高频电路(仿真)实验讲义

1、.高频电路（仿真）实验讲义光电学院电子科学与技术系2011年2月实验一、共射级单级交流放大器性能分析一、实验目的1、学习单级共射电压放大器静态工作点的设置与调试方法。2、学习放大器的放大倍数（Au）、输入电阻（Ri） 、输出电阻（Ro）的测试方法 。3、观察基本放大电路参数对放大器的静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。 4、熟悉函数信号发生器、示波器、数字万用表和直流稳压电源等常用仪器的使用方法。 二、实验原理如图所示的电路是一个分压式单级放大电路。该电路设计时需保证UB510UBE，I1I2510IB，则该电路能够稳定静态工作点，即当温度变化时或三级管的参数变化时，电路的静态工作点不会

2、发生变化。UB=R1R1+R2VCC ICIE=UB-UBERE由上式可知，静态工作时，UB是由R1和R2共同决定的，而UBE一般是恒定的，在0.6到0.7之间，所以IC 、IE只和有关。当温度变化时或管子的参数改变时（深究来看，三极管的特性并非是完全线性的，在很多的情况下，必须计入考虑），例如，管子的受到激发而IC欲要变大时，由于RE的反馈作用，使得UBE节压降减小，从而IB减小，IC减小，电路自动回到原来的静态工作点附近。所以该电路不仅有较好的温度稳定性，还可以适应一定非线性的三极管，前提是只要电路设计的得当。调整电阻R1、R2，可以调节静态工作点高低。若工作点过高，使三极管进入饱和区，则

3、会引起饱和失真；反之，三极管进入截止区，引起截止失真。图1-1 分压式单级放大电路如图1-1，C1、C2为耦合电容，将使电路只将交流信号传输到负载端，而略去不必要的直流信号。发射极旁路电容CE一般选用较大的电容，以保证对于交流信号完全是短路的，即相当于交流接地。也是防止交流反馈对电路的放大性能造成影响。电路的放大倍数AU=-RLrbe，输入电阻Ri=R1R2rbe，输出电阻RO=RL，空载时RO=RC。当发射极电容断开时，在发射极电容上产生交流负反馈，电压的放大倍数为AU=-RLrbe+1+Re，输入电阻Ri=R1R2rbe+1+Re。输出电阻仍近似等于集电极负载电阻。三、实验内容（一）如图1

4、-2所示，建立放大电路，进行静态分析。图1-2 静态工作点的调整与测试注意，电路必须工作在放大区，即输出波形必须对称（因为输入信号是正弦波）且和原来的信号保持协调。只有设置好静态工作点才可以进行下一步。此步骤就是要选择合适的R1、R2。（二）动态分析动态分析时，实验中一直使用的信号。F=1000HZ,Vpp=28mv。如图1-3所示：图1-3 函数信号发生器在原来设置好静态工作点的基础上，接入信号。并按照此图进行测量电压放大倍数。（该电路另接入了一电阻R3，以增大输入电阻）如图1-4所示：图1-4 放大倍数（加大输入电阻）计算电压的放大倍数：AU=UO/Ui输入输出电阻的测量：图1-5 输入电

5、阻的测试图1-6 输出电阻的测试计算计算 和 （三）若是静态工作点设置不合适，则会引起失真。如图1-7和图1-8所示。 图1-7饱和失真 图1-8 截止失真（四）有无发射极电容CE的影响图1-9 有无发射极电容的影响明显看出，在不加发射极电容CE时，交流电压的放大倍数减小了。可见是交流的负反馈作用促成了这一结果。显然，在实际的生产实际中，我们不需要这一反馈，因此一般选择并联上发射极输出电容，可以明显增大电压的放大倍数。但同时也增加了电路的硬件成本。（五）增大输入电阻对电路性能的影响 从示波器中的波形可以看出，输入波形与输出波形的相位相反，频率相同。信号源内阻增大，如图所示：比较可知，增大输入电

6、阻，可以略微地提高电压放大倍数。 四、思考题1、由实验（一）（二）（三）可知，静态工作点的设置对放大电路有何作用？2、仿真电路中的电路必须要“接地”，这样做有什么好处？ 3、仿真电路中的很多细节都需要注意，某一细节处理不好就会影响电路的正常工作。试结合实验过程举例说明。实验二 高频LC谐振功率放大器性能研究一、实验目的1、进一步熟悉EWB仿真软件的使用方法；2、测试高频谐振功率放大器的电路参数及性能指标；3、熟悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。二、实验内容及步骤(一)构造实验电路利用EWB软件绘制如图2-1所示的高频谐振功率放大器实验电路。 图中，各元件的名称及标称值如表2-1所示

7、。 序号元件名称及标号标称值1信号源Ui270mV/2MHz2负载RL10k3基极直流偏置电压VBB0.2V4集电极直流偏置电压VCC12V5谐振回路电容C13pF6基极旁路电容Cb0.1uF7集电极旁路电容Cc0.1uF8高频变压器T1N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=09晶体管Q12N2222(3DG6)表2-1 各元件的名称及标称值(二)性能测试1、静态测试选择“Analysi”“DC Operating Point”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如图2-2所示。 2、动态测试（1）输入输出电压波形当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，

8、双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图2-3所示的输入、输出波形。 （2）调整工作状态1、分别调整负载阻值为5 k、100 k，可观测出输入输出信号波形的差异。2、分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。3、分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。由图2-5可知，工作与过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。 三、思考题1、变压器T1起什么作用？2、对照输入波形，说明输出波形有什么特点？3、负

9、载阻值的改变对输出信号波形有什么影响？4、当功放的输入信号频率改变时，输出信号波形有什么变化？说明了什么问题？实验三 正弦波振荡器实验一、实验目的1、理解LC三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。2、理解振荡回路Q值对频率稳定度的影响。3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。4、了解LC电容反馈三点式振荡器的设计方法。二、实验原理三点式振荡器的交流等效电路如图3-1所示。图中，、为谐振回路的三个电抗。根据相位平衡条件可知，、必须为同性电抗，与、相比必须为异性电抗，且三者之间满足下列关系： (3-1)这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。在满足式(3-1

10、)的前提下，若、呈容性,呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若、呈感性，呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。图3-1 三点式振荡器的交流等效电路 图3-2“考毕兹”电容三点式振荡器1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图3-2所示，图中L和C1、C2组成振荡回路，反馈电压取自电容C2的两端，Cb和Cc为高频旁路电容，Lc为高频扼流圈，对直流可视为短路，对交流可视为开路。显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。若要它产生正弦波，还必须满足振幅条件和起振条件，即： (3-2)式中为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信

11、号时的电压增益；为反馈系数，只要求出二者的值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出3-3所示的Y参数等效电路。若忽略晶体管的内反馈，即,可得3-4所示的简化等效电路。图3-4中，为LC并联谐振回路折合到晶体管端的等效谐振电导，即，。 图3-3 “考毕兹”电容三点式振荡器Y参数等效电路 图3-4 简化等效电路由图3-4可求出小信号工作状态时电压增益和反馈系数分别为 (3-3)式中，。若忽略各个的影响，电路的反馈系数为 (3-4)由式(3-2)可得起振条件为 (3-5)故有 (3-6)上式即为振荡器起振的振幅条件。为了进一步说明起振的一些关系，可将式(3-6)变换为 (3-7)式(3-7

12、)第一项表示输出电导和负载电导(这里未考虑负载电导)对振荡的影响，F越大，越容易起振。第二项表示输入电导对振荡的影响，和F越大，越不容易起振。可见，考虑到晶体管输入电导对回路的加载作用时，反馈系数F并不是越大越容易起振。由式(3-7)可知，在晶体管参数、一定的情况下，可以改变、和负载电导及F来保证起振。F一般取0.10.5。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况下，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。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

13、停振；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，但不能取得太低，否则不易起振。由式(3-3)可知，实际的振荡电路在确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。实际中静态电流值一般取0.5mA1mA。三、实验内容1、利用EWB仿真软件绘制出如图3-5所示的西勒(Seiler)振荡器实验电路。 图3-5 西勒振荡器实验电路 2、按图3-3设置各元件参数，打开仿真开关，从示波器上观察振荡波形如图3-6所示，读出振荡频率f0

14、 ，并作好记录。 图3-6 西勒振荡器的输出波形 3、改变电容C6的容量，分别为最大或最小（100%或0%）时，观察振荡频率变化，并作好记录。4、改变电容C4的容量，分别为0.33F和0.001F，从示波器上观察起振情况和振荡波形的好坏（与C4为0.033F时进行比较），并分析原因。5、将C4恢复为0.033F，分别调节RP为最大和最小时，观察输出波形振幅的变化，并说明原因。四、思考题1、振荡器与一般放大器的主要区别是什么？2、振荡器中晶体管、振荡回路、反馈网络各起什么作用？对它们应有什么要求？3、振荡器波形不好与哪些因素有关？如何改善？实验四 调幅和检波电路的设计与性能分析一、实验目的（1）

15、在前三个实验的基础上，加强EWB的熟练应用，掌握一些仿真的技巧。（2）进一步熟悉调幅电路、检波电路的工作原理。（3）观察调幅电路、检波电路的输出波形。二、实验内容及步骤1、普通调幅电路（1）利用EWB绘制出相应的普通调幅实验电路（图4-1为参考图）。图4-1 普通调幅实验电路（2）按图4-1设置U0、U1、U2以及电路中各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上观察调幅波的波形以及与调制信号U1的关系，将示波器中观察到的两个波形（普通调幅电路输入、输出波形）画在下方。（3）改变直流电压U0为4V，观察过调幅现象，做好记录并说明原因。将过调幅时的输入、输出波形画在下方。2、双边带调制电路（1）利用E

16、WB绘制出双边带调制仿真电路（图4-2为参考图），接上载波信号U1、调制信号U2以及示波器。图4-2 双边带调制实验电路（2）按图2所示设置U1、U2的参数，打开仿真开关，从示波器上可以观察到双边带调制信号，说明双边带信号的特点。将输入调制信号波形及输出双边带信号波形画在下方。也可同时画出其扩展方式的波形。3、二极管包络检波器（1）利用EWB绘制出二极管包络检波器的仿真实验电路（图4-3为参考图）。图4-3 二极管包络检波器仿真实验电路（2）按图4-3设置Us以及各元件的参数，其中调幅信号源的调幅度M设为0.8。打开仿真开关，从示波器上观察检波器输出波形以及与输入调幅波信号Us的关系。将相应波形图画在下方。（3）将RP1调到最大（100%），从示波器上可以观察到检波器的输出波形将出现惰性失真，将相应波形图画在下方。试分析其原因。（4）将RP1恢复为最小（0%），再将RP2调到最小（0%），从示波器上又可以观察到检波器输出将出现负峰切割失真，将相应波形图画在下方。试分析其原因。4、同步检波器（