南京恒顿07-08高频电子实验讲义-青岛理工大学W.docx

高频电子线路
实验指导书

（南京恒顿）

通信与电子工程学院
信息与通信工程中心
2007年9月
实验一 高频小信号调谐放大器实验
一、实验目的
1. 掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；
2. 掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算；
3. 了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；
二、实验内容
1．调测小信号放大器的静态工作点。
2．观察放大器输出波形与谐振回路的关系。
3．观察放大器的动态范围。
4．调测放大器的幅频特性。

三、实验原理

（一）单调谐放大器
小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1（a）所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS＝12MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。
表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。
放大器各项性能指标及测量方法如下：
1.谐振频率
放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1（a）所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

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，的表达式为

式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。
谐振频率f0的测量方法是：
用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，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f0。
2.电压放大倍数
放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为

式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º 而是为180º+Φfe。
AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1（a）中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：
AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB
3.通频带
由于谐振回路的选频作用，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AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为
BW = 2△f0.7 = f0/QL
式中，QL为谐振回路的有载品质因数。
分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为

0.7
BW
0.1

2△f0.1
图1-2 谐振曲线
上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。
通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。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1-2所示。
可得：
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，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。
（二）双调谐放大器（选做）
双调谐放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路。其原理基本相同。
1.电压增益为

2. 通频带
BW = 2△f0.7 = fo/QL
四、 实验步骤
（一）单调谐小信号放大器单元电路实验
1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的各测试点及可调器件（具体指出）。
2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。
图1-3 高频小信号调谐放大器测试连接框图
注：图中符号表示高频连接线
3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)
4.调整晶体管的静态工作点：
在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VeQ＝4.8V，记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ /R5。
5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。
6.调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为12MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。
7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：
将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。
8.测量电压增益Av0
在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
9.测量放大器通频带
对放大器通频带的测量有两种方式，
其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；
其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：
通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。
输出幅度

频率

注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。
（二）双调谐小信号放大器单元电路实验（选做）
双调谐小信号放大器的测试方法和测试步骤与单调谐放大电路基本相同，只是在以下两个方面稍作改动：
其一是输入信号的频率应改为465KHz（峰－峰值200mV）；
其二是在谐振回路的调试时，对双调谐回路的两个中周要反复调试才能最终使谐振回路谐振在输入信号的频点上，具体方法是，按图1-3连接好测试电路并打开信号源及放大器电源之后，首先调试放大电路的第一级中周，让示波器上被测信号幅度尽可能大，然后调试第二级中周，也是让示波器上被测信号的幅度尽可能大，这之后再重复调第一级和第二级中周，直到输出信号的幅度达到最大，这样，放大器就已经谐振到输入信号的频点上了。

五、 实验报告要求
1．写明实验目的。
2．画出实验电路的直流和交流等效电路。
3．计算直流工作点，与实验实测结果比较。
4．整理实验数据，并画出幅频特性。
5．写明实验所用仪器、设备及名称、型号
六、 实验仪器
1. 高频实验箱 1台
2. 双踪示波器 1台
3. 万用表 1块
4. 扫频仪（可选） 1台
实验二 三点式正弦波振荡器
一、 实验目的
1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。
2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。
3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。
4. 比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。
二、 实验内容
1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2. 进行LC振荡器波段工作研究。
3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。
4. 测试LC振荡器的频率稳定度。
三、 基本原理

图2-1 正弦波振荡器（4.5MHz）
将开关S2的1拨上2拨下， S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振荡频率。

振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围）
振荡电路反馈系数
F=
振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。
四、 实验步骤
1. 根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。
2. 研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。
1) 将开关S2的1拨上，构成LC振荡器。
2) 改变上偏置电位器RA1，记下发射极电流Ieo(=)填入表6-1中，并用示波测量对应点的振荡幅度VP-P（峰—峰值）填于表中，记下停振时的静态工作点电流值。
分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，分析思路：静态电流ICQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。在饱和状态下（ICQ过大），管子电压增盖AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。
3. 测量振荡器输出频率范围
将频率计接于J1处，改变CCI，用示波器从TH1观察波形，并观察输出频率的变化，填于下表中。

表2-1
CCI（pF）
f(MHz)
5

18

4. 分别用5000p和100p的电容并联在C20两端，改变反馈系数，观测振荡器输出电压的大小。
1) 计算反馈系数
2) 用示波器记下振荡幅度值
3) 分析原因
反馈电容
并联5000p
并联100p
反馈系数

振荡幅度Vpp

五、 实验报告要求
1．用表格形式列出实验所测数据，绘出实验曲线，并用所学理论加以分析解释。
2．分析静态工作点、反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响，并用所学理论加以分析。
3．计算实验电路的振荡频率fo，并与实测结果比较。
六、 实验仪器
1. 高频实验箱 1台
2. 双踪示波器 1台

图2-1 非线性丙类功率放大

实验三 振幅调制器
一、 实验目的
1. 掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅、抑止载波双边带调幅的方法。
2. 研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。
3. 掌握调幅系数的测量与计算方法。
4. 通过实验对比全载波调幅和抑止载波双边带调幅的波形。
二、 实验内容
1. 调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。
2. 实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。
3. 实现抑止载波的双边带调幅波。
三、 实验原理及实验电路说明
幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的465KHz高频信号，1KHz的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。
1．集成模拟乘法器的内部结构
集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）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得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。
(1)MC1496的内部结构
在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用。MC1496是四象限模拟乘法器，其内部电路图和引脚图如图11-1所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。

图3-1 MC1496的内部电路及引脚图
2）静态工作点的设定
(1)静态偏置电压的设置
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-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。根据MC1496的特性参数，对于图3-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即
ν8=ν10　, ν1=ν4　, ν6=ν12
15V≥ν6　(ν12)-ν8　(ν10)≥2V
15V≥ν8　(ν10)-ν1　(ν4)≥2V
15V≥ν1　(ν4)- ν5≥2V
(2)静态偏置电流的确定
静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。
当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR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-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即

根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取。在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替.
　　2．实验电路说明
用MC1496集成电路构成的调幅器电路图如图3-2（见P.17）所示。
图中W1用来调节引出脚1、4之间的平衡，器件采用双电源方式供电（＋12V，－8V），所以5脚偏置电阻R15接地。电阻R1、R2、R4、R5、R6为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、10之间；载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高频旁路电容，使8脚交流接地。调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，调制信号VΩ经低频偶合电容E1从1脚输入。2、3脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围。当电阻增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚6、12之间）输出。
四、 实验步骤
1. 静态工作点调测：使调制信号VΩ=0,载波VC=0，调节W1使各引脚偏置电压接近下列参考值：
管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电压（V）
0
-0.74
-0.74
0
-7.16
8.7
0
5.93
0
5.93
0
8.7
0
-8.2
R11、R12 、R13、R14与电位器W1组成平衡调节电路，改变W1可以使乘法器实现抑止载波的振幅调制或有载波的振幅调制和单边带调幅波。
为了使MCl496各管脚的电压接近上表，只需要调节W1使1、4脚的电压差接近0V即可，方法是用万用表表笔分别接1、4脚，使得万用表读数接近于0V。
2. 抑止载波振幅调制：J1端输入载波信号VC(t),其频率fC=465KHz,峰－峰值VCP－P＝500mV。J5端输入调制信号VΩ(t)，其频率fΩ＝1KHz，先使峰－峰值VΩP－P＝0，调节W1，使输出VO=0(此时ν4＝ν1)，再逐渐增加VΩP－P，则输出信号VO（t）的幅度逐渐增大，最后出现如图3-3所示的抑止载波的调幅信号。
由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。脚1和4分别接电阻R12和R14，可以较好地抑止载波漏信号和改善温度性能。
图3-3抑制载波调幅波形
3. 全载波振幅调制，J1端输入载波信
号Vc(t)， fc=465KHz, VCP－P＝500mV，调节平衡电位器W1，使输出信号VO（t）中有载波输出（此时V1与V4不相等）。再从J2端输入调制信号，其fΩ＝1KHz，当VΩP－P由零逐渐增大时，则输出信号VO（t）的幅度发生变化，最后出现如图13-4所示的有载波调幅信号的波形，记下AM波对应Vmax和Vmin，并计算调幅度m。

图3-4普通调幅波波型

4. 步骤同3，从J6处观察输出波形。
5. 加大VΩ，观察波形变化，比较全载波调幅和抑止载波双边带调幅的波形.
五、 实验报告要求
管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电压（V）

1． 整理实验数据，写出实测MC1496各引脚的实测数据。
2．画出调幅实验中m＝30％、m＝100％、m > 100% 的调幅波形,分析过调幅的原因。
3．画出当改变W1时能得到几种调幅波形，分析其原因。
4. 画出全载波调幅波形、抑止载波双边带调幅波形，比较两者区别。
六、 实验仪器
1． 高频实验箱 1台
2． 双踪示波器 1台
3． 万用表 1块
图3-2 AM DSB SSB(465KHz)

实验四 超外差中波调幅接收机
一、 实验目的
1. 在模块实验的基础上掌握调幅接收机组成原理，建立调幅系统概念。
2. 掌握调幅接收机系统联调的方法，培养解决实际问题的能力。
二、 实验内容
1．完成调幅发射机整机联调
2．完成调幅接收机整机联调
3．进行调幅发送与接收系统联调。（注：可直接做第三项）
三、 实验电路说明

图4-1超外差中波调幅接收机
接收机由天线回路、变频电路、中频放大电路、检波器、音频功放、耳机等六部分组成，实验箱上由模块2，4，7，10构成。
四、 实验步骤
略。
五、 实验报告要求
1. 说明调幅接收机组成原理
2. 根据调幅接收机组成框图测出对应点的实测波形并标出测量值大小。
六、 实验仪器
1、高频实验箱 1台
2、双踪示波器 1台
3、万用表 1块

实验五 变容二极管调频
一、 实验目的
1. 掌握变容二极管调频电路的原理。
2. 了解调频调制特性及测量方法。
3. 观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。
二、 实验内容
1. 测试变容二极管的静态调制特性。
2. 观察调频波波形。
3. 观察调制信号振幅时对频偏的影响。
4. 观察寄生调幅现象。
三、 实验原理及电路
1. 变容二极管工作原理
调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。
变容二极管调频电路如图5-1所示。从J2处加入调制信号，使变容二
图5-1 变容二极管调频
极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从J1处输出为调频

波（FM）。C15为变容二级管的高频通路，L1为音频信号提供低频通路，L1和C23又可阻止高频振荡进入调制信号源。
图5-2示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。在（a）中，U0是加到二极管的直流电压，当u＝U0时，电容值为C0。uΩ是调制电压，当uΩ为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当uΩ为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。在图（b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C0，此时振荡频率为f0。
因为，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。从图（a）中可以看到，由于C-u曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于，f和C的关系也是非线性。不难看出，C-u和f-C的非线性关系起着抵消作用，即得到f-u的关系趋于线性（见图（c））。
2. 变容二极管调频器获得线性调制的条件
设回路电感为L，回路的电容是变容二极管的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响），则振荡频率为。为了获得线性调制，频率振荡应该与调制电压成线性关系，用数学表示为，式中A是一个常数。由以上二式可得，将上式两边平方并移项可得，这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。这就是说，当电容C与电压u的平方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。
3. 调频灵敏度
调频灵敏度定义为每单位调制电压所产生的频偏。
设回路电容的C-u曲线可表示为，式中B为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。将上式代入振荡频率的表示式中，可得：
调制灵敏度：
当n＝2时，
设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U0,相应的回路电容量为C0,振荡频率为，就有

则有
上式表明，在n＝2的条件下，调制灵敏度与调制电压无关（这就是线性调制的条件），而与中心振荡频率成正比，与变容二极管的直流偏压成反比。后者给我们一个启示，为了提高调制灵敏度，在不影响线性的条件下，直流偏压应该尽可能低些，当某一变容二极管能使总电容C-u特性曲线的n＝2的直线段愈靠近偏压小的区域时，那么，采用该变容二极管所能得到的调制灵敏度就愈高。当我们采用串和并联固定电容以及控制高频振荡电压等方法来获得C-u特性n＝2的线性段时，如果能使该线性段尽可能移向电压低的区域，那么对提高调制灵敏度是有利的。
由可以看出，当回路电容C-u特性曲线的n值（即斜率的绝对值）愈大，调制灵敏度越高。因此，如果对调频器的调制线性没有要求，则不外接串联或并联固定电容，并选用n值大的变容管，就可以获得较高的调制灵敏度。
四、 实验步骤
1. 静态调制特性测量
将电路接成压控振荡器，J2端不接音频信号，将频率计接于J1处，调节电位器W1，记下变容二极管D1、D2两端电压和对应输出频率，并记于下表中。
VD1(V)

VD2(V)

F0(MHz)

2. 动态测试
1）将电位器W1置于某一中值位置，将音频信号通过J2输入，将示波器接于J1端，可以看到调频信号。由于载波很高，频偏很小，因此看不到明显的频率变化的调频波。但用频偏仪（型号为BE37）可以测量频偏。
2）为了清楚观察FM波，可以将FM信号从J1端用连线连接到晶体三极管混频器的输入端（图5-1的J4端），将示波器接在变频器输出端（图5-1 的J6端），调节调制信号电压的大小即可观察到频偏的变化。
五、 实验报告要求
1. 在坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度。说明曲线斜率受哪些因素的影响。
2. 画出实际观察到的FM波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。
六、 实验仪器
1. 高频实验箱 1台
2. 双踪示波器 1台
3. 万用表 1块