为：小信号调幅：工作于特性曲线弯曲部分。大信号调幅：工作于特性曲线折线部分。振幅调制电路主要有乘法调制电路、低电平振幅调制电路与高电平振幅调制电路。1）模拟乘法器调制电路。乘法器调制电路是指用乘法器来完成振幅调制。模拟乘法器是利用非线性器件完成两个模拟信号的相成运算，数字乘法器是利用数字逻辑器件完成两个数字信号的相乘运算。在此，模拟振幅调制电路所用到的为模拟乘法器。集成模拟乘法器是一种模拟集成电路，它是以差分放大器为基础构成的信号相乘电路。在本次实验中即用集成模拟乘法器MC1496完成振幅调制。2）低电平振幅调制电路。低电平振幅调制电路主要有单二极管开关状态调幅电路、二极管平衡调幅电路与二极管环形电路等。3）高电平振幅调制电路。高电平振幅调制电路主要有基极调幅电路与集电极调幅电路等。在本实验中采用模拟乘法器MC1496所构成的电路进行调制。（二）MC1496基本原理集成模拟乘法器MC1496的内部结构与引脚如图8-9所示。(a)内部电路(b)引脚图图8-9MC1496的内部电路及引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。内部由双差分放大器，单差分放大器以及激励、偏置等电路组成。引脚8与10接输入电压，1与4接另一输入电压，输出电压从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电）或接地端（单电源供电），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静态工作点由外接元件确定。集成模拟乘法器MC1496的内部结构和封装见实验十部分。MC1496是完成两个模拟量相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用