还剩18页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
《通信电子电路实验》实验讲义2012修正高频电路实验代前言本实验讲义是为配合清华大学TPE—GP2型高频电路实验学习机专门编写的多年前,学校电子技术实验室购买了几十台TPE—GP2学习机供学生做高频实验,但是,始终没有与之配套的实验讲义结合我校实验室现有实验条件和实验教学时间的需要,特地编写《高频电子线路实验讲义09版》实验一高频小信号调谐放大器(实验版G1)、实验二高频谐振功率放大器(实验版G2)是一类、实验三LC振荡和石英晶体振荡(实验版G1)都是单独实验;实验四振幅调制与解调(实验版G3)、实验五变容二极管调频振荡器(G4)、实验六集成电路压控振荡器构成的频率调制与解调(实验版G5),都是含有调制解调内容,是复合实验这样的实验安排涵盖了高频电路教学的主要内容本学期(2012秋)新购入扫频仪,所以再次修订实验讲义在此,特别感谢
06、
07、
08、09级电子信息科学与技术专业学生正是通过他们的使用,使本教材得到不断改进与完善TPE—GP2型高频电路实验学习机说明1.技术性能1.1电源输入AC220V;输出DCV+5V、-5V、+12V、-12V,最大输出电流200mA1.2信号源(函数信号发生器)输出波形有方波、三角波、正弦波幅值正弦波VP-P0~14V(14V为峰—峰值,且正负对称)方波VP-P0~24V(24V为峰—峰值,且正负对称)三角波VP-P0~24V(24V为峰—峰值,且正负对称)频率范围分四档2~20Hz、20~200Hz、200~2KHz、2K~20KHz1.3电路实验板备有五块实验板,可完成11项高频电路实验2.使用方法1.1将标有220V的电源线插入市电插座,接通开关,电源指示灯亮1.2使用实验专用电导线进行连线1.3实验时先阅读实验指导书,然后按照实验电路接好连线,检查无误后再接通主电源特别注意电源极性不可以接反附录BT-3D型扫频仪使用说明1.300MHz扫频仪主要技术参数扫频范围1~300MHz扫频频偏全扫1~300MHz,中心频率为150MHz;窄扫中心频率~300MHz,扫频宽度1~40MHz连续可调点频(CW)1~300MHz范围内连续可调,输出正弦波扫频线性不大于1:
1.2输出电压1~300MHz范围内
0.5V±10%输出平坦度1~300MHz范围内0dB衰减时全频段优于±
0.25dB输出衰减器粗衰减器10dB×7步进,电控,数字显示;细衰减器1dB×9步进,电控,数字显示输出阻抗75Ω频率标记50MHz、10MHz/1MHz复合及外接,共三种;外接频标灵敏度小于300mV2.面板布置说明
2.1前面板部分,见图1前面板部分1显示器采用大屏幕显示器,显示待测网络的幅频特性曲线2电源开关(POWER)3Y增益用于调节Y轴输入信号幅度的大小4Y移位调节该旋钮,可使扫描线上下移动5亮度用来调节扫描线的亮度6Y输入通常接检波探头的输出端7输入方式+/-键,弹出为“-”极性;×1/×10键,弹出为“×1”,Y轴输入不衰减;AC/DC键弹出为“AC”测量,按下为“DC”测量8中心频率调节9频标方式50档为50MHz频标,按下有效;10/1档为10MHz和1MHz组合频标,按下有效;外接档,按下此键,显示器上频标会全部消失10频标幅度调节旋钮11扫频方式为全扫、窄扫、CW(点频)三档转换键12扫频宽度调节旋钮13输出衰减为电控粗细衰减组合形式“×10”为粗衰减器,10dB×7步进,衰减范围0─70dB;“×1”为细衰减器,衰减范围:0─9dB14RF输出(75Ω)扫频信号的输出端15外接频标该插座应和“频标方式”中的“外接”键配合使用16输出衰减dB显示两位输出dB值
2.2后面板部分1X轴位移,调节该旋钮,可使扫描线左右移动2X幅度,调节该旋钮,可改变扫描线在水平方向上的幅度3.使用方法说明
3.1连接连接方法见图3,将RF扫频输出口接滤波器输出口显示方式置于DC,倍率×1,调Y位移(图1的
④)使基线与底格重合,Y增益调至5div,选择适当扫频宽度进行测量直读频标,确定滤波器带宽,用细衰减器确定带内波动量以及插入损耗dB值用粗衰减器确定带外衰减dB值
3.2有源放大器、高频电路的测量连接方法同上对有源网络的测量应注意隔直流注意通过检波器的信号不可大于3V,以免损伤检波器有源放大器一般测量指标有增益值、3dB带宽、带内波动、带外衰减、中心频率等幅频参量
3.
2.13dB带宽的确定在不限幅的情况下,假定被测设备所显示的包络图形Y轴最大幅度为0dB,用仪器的细衰减衰减3dB后,图形位置改变,用频标即可确定3dB带宽
3.
2.2带内波动、带外衰减、增益3dB值测量方法带内波动和衰减值可用粗、细衰减器协调动作,曲线的高位置点和低位置点之差既是增益值将扫频输出经检波后显示的图形位置和接入放大器后显示的图形位置比较,其dB差值既是注意,基扫线位置不动、Y增益和倍率不动
3.
2.3中心频率和频率范围由频标直接读出实验一单调谐高频小信号放大电路
一、预习内容1.单调谐高频小信号放大电路工作原理2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系3.了解LC并联谐振回路的中心频率fo、品质因数QL的计算方法
二、目的要求1.熟悉电子元件和高频电路实验箱2.熟悉谐振回路的幅频特性分析——通频带与选择性3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,从而了解频带扩展4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法
三、实验仪器高频电路实验箱(G1实验板)、高频信号发生器、扫频仪、示波器、万用电表
四、实验内容实验电路在图1图1-1单调谐高频小信号放大电路原理图1.正确连接实验电路,将R
1、R2元件参数在图上标明分别接入1kΩ、500kΩ、2kΩ电阻到Re位置,用万用表量出放大器静态工作点电压,填入表1-1表1-1Re放大器静态工作点电压根据VCE判断晶体管是否工作在放大区VBVEVCE计算IE2kΩ1kΩ500kΩ2.取Re=1kΩ,让晶体管保持在放大区工作,进行放大器动态研究
(1)调试并联谐振回路的中心频率到
10.7MHz将高频信号发生器的输出端接到放大器的输入端,调整Vip-p的峰峰值为300mV,RL悬空,放大器的输出端接到示波器调整信号发生器的频率到
10.7MHz,反复调试CT,使输出信号达最大,记录此时最大输出电压峰峰值Vomax
(2)在谐振点上,测量放大器的动态范围调节Vip-p由50mV~800mV,逐点测量输出电压的大小,并填入表1-2另外,在做图纸上画出Vip-p=300mV时的输出电压Vop-pV波形(要求时间轴对齐)表1-2RL=75ΩR=10kΩVip-pmV50100180300500600800Vop-pVAu=Vo/Vi
(3)用扫频仪测量回路谐振曲线保持回路谐振在
10.7MHz上将扫频仪的射频输出端接到电路输入端,电路输出接到扫频仪输入端观察并绘制出回路谐振曲线
(4)测量放大器的频率特性回路谐振在
10.7MHz上选(用于展宽通频带的回路电阻)R=10kΩ,保持高频信号发生器输出信号幅度在180mV不变调节信号频率在
10.7MHz两边逐点变动,测量不同频率时电路输出电压的大小,并填入表1-3中5改变回路电阻R分别为2kΩ和470Ω,重复
(4)测量步骤,并填入表1-3中表1-3(输入信号Vip-p=180mV)fMHz
78.
59.
710.7121416Vop-pVR=10kΩR=2kΩR=470ΩR=2K时计算电压增益AU(AU=Vo/Vi)
五、实验报告1.列出本实验所用仪器设备名称,画出实验电路,写出实验目的2.画出实验电路的直流和交流等效电路,计算直流工作点,并与实验数据比较3.真实记录并画出实验
(4)不同输入时输出波形4.分析整理实验数据,确认所有实验电路元件参数值,根据扫频仪测试绘出电压增益AU--f(幅频)特性曲线实验二高频功率放大器(丙类)
一、预习内容复习谐振功率放大器的基本工作原理,分析实验电路中各元器件作用
二、目的要求1.了解丙类功率放大器的基本工作原理,掌握丙类放大器的计算与设计方法2.了解电源电压Vcc与集电极负载对功率放大器输出功率和效率的影响
三、实验仪器高频电路实验箱(G2实验板)、高频信号发生器、扫频仪、示波器、万用电表、毫伏表
四、实验内容1.按丙类功放图2-1正确连接+12V电源,并将C、D两端短接,利用扫频仪调好回路谐振频率,逐级调整CT值,使回路谐振在
6.5MHz频率上图2-1高频谐振功率放大器实验电路图2.静态工作点测量用万用表直流挡测量各级三极管的静态电压,计算各级电流值,并记录到表2-1中3.输出功率与负载、输入信号、(以及不同的VCC电源电压*)之间的关系
(1)用示波器调整并监视高频信号发生器的输出电压,将电路中C、D两端用导线连接按照表2-2给出的实验条件,测量实验电路的输入、输出电压峰-峰值,记录在表2-2中表中,Vi2是晶体管V2的输入信号(A点),Vi3则是V3的输入信号(B点),参见图2-1将万用表打到直流电流挡,将表笔接到电路C、D两端,读出Ico值表2-1VCC=12V万用表实测值(单位V)计算值单位mAVB1VE1VCE1VB2VE2VCE2VB3VE3VCE3IE1IE2IE3Vi=0C、D断开输入fi=
6.5MHzVip-p=100mVCD短接RL=120Ω表2-2VCC=12V,实测值实测计算值Vi2p-pVi3p-pVop-pIcoIoPoPVη输入信号fi=
6.5MHzVip-p=120mVRL=51RL=75RL=120Vip-p=70mVRL=51RL=75RL=120fi=
8.5MHzVip-p=120mVRL=75
(2)见表2-2在fi=
6.5MHz、Vip-p=120mV、RL=120Ω条件下,用示波器逐点显示输入端IN、A点、B点、M点以及输出端OUT的波形图,并在作图纸上画出(要求各波形的时间轴对齐)说明表2-2中,Vip-p、Vi2p-p、Vi3p-p、Vop-p都是电压的峰-峰值Io表示输出电流的有效值,Io=
0.5*
0.707*(Vop-p/RL));Po表示输出功率,Po=(Vop-p2/RL)/8;Pv表示电源功率,Pv=IcoVCC.ηc=Po/Pv
五、实验报告1.列出本实验所用仪器设备名称,画出实验电路,写出实验目的2.根据实验测量结果,计算各种情况下Io、Po、Pv、ηc,填入表2-2中3.根据实验
(2)内容,将图2-1电路中的CD短接负载RL接120Ω当输入信号取值fi=
6.5MHz,Vip-p=120mV时,绘出双踪示波器上的输入、输出波形及A、B、M点波形4.根据实验结果,分析当输入信号频率远高于回路谐振频率时,输出信号的波形和输出功率的变动情况及变动的原因实验三正弦波振荡器
一、预习内容1.复习LC电容反馈式三点式振荡器电路的工作原理2.复习石英晶体振荡器工作原理
二、目的要求1.掌握LC电容反馈式三点式振荡器电路设计及参数计算2.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响3.熟悉并联型石英晶体振荡器电路
三、实验仪器高频电路实验箱(G1实验板)、频率计、双踪示波器、万用电表
四、实验内容LC电容反馈式三点式振荡器实验电路见图3-1;并联型石英晶体振荡器实验电路参见图3-21.静态工作点的设置
(1)正确可靠地连接+12V直流电和地线
(2)电容C`接好,C断开,其它元件照电路图3-1接示波器输入端接到实验电路输出端,观察振荡器停振时的情况
(3)用万用表测量晶体管发射极VE的电压值改变偏置电阻RP值,VE可连续变化记录VE最大值VEmax,并求出此时发射极电流值IEmax2.振荡频率与振荡幅度的测试
(1)调节RP,使静态工作点VEQ=2V,或者说IEQ=2mA取C=120pF、C`=680pF、R=110kΩ,可靠接入
(2)将CT分别接电容50pF、100pF、150pF用示波器和频率计监视对应的输出信号电压和频率,并填入表3·1表3·1CTVOP-PfOMHz计算fOMHz50pF100pF150pFfOMHz=1/2π√(LCΣ)式中,CΣ=1/[1/C+1/C`+1/CT]3.频率稳定度的影响
(1)谐振回路参数固定不变时,改变并联在L上的电阻R使得等效品质因数Q值变化通过实验,观察Q对振荡频率稳定度的影响实验元件变动C=100pF、C`=120pF、CT=100pF,调节RP,使IEQ=3mA,此时回路的谐振频率是
6.5MHz改变R,使其分别为110kΩ、10kΩ、1kΩ,分别记录电路的振荡频率,填入表3·2R110kΩ10kΩ1kΩfMHz
(2)回路参数及Q值不变,改变IEQ,观察其对振荡频率稳定度的影响实验条件C=100pF、C`=120pF,R=110kΩ调节RP,使IEQ=3mA,振荡频率是
6.5MHz调节RP,使IEQ分别表3·3IEQmA1234fMHz所标示各值测出对应振荡频率,填入表中4.石英晶体振荡器及其稳定度的测量连接好如图3-2所示实验电路+12V电源线和地线
(1)调节RP,使VE=
3.5V,计算出IEQ等于多少
(2)用示波器测量信号频率f及输出电压Vo
(3)改变R,使其分别取值110kΩ、10kΩ、1kΩ,测量并记录电路振汇频率,填入表3·4中R110kΩ10kΩ1kΩfMHz
四、实验报告1.列出本实验所用仪器设备名称,画出实验电路,写出实验目的2.画出实验电路的直流与交流等效电路,整理实验数据,填写各实验表格3.根据表3-1数据,分析实验结果和计算结果误差是怎么造成的4.根据实验内容3,分析Q值和静态工作电流IEQ对频率稳定度的影响是怎么产生的?5.晶体振荡器振荡频率为什么较少受负载影响?实验四振幅调制器与解调器
一、预习内容1.了解模拟乘法器集成电路MC14962.预习幅度调制器的相关知识3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号,并绘出它们的频谱图4.掌握用集成电路实现振幅调制与解调的方法
二、目的要求掌握用模拟乘法器MC1496实现全载波双边带调幅的方法与过程;了解调幅系数ma的物理意义、掌握ma的计算方法;通过观察实验中波形的变换,学习分析实验现象
三、实验仪器高频电路实验箱(G3实验板)、高频信号发生器、双踪示波器、万用表
四、集成模拟乘法器内部电路说明幅度调制就是高频载波的振幅受调制信号控制作周期性的变化,变化周期与调制信号周期相同,既载波振幅变化与低频调制信号振幅成正比
五、振幅调制器的实验内容与步骤实验电路见图4-2进行调幅时,载波信号加在V1~V4的输入端,即引脚的
⑧、⑩之间;调制信号加在V
5、V6的输入端,即引脚的
①、
④之间;
②、
③脚外接1KΩ电阻,以扩大调制信号的动态范围;已调制信号取自双差动放大器的两集电极输出端,即引脚
⑥、⑿之间1.直流调制特性测量步骤一,使载波输入端平衡在调制信号输入端IN2加上峰峰值为200mV、频率为1KHz的正弦信号,调节RP2电位器,使得输出端输出信号最小,以达到载波输入端平衡的目的,然后去掉输入信号步骤二,在载波输入端IN1加上峰峰值为60mV、频率为100KHz的正弦信号,用万用表测量A、B之间的电压VAB,用示波器观察OUT输出端的波形,以UAB=
0.1V为步长,记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰峰值电压,注意观察相位变化根据公式UO=KUABUC(t)计算出系数K值,填入表4·1表4·1UABUOp-pK传输系数K=UOp-p/UAB*Ucp-p(载波)2.实现全载波调幅
(1)调节RP1,使UAB=
0.1V,将低频调制信号USt=USMsin2πⅹ103tmV接到输入端IN2上在实验记录纸上画出USM分别为200mV和100mV时的调幅波形(记录需标明峰—峰值UOmax与谷—谷值Uomin),并分别算出调幅度mama=UOmax-Uomin/UOmax+Uomin
(2)载波信号UC(t)不变,将调制信号改成幅值为100mV的方波,调节RP1,观察并记录UAM分别等于0V、
0.1V、
0.15V时对应的UAM(t)波形
六、二极管检波器的实验内容二极管包洛检波器实验电路见图4-3电路主要由二极管D和RC低通滤波器组成,它利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程实现检波RC时间常数的选择对检出信号失真的影响很大RC过大,会产生对角线失真;RC太小,高频分量滤波会不干净综合考虑,RC应满足下式1.解调全载波调幅信号
(1)输入端接调幅波实验的全载波调幅输出端输出端接示波器
(2)载波信号频率分别为1MHz、100KHz,调幅度分别为30%和100%情况下,选择好C值,调整好图4-2实验的输出信号表
4.2载波信号频率调幅系数ma电容C(C1+C2)输出波形图1MHz
0.31MHz11MHz
0.31MHz1
七、实验报告1.列出本实验所用仪器设备名称,画出主要元器件1496和实验电路,写出实验目的2.整理实验数据,根据表4·1数据,用坐标纸画出直流调制特性曲线3.画出实验中2和3要求的的全部波形4.画出100%调幅波形及抑制双边带调幅波形,比较两者区别5.根据实验数据,填写表
4.2,并对二极管检波做个简单扼要的小结实验五变容二极管调频振荡器
1、实验目的1.了解变容二极管调频电路原理及构成2.了解调频器调制特性及测量方法3.观察寄生调幅现象,了解其产生原因及消除方法
2、预习内容1.复习变容二极管的非线性特性,及变容二极管调频振荡器调制特性2.复习角度调制的原理和变容二极管调频电路有关资料
3、实验仪器设备实验板G
4、双踪示波器、频率计、扫频仪、万用表、
4、实验内容实验电路如图5-1图5-1变容二极管构成的调频振荡器(实验板G4电路图)1.静态调制特性测量输入端不接音频信号(Ed悬空)将频率计接到调频器的F端C3(100pF)电容分接与不接两种情况调整Rp1,使得Ed=4V时,fo=
6.5MHz重新调整Rp1,使Ed在
0.5~8V范围内变化,将对应的振荡频率填入表5-1表5-1Ed(V)
0.512345678foMHz接C3不接C32.动态测试实验条件用G4实验板上的相位鉴频器作辅助测试具体操作是2.1用扫频仪调整鉴频器的频率特性图5-2G4板相位鉴频器电路⑴将图5-2中E、F、G接点分别与半可调电容CT1(C5)、CT2(C8)、CT3(C9)连接将扫频仪输出信号接入相位鉴频器电路输入端IN,其输出信号不宜大,一般用30dB衰减,扫频频标用外频标,采用高频信号发生器做标源,标源频率调到
6.5MHz⑵调整鉴频特性S型扫频仪输入探头改用双夹子电缆线,接至鉴频器输出端OUT即可看到S型曲线,参见图5-3如果曲线不理想,可适当调CT1使得上下对称;调CT2使得曲线中心fo在
6.5MHz;调CT3使得曲线中心fo附近线形良好调好后,记录上、下两峰点频率和幅度,既fmin、fmax、Vn、Vm、fo的值3.2.2调频振荡器动态测试
(1)C3不接,调Rp1,使Ed=4V、调Rp2,使fo=
6.5MHz自IN端口输入频率为2kHz的音频信号Va,输出端接至相位鉴频器的(IN)端,在相位鉴频器输出端观察Va调频波上下频偏的关系将对应频率填入表5-2
(2)接上C3电容测试,方法与
(1)同,将对应频率填入表5-2Va(V)
00.
10.
20.
30.
40.
50.
60.
70.
80.91不接C3ΔfMHz上下接C3ΔfMHz上下
5、实验报告1.列出本实验所用仪器设备名称,画出实验电路,写出实验目的2.整理实验数据3.在同一坐标纸上画出静态调制特性曲线,并求出其调制灵敏度S,说明曲线斜率受哪些因素的影响4.在坐标纸上画出动态特性曲线,试说明输出波形畸变原因实验六集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器
一、预习内容1.查阅有关集成电路压控振荡器资料,了解566(VCO单片集成电路)的内部电路及原理
二、目的要求1.进一步了解压控振荡器和它构成频率调制的原理2.掌握集成电路频率调制器的工作原理
三、实验仪器、设备及主要元器件1.高频电路实验箱(G5实验板)、高频信号发生器、双踪示波器、万用表、电容表2.VCO的单片集成电路566的内部电路及原理图5-1为566型单片集成VCO的框图及管脚排列控制电压形成电路的输出电压VO亦为高电平;当电容C放电时,电压V7下降,当其下降至VT-时,幅度鉴别器再翻转,输出为低电平,进而使VO变为低电平,用VO的高、低电平控制电子开关S
1、S2的闭合与断开VO变为低电平时,S1闭合,S2断开,这时,I6=I7=0,IO全部给电容充电,使V7上升V7及VO波形如图5-2所示566输出方波及三角波的中心频率(也是高频载波频率)可由外加电阻R、电容C来确定
四、实验内容1.按图5-3电路正确连线用示波器观察R(R3和RP1的串联)、C1对频率的影响2.观察输入电压对输出频率的影响
五、实验报告1.阐明566(VCO单片集成电路)的调频原理2.整理实验结果,画出实验波形,说明调频概念表3·2表3·3表3·4本实验采用集成模拟乘法器MC1496来构成调幅器图4-1为MC1496内部电路图,它是一个四象限模拟乘法器的基本电路电路由两组差分对V1~V4组成,以反极性方式相连接,而且两组差分对的恒流源V
5、V6又组成一对差分电路,因此,恒流源的控制电压可正可负,实现四象限工作图4-1中,D、V
7、V8为差动放大器V
5、V6的恒流源式中,ma为调幅系数,fo为载波频率,Ω=2πF为调制信号角频率图5-1中的幅度鉴别器,定义其正向触发电平为VT+、反向触发电平为VT-当电容C被充电,使管脚
⑦对地电压V7上升至VT+时,幅度鉴别器翻转,输出为高电平,从而使式中V5为
⑤脚对地电位;V8为
⑧脚对地电位;式中R为时基电阻,在图5-3中为R3和RP1的串联值;C为时基电容,在图5-3中为C1电容。