实验1单调谐回路谐振放大器.docx

实验1 单调谐回路谐振放大器

—、实验准备
1．做本实验时应具备的知识点：
l 放大器静态工作点
l LC并联谐振回路
l 单调谐放大器幅频特性
2．做本实验时所用到的仪器：
l 单调谐回路谐振放大器模块
l 双踪示波器
l 万用表
l 频率计
l 高频信号源

二、实验目的
1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；
2．掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理；
3. 熟悉放大器静态工作点的测量方法；
4．熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性（包括电压增益、通频带、Q值）的影响；
5．掌握测量放大器幅频特性的方法。

三、实验内容
1．用万用表测量晶体管各点（对地）电压VB、VE、VC，并计算放大器静态工作点；
2．用示波器测量单调谐放大器的幅频特性；
3．用示波器观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响；
4．用示波器观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。
四、基本原理
1．单调谐回路谐振放大器原理
小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中，RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。CE是RE的旁路电容，CB、CC是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，RC是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响，采用了部分回路接入方式。

图1-1 单调谐回路放大器原理电路

图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路图

2．单调谐回路谐振放大器实验电路
单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中，1C2用来调谐，1K02用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1W01用以改变基极偏置电压，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1Q02为射极跟随器，主要用于提高带负载能力。

五、实验步骤
1．实验准备
（1）插装好单调谐回路谐振放大器模块，接通实验箱上电源开关，按下模块上开关1K01。
（2）接通电源，此时电源指示灯亮。
2．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量
测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。点测法采用示波器进行测试，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
（1）扫频法，即用扫频仪直接测量放大器的幅频特性曲线。用扫频仪测出的单调谐放大器幅频特性曲线如下图：

图1-3 扫频仪测量的幅频特性

（2）点测发，其步骤如下：
① 1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右（用三用表直流电压档测量1R1下端），这样放大器工作于放大状态。高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01）。示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ （用频率计测量），高频信号源输出幅度（峰-峰值）为200mv（示波器CH1监测）。调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。此时回路谐振于6.3MHZ。比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。
②按照表1-2改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。
表1-2

输入信号频率f(MHZ)
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
6.0
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
7.0
7.1
输出电压幅值U(mv)

③以横轴为频率，纵轴为电压幅值，按照表1-2，画出单调谐放大器的幅频特性曲线。
3．观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。
顺时针调整1W01（此时1W01阻值增大），使1Q01基极直流电压为1.5V，从而改变静态工作点。按照上述幅频特性的测量方法，测出幅频特性曲线。逆时针调整1W01（此时1W01阻值减小），使1Q01基极直流电压为5V，重新测出幅频特性曲线。可以发现：当1W01加大时，由于ICQ减小，幅频特性幅值会减小，同时曲线变“瘦”（带宽减小）；而当1W01减小时，由于ICQ加大，幅频特性幅值会加大，同时曲线变“胖”带宽加大）。
用扫频仪测出不同工作点时的特性曲线，如下图：

1Q01基极直流电压为1.5V时扫频曲线 1Q01基极直流电压为5V时扫频曲线

4．观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响
当放大器工作于放大状态下，按照上述幅频特性的测量方法测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线。可以发现：当不接1R3时，集电极负载增大，幅频特性幅值加大，曲线变“瘦”，Q值增高，带宽减小。而当接通1R3时，幅频特性幅值减小，曲线变“胖”，Q值降低，带宽加大。
用扫频仪测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线，如下图：

不接1R3时的幅频特性曲线 接1R3时的幅频特性曲线
六、实验报告要求
1．对实验数据进行分析，说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。
2．对实验数据进行分析，说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。
3．总结由本实验所获得的体会。
实验3 电容三点式LC振荡器

一、实验准备
1．做本实验时应具备的知识点：
l 三点式LC振荡器
l 西勒和克拉泼电路
l 电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响
2．做本实验时所用到的仪器：
l LC振荡器模块
l 双踪示波器

l 万用表

二、实验目的
1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；
2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能；
3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响；
4．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。

三、实验电路基本原理
1.概述
ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。
在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
2.ＬＣ振荡器的起振条件
一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。
3.LC振荡器的频率稳定度
频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。
4.LC振荡器的调整和参数选择
以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图3-1所示。

图3-1 电容三点式LC振荡器交流等效电路

(1)静态工作点的调整
合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。
当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。
（2）振荡频率f的计算
f=
式中CT为C1、C2和C3的串联值，因C1（300p）>>C3(75p),C2(1000P)>>C3(75p)，故CT≈C3，所以，振荡频率主要由L、C和C3决定。
(3) 反馈系数F的选择
F=
反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F≈0.1～0.5,本实验取F=
5.克拉泼和西勒振荡电路
图3-2为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。
图3-3为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。

图3-2 克拉泼振荡电路 图3-3 西勒振荡电路
6．电容三点式LC振荡器实验电路
电容三点式LC振荡器实验电路如图3-4所示。图中3K05打到“S”位置（左侧）时

图3-4 LC振荡器实验电路

为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（右侧）时，为改进型西勒振荡电路。3K01、3K02、3K03、3K04控制回路电容的变化。调整3W01可改变振荡器三极管的电源电压。3Q02为射极跟随器。3TP02为输出测量点，3TP01为振荡器直流电压测量点。3W02用来改变输出幅度。

四、实验内容
1．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡器电压峰—峰值VP-P，并以频率计测量振荡频率。
2．测量振荡器的幅频特性。
3．测量电源电压变化对振荡器频率的影响。

五、实验步骤
1．实验准备
插装好LC振荡器模块，按下开关3K1接通电源，即可开始实验。
2．西勒振荡电路幅频特性的测量
示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P01。电位器3W02反时针调到底，使输出最大。开关3K05拨至右侧，此时振荡电路为西勒电路。3K01、3K02、3K03、3K04分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如3K01、3K02往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰一峰值VP-P），并将测量结果记于表中。
表3-1
电容C（pf）
10
50
100
150
200
250
300
350
振荡频率f(MHZ)

输出电压VP-P(v)

注：如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。
3．克拉泼振荡电路幅频特性的测量
将开关3K05拨至左侧，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表3-1中。
4．波段覆盖系数的测量
波段覆盖即调谐振荡器的频率范围，此范围的大小，通常以波段覆盖系数K表示：

测量方法：根据测量的幅频特性，以输出电压最大点的频率为基准，即为一边界频率，再找出输出电压下降至处的频率，即为另一边界频率，如图3-5、图3-6所示，再由公式求出K。

图3-5 图3-6

5．测量电源电压变化对振荡器频率的影响
分别将开关3K05打至左测（S）和右侧（P）位置，改变电源电压EC，测出不同EC下的振荡频率。并将测量结果记于表3-2中。
其方法是：频率计接振荡器输出3P01，电位器3W02反时计调到底，选定回路电容为50P。即3K02往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表3-2给出的电压值Ec，调整3W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中△f为改变Ec时振荡频率的偏移，假定Ec=10.5V时 ,△f=0，则△f=f-f10.5V。
表3-2
串联（S）
EC（V）
10.5
9.5
8.5
7.5
6.5
5.5
F(MHZ)

△f(KHZ)

并联（P）
EC（V）
10.5
9.5
8.5
7.5
6.5
5.5
F(MHZ)

△f(KHZ)

6．8.8MHZ频率的调整
在用各个模块构成无线收、发系统时，需要用到LC振荡器模块，作为接收系统中的本振信号。此时振荡频率需要8.8MHZ左右，如何得到8.8MHZ左右的频率，其方法如下：
（1）振荡电路为西勒电路时（3K05往右），3K01、3K02、3K03、3K04四个开关全部往下拨，此时输出的振荡频率为8.8MHZ左右。如果频率高于8.8MHZ，可将3K01往上拨，这样频率可以降低。如果频率有误差，可调整3W01电位器。
（2）振荡电路为克拉泼电路时（3K05往左），3K02、3K04接通（往上拨），此时输出振荡频率为8.8MHz左右。如果频率相差太大，可调整四个开关的位置。

六、实验报告
1．根据测试数据，分别绘制西勒振荡器，克拉泼振荡器的幅频特性曲线，并进行分析比较。
2．根据测试数据，计算频率稳定度，分别绘制克拉泼振荡器、西勒振荡器的
曲线。
3．对实验中出现的问题进行分析判断。
4．总结由本实验所获提的体会。
实验6 集成乘法器混频器实验

一、实验准备
1．做本实验时应具备的知识点：
l 混频的概念
l MC1496模拟相乘器
l 用模拟乘法器实现混频
2.做本实验时所用到的仪器：
l 集成乘法器混频模块
l LC振荡与射随放大模块
l 高频信号源
l 双踪示波器

二、实验目的
1. 了解集成混频器的工作原理，掌握用MC1496来实现混频的方法；
2. 了解混频器的寄生干扰。

三、实验内容
1. 用示波器观察输入输出波形；
2. 用频率计测量混频器输入输出频率；
3. 用示波器观察输入波形为调幅波时的输出波形。

四、基本原理
混频器的功能是将载波为fs（高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频fi （固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535-1605KHZ的已调波信号变为中心频率为465KHZ的中频已调波信号。此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器，外差频率计等。混频器的电路模型如图6-1所示。

混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。本振用于产生一个等幅的高频信号，并与输入信号Us经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器，本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。
图6-2是用MC1496构成的混频器，本振电压UL(频率为(8.8MHZ)从乘法器的一个输入端（10脚）输入，信号电压Vs(频率为6.3MHZ)从乘法器的另一个输入端（1脚）输入，混频后的中频(Fi=FL-Fs)信号由乘法器的输出端（6脚）输出。输出端的带通滤波器必须调谐在中频Fi上，本实验的中频为Fi=FL-Fs=8.8MHZ-6.3MHZ=2.5MHZ。
为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压Us和本振电压UL外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰。

图6-2 MC1496构成的混频器电路图

五、实验步骤
1.实验准备
将集成乘法器混频模块，LC振荡器与射随放大模块插入实验箱主板，接通实验箱与所需各模块电源。
2．中频频率的观测
将LC 振荡器输出频率为8.8MHZ（幅度Vp-p大于1.5V）作为本实验的本振信号输入乘法器的一个输入端(6P01),乘法器的另一个输入端（6P02）接高频信号发生器的输出（6.3MHZ Vp-p=0.4V）。用示波器观测6TP01、6TP02、6TP03、6TP04波形，用频率计测量6TP01、6TP02、6TP04的频率。并计算各频率是否符合Fi=FL-Fs。当改变高频信号源的频率时，输出中频6TP04的波形作何变化，为什么？
3．混频的综合观测
将音频调制信号为1KHz载波频率为6.3MHZ的调幅波，作为本实验的射频输入，用双踪示波器观察6TP01、6TP02、6TP03、6TP04各点波形，特别注意观察6TP02和6TP04两点波形的包络是否一致。

六、实验报告
1．根据观测结果，绘制所需要的波形图，并作分析。
2．归纳并总结信号混频的过程。