高频实验指导书(合)2011()

3息工程系高频电子线路实验是教学过程中重要的实践性环节，其目的是通过实学习常用高频测量仪器的使用和电路参数的测量方法；分析实验结果，编写实验报告；提高实验技能；培养事实求是，严谨的科学作风。为了使学生做好每次实验，并且能达到预期的目的，现将实验工作的一、实验前的准备在每次实验前，必须仔细阅读实验指导书和教材上有关实验方面的理实验原理和实验电路、明确本次实验的目的和任务、熟悉实验步骤和内容。还需要了解实验仪器的技术性能、操作方法及注意事项及准备好记录实验数据表格。作按照实验步骤和内容，有目的地调整电路参数和测量数据，正确操作测量仪器。读取数据时应仔细准确，实验数据应及时记录在事先准备好的实验数据不要随意涂改，如发现数据有误，可重新测量，以便发现问题。三、实验报告的编写编写实验报告是将实验结果进行归纳总结分析和提高的阶段。学生在每次实验课后都应独立完成这一项工作，实验报告内容应包括：1.实验名称、班级和姓名、同组者姓名、实验日期2.实验目的和实验电路3.根据实验原始记录整理出的数据、表格、曲线、波形和计算数据等位。4.对实验结果进行讨论分析。如：是否达到实验目的和要求；有何收获；实验中产生误差的原因；回答问题以及对实验的改进意见等。实验一三四高频小信号谐振放大器 ()1LC正弦波振荡器 ()5乘积调幅器与大信号检波器 ()8器 ()14实验一高频小信号谐振放大器一、实验目的1.通过实验进一步熟悉小信号谐振放大器的组成和工作原理；2.掌握谐振放大器的调试和基本性能测量方法。二、实验原理谐振放大器是采用谐振回路做为负载的放大器。根据谐振回路的特性可以知道谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且还起着滤波或选频的作用。对高频小信号放大器来说，由于输入信号小，它可以工作在晶体管的线性范围内。这就允许把晶体管看成线性元件，因此可作为有源线性四端网络(即小信号微变等效电路)来分析。本实验采用两级晶体管窄带谐振放大器作为实验内容。高频小信号放大器的主要性能指标有：⑴中心频率fo：是指放大器的工作频率。它是设计放大器电路时，为选择器件和计算谐振回路元件参数的依据。⑵增益：是指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和功率增益。电压增益Kvo=Vo/Vi功率增益Kpo=Po/PiPi分别为放大器中心频率上的输出和输入功率。增益通常用分贝表示。⑶通频带：是指放大器电路增益由最大或功率下降到一半时对应的频率宽度，如图KK(f)Bff0⑷选择性：是指放大器对通频带的外部抗干扰信号的衰减能力。通常有两种表示方法：一种是矩形系数；另一种是抑制比。用矩形系数说明通频带以外的邻近波道的干扰频率分量的衰减能力，理想的频带放大器频率响应曲线呈矩形。但实际的曲线形状往往与矩形有为：fdfd=pfof2fKr0.1=2f式中：2f0.7为相对电压增益下降到带宽度。显然，理想矩形系数应为1，实用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率fn信号抑制能力的大小，它的定义中心频率上功率增益Kpfo与特定干扰频率fnK(f)/K(fo)理想f0f200f20KKpfnK或KKKpfn还有其它性能指标参数，如工作稳定性，噪声系数等，有关说明请看三、实验电路++5VT2C613K4.7K4.7K18T1C40.01uF21K134Ui20.01uF13K4.7K7p18KUiC14.7K如图1-3所示实验电路由两级高频小信号谐振放大器组成，第一级与器3.高频电子线路实验箱五、实验内容及步骤(一)第一级谐振放大器幅频特性的调试2.将高频信号发生器频率调到6MHz，输出信号峰-峰值10mV，将它加到实验电路板的第一级放大器的输入端，再将示波器接到第一级输出22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.54.根据表格数据，调节高频信号发生器频率(Vp-p=10mV保持不变)。测量输出电压幅频特性曲线。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)(二)第二级谐振放大器幅频特性的调试MHz值10mV，将它加到实验电路板的第二级放大器的输入端，再将示波器接到第二级输出22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.53.根据表格数据，调节高频信号发生器频率(Vp-p=10mV保持不变)。测量输出电压幅频特性曲线。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)(三)级联后谐振放大器幅频特性测试到10mV，然后加到实验电路板的第一级输入端，由第二级输出端接示波器，反复调整第一级和第二级电感，使输出达到最大再测22f0.7(kHz)2f0.5(kHz)f(MHz)6AKr0.5量输出电压幅频特性曲线。ff(MHz)5.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5V0(mV)六、预习要求复习有关小信号谐振放大器的工作原理和性能分析方面的内容。七、注意事项3.在两级放大器级联之后，需要分别将两级对同一频率(6M)重调4.注意不要将无感螺丝刀调断。八、报告要求画出谐振曲线，并分析和讨论。实验二LC正弦波振荡器一、实验目的2.掌握静态工作点、反馈系数等对起振条件、幅值和波形的影响；3.了解反馈和耦合电容对振荡频率和起振电压的影响；了解负载对输出电压的影响。二、实验原理电容反馈LC振荡器，其共基极接法的起振条件可知与晶体管发射极相连的元件合适，满足起振条件时，电路起振。当忽略固有振荡频率fo：1fo=2LCCCC=12C+C12LL(2-1)(2-2)fbfbibe振荡器的起振条件为Y>BG+G/Bfbibe B= C+C12 电路起振后，由于振荡电压幅度越来越大，晶体管放大器逐渐趋向大信号非线性状态，其放大倍数K逐渐下降，当K下降到KB=1时，振荡uuuLCC2并联，而晶体管的极间电容(主要是结电容)又随外界因素(如温度、电压、电流等)的变化而变化，因此振荡器的频率稳定性不够高。为了提高振荡器的频率稳定性，产生了能够减小晶体管与回路之间耦合的改进型三、实验电路21K33422KK2123321K147p120p65420k22KE实验电路如图2-2所示。该电路为改进的电容三点式振荡电路，输出级采用射随器隔离。它是用来减小后一级负载对前一级振荡回路的影响。1.示波器(DC4322D)4.高频电子线路实验箱五、实验内容及步骤1.观察静态工作点对输出的影响用示波器接到输出端vo处，观察输出波形(注意记录有无失真)，并测量幅VV2.观察反馈系数对输出振幅的影响开)，并用示波器观察输出波形及幅度。Vop-p(V)3.观察耦合电容对电路的影响⑴耦合电容对起振的影响(注意失真情况)Ve(mV)Ve(mV)Ve(mV)⑵观察耦合电容对频率覆盖系数的影响f5.观察电路负载对输出幅度的影响RR(k)Vo(V)六、预习要求复习有关LC振荡器振荡原理，由实验内容拟定实验步骤，熟悉各项操作的意义，绘制必要的表格。七、注意事项1.测频率用高频信号发生器；3.注意静态工作点的调整，把所有的连接都连接号后再调工作点。每次改变连接后都要重新调整静态工作点。八、实验报告要求用所学理论分析各项实验结果。实验三乘积调幅器与大信号检波器一、实验目的1.通过实验进一步了解模拟乘法器调幅电路的工作原理；2.通过实验进一步了解二极管大信号检波器的工作原理；3.掌握示波器测量调幅指数和电路调试方法；4.观察检波器电路参数对输出信号失真的影响。二、实验原理调制是用调制信号(如声音，图象等低频或视频信号)去控制载波的某一参数，使这个参数随调制信号而变化的过程。载波经过调制后称为已振幅调制就是用调制信号去控制载波的振幅，使载波的振幅按调制信则根据振幅调制的定义可以得出载波振幅信号的表达式为：此时产生严重失真，这种情况应该避免。11由上式可以看出调幅波是由三个不同频率的正弦波组成。第一项为未第三项的频率等于载波频率与调制频率之差，称为下边频。实际上，调制复杂的，它含有许多频率分量，因此，由它所产生的调幅波中的上边频和下边频都不是一个频率，而是许多个频率分量组成了所谓上边频带与下边频带。从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，解调是调制的逆过程。调幅信号的解调通常称为检波，检波实现方法可分为包络检波和同步检波两大类。前一种只适用于载波振幅信号(AM)，后一种只能用于抑制载波振幅信号(DSB)或单边带调制信号(SSB)，当然同步检波也可解调载波振幅信号(AM)。二极管包络检波分为峰值包络检波和平均包络检波，前者输入信号要V入信号较小，一般几毫伏至几十毫伏，输出的平均电压与输入信号电压振幅的平方成正比，又称平方率检波，它广泛用于测量仪表中的功率指标。+D+D_二极管峰值包络检波器<<R>>RC,CoD形成一个大的负电压，从而使二极管在输入电压的峰值附近才导通，导期做锯齿波动，其平均值是稳定的且变化规律与输入调幅信号包络变化规下面简单说明一下二极管峰值包络检波器的两项主要性能指标。(1)传输系数Kd信号的解调能力或效率的一个参数。如输入电压振幅Vom，输出直流电压VK=dcdVom对于载波振幅调制信号，其定义为检波器输出低频电压振幅与输入高频已调波包络振幅之比：K=VmdmVaom(2)检波器的失真二极管峰值包络检波器的失真，除具有与放大器相同的线性和非线性失真外，还存在两种特有的失真—惰性失真和底部切割失真，如图3-2和图惰性失真表现为输出波形不随包络形状而变，它总是起始于输入电压负斜率的包络线的下降速度。这种失真是vvVVRim0tt底部切割削失真又称为负峰切割失真，这种失真是因为检波器的交直流负载不同引起的。分析表明：为防止这种失真，检波器交流负载与直流负载aRR72KR17R103K8C34R6Uo15R12750R8100K10uF21UoW247KKL10.01uFR14KW1100K12V2AP92K263-4所示电路为乘法调幅与大信号检波电路，它由三部分组成，两级电路的阻抗匹配；二极管D1等阻容元件组成二极管大信号包络检波MCP公司生产的模拟乘法器，可用做宽带和抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器T差分放大器工作在线oxyU=KUoxy它与外围元件有关。线性区和饱和区的临界点如信号电压均小于26mV输入线性动态范围的上限值太小，不适应实际需要。TT2T3TTT2T3T68484Ux)TTTTUy2(+)2TTT35号的输入线性动态范围，但是反馈电阻同时会影响调制器增益。增大反馈电阻会使器件增益下降，但它能改善调制信号输入的动态范围。E=518=05V0max51+750.VE0波的调幅度。器3.低频信号发生器(EM1642)4.数字万用表(DT9202)5.高频电子线路实验箱五、实验内容及步骤打开电源开关(红绿指示灯亮)。(一)乘积调幅器a端电压，在实验板上已经留出测试孔。高频信号发生器提供载波信号，将它调到频率为465kHz，器提供调制信号，将它调到频率为1kHz端，测量晶体管Q1的aaaaB00.10.20.40.60.8VABABmaE0(V)(二)二极管大信号检波器Vspp.4V不变。取不同的fs，示波器接检波器输出端(ZLR),调节WR电，再用万用表Ω档测量电阻。2.观察负峰切割失真fs=1kHz。AB六、预习要求1.复习有关模拟乘法器、二极管大信号检波的工作原理和性能分析方2.预习示波器测量调幅系数ma的方法。七、注意事项1.输入信号应在板上的实测值(以示波器测量为准)；3.测量直流电阻时，先断电源，再用万用表测电阻的值，测完电阻后，应万用表立即打回到直流电压档上；6.高频信号发生器使用时不用衰减，低频信号发生器除做全调制和验中严禁调动。八、报告要求3.描绘检波器惰性失真和负峰切割失真时的输出电压波形。实验四频率调制与鉴频实验一、实验目的1.通过实验进一步理解频率调制工作原理及实现方法；2.通过实验了解变容二极管直接调频的原理及电路组成；4.观察改变频率调制电路参数对输出信号的影响。5.通过实验进一步理解频率调制信号的解调原理及实现方法；6.掌握乘积型相位鉴频器工作原理，实现电路及测量方法。二、实验原理1.频率调制的一般原理频率调制就是用低频信号去控制高频载波的频率，使高频载波的振幅不变，而瞬时频率与调制信号的强度成线性关系。调频时，载波信号的瞬时角频率(t)随调制信号成正比变化，即：af(t)=A0cos(0t+kVfmsint)mf=m称为调频波的的调频指数。mf可以大于1，mf越大抗噪声性能越好，但是要占据更大的信号带宽。我们知道LC振荡器的振荡频率f=1，如果能使振荡器回路的L2LC要C(t)[或L(t)]与V(t)成正比例关系，如果C(t)很小，可以证明(教科正比例关系的结论，从而实现线性调频。2.变容二极管直接调频变容二极管是单向导电器件，在反偏时，它的PN结呈现一个与反向变容二极管结电容与外加电压CjCj=其中Cj0是变容二极管在零偏压垒电位差(硅管约为0.7V，锗管约为0.2V)；y是电容变化系数，通常pF012345678910y=1/2~1/3；U是外加反向偏压的绝对值，包括静态工作电压EQ和调制信设调制信号为v(t)=Vmcost，当变容二极管作为回路总电容全部接入振荡回路后，振荡频率可表示为：mcmcmc=QD非线性失真很小。对调频电路的性能要求主要有调制线性、最大频偏、调制灵敏度及中心频率稳定度等。前三项可由静态频率调制特性曲线上估计测出来。3.频率解调的一般原理能够完成对调频信号解调的电路称为鉴频器。它的基本方法是将调频波进行特定的波形变换，使其变换后的波形中，包含有反映调频波瞬时频率变化规律的某种参量，例如幅度、相位或平均分量，然后设法检测出这个参量，即得到原始调制信号。鉴频器的电路类型很多，例如将调频波通过幅频特性斜率不等于零的线性网络，使调频波的振幅按其瞬时频率规律变化，变为调频—调幅波，通过包络检波器检测出反映幅度变化的解调电压。这种鉴频器称为幅度mUin3mUin34f又如，将调频波通过相频特性斜率不等于零的线性网络，使调频波的相位按其瞬时规律变化，变为调频—调相波，再通过相位鉴频器检测出反映相位变化的解调电压。这种鉴频器称为相位鉴频器。VViFM信号VVi低通滤波器移相网络FM-PM移相网络图4-2乘积型相位鉴频器方框本实验采用相位鉴频器，乘积型相位鉴频器的实现框图5-1所示。在图中，移相网络一般采用单谐振回路或耦合回路，乘法器一般采用模拟乘压Vm与输入FM信号的频偏f(或瞬时频率应FM信号的中心频率f0(f=0)，输出电压规律变化，故鉴频器输出还原了原调制信号。mm0BfV曲线中直线段的频率范围Bm为鉴频器的线性范围。Bm应大于调频信号最大频偏的两倍以上。三、实验电路LL6412Ui43L63AWUoutL62W63K2WKGND提供偏压使变容二极管与调制信号近似成线性关系，变容二极管通过C652.频率解调电路乘积型相位鉴频器实验电路如图4-5所示。图中，集成模拟乘法器做实验时把输入信号(已调波)从Uin加入，通过该电路的解调在输出端3K23U1ARAGDAOUT+NG6GEESIG-V416.8KV4C10R14814202nAOUT-uL15J