TPE-GP4高頻4綜合實驗箱指導(dǎo)書(天大).doc

TPEGP4高頻綜合實驗箱實 驗 指 導(dǎo) 書清華大學(xué)科教儀器廠前 言實驗是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)。對鞏固和加深課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生實際工作技能，培養(yǎng)科學(xué)作風(fēng)，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事實踐技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)具有重要作用。為配合教學(xué)需要，我們新研制了TPE-GP4高頻綜合實驗學(xué)習(xí)機(jī)。該學(xué)習(xí)機(jī)仍屬于TPEGP系列產(chǎn)品，與TPE-GP2相比，TPE-GP4所提供的實驗是基于建立一個完整的無線電收發(fā)系統(tǒng)而設(shè)置的，因此更強(qiáng)調(diào)電路的系統(tǒng)性、相關(guān)性和綜合性。電路的設(shè)計多采用原理性強(qiáng)的典型電路，以便結(jié)合理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)與分析。同時，盡量多地介紹一些功能相同但電路形式不同的單元電路，以便學(xué)生掌握各電路的共性與差異。本學(xué)習(xí)機(jī)采用了整板結(jié)構(gòu)形式，所有的實驗均集成在同一電路板上，并且面板上繪制了電原理圖，連接方便，易于教學(xué)和使用。內(nèi)置電源直接將直流連接到各單元電路，并用獨立的按鍵開關(guān)切換。同時還設(shè)置了外供電源，采用自鎖緊插孔，為用戶的外掛電路提供電源。電路的設(shè)計多采用原理性強(qiáng)的典型電路，以便結(jié)合理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)與分析。各實驗單元電路板既可完成獨立的單元實驗，又可通過適當(dāng)連接完成系統(tǒng)性實驗。為使理論教學(xué)和實踐教學(xué)緊密結(jié)合，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)，同時為了更好地使用TPE-GP4高頻學(xué)習(xí)機(jī)，我們特編寫了這本實驗指導(dǎo)書。實驗項目的編排和指導(dǎo)書的編寫主要以近年來出版的以面向21世紀(jì)課程教材“電子線路非線性部分”，“通信電子電路”，“高頻電路”等高校教材，同時也參考了中等專業(yè)學(xué)校電子信息類教材“高頻電子線路”等資料，因此該實驗指導(dǎo)書有較強(qiáng)的通用性。指導(dǎo)書的編寫力求簡明扼要，突出實驗要求與過程，必要時結(jié)合工作原理對電路特點加以說明。對于通過實驗應(yīng)能解決的問題或應(yīng)能解釋的現(xiàn)象，均在實驗報告要求中提出。由于編者水平所限，時間倉促，錯誤及欠缺之處懇請批評指正。 編者 2008年2月于清華大學(xué)II實驗要求1 實驗前必須充分預(yù)習(xí)，完成指定的預(yù)習(xí)任務(wù)。預(yù)習(xí)要求如下：1） 認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，分析、掌握實驗電路的工作原理，并進(jìn)行必要的估算。2） 完成各實驗“預(yù)習(xí)要求”中指定的內(nèi)容。3） 熟悉實驗任務(wù)。4） 預(yù)習(xí)實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。2 使用儀器和學(xué)習(xí)機(jī)前必須了解其性能、操作方法及注意事項，在使用時應(yīng)嚴(yán)格遵守。3 實驗時接線要認(rèn)真，相互仔細(xì)檢查，確定無誤才能接通電源，初學(xué)或沒有把握應(yīng)經(jīng)指導(dǎo)教師審查同意后再接通電源。4 高頻電路實驗注意：1） 將實驗板插入主機(jī)插座后，即已接通地線，但實驗板所需的正負(fù)電源則要另外使用導(dǎo)線進(jìn)行連接。2） 由于高頻電路頻率較高，分布參數(shù)及相互感應(yīng)的影響較大。所以在接線時連接線要盡可能短。接地點必須接觸良好，以減少干擾。3） 做放大器實驗時如發(fā)現(xiàn)波形削頂失真甚至變成方波，應(yīng)檢查工作點設(shè)置是否正確，或輸入信號是否過大。5 實驗時應(yīng)注意觀察，若發(fā)現(xiàn)有破壞性異常現(xiàn)象（例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味）應(yīng)立即關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場，報告指導(dǎo)教師。找出原因、排除故障，經(jīng)指導(dǎo)教師同意再繼續(xù)實驗。6 實驗過程中需要改接線時，應(yīng)關(guān)斷電源后才能拆、接線。7 實驗過程中應(yīng)仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，認(rèn)真記錄實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象) 。所記錄的實驗結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后再拆除實驗線路。8 實驗結(jié)束后，必須關(guān)斷電源、拔出電源插頭，并將儀器、設(shè)備、工具、導(dǎo)線等按規(guī)定整理。9 實驗后每個同學(xué)必須按要求獨立完成實驗報告。 目 錄實驗一 小信號調(diào)諧放大器 1 1.單調(diào)諧回路諧振放大器 2.雙調(diào)諧回路諧振放大器實驗二 集中選擇濾波式高頻小信號放器 5實驗三 丙類高頻功率放大器實驗 8實驗四 LC電容反饋三點式振蕩器 13實驗五 石英晶體振蕩器 17 實驗六 低電平振幅調(diào)制器 19實驗七 高電平振幅調(diào)制器實驗 23 實驗八 調(diào)幅波信號的解調(diào)實驗26 實驗九 變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩器 30 實驗十 相位鑒頻器實驗 34 實驗十一 集成電路(壓控振蕩器)構(gòu)成的頻率調(diào)制器39 實驗十二 集成電路(鎖相環(huán))構(gòu)成的頻率解調(diào)器42實驗十三 集成乘法器混頻實驗 44 實驗十四 晶體管混頻電路 47實驗十五 二次變頻與鑒頻實驗 50 實驗十六 中放、檢波與低放電路 54實驗十七 小功率調(diào)頻/調(diào)幅發(fā)射機(jī)與接收機(jī)實驗55 2小信號調(diào)諧放大器實驗一 調(diào)諧放大器一、 實驗?zāi)康?. 熟悉電子元器件和高頻電路實驗箱。2. 熟悉諧振回路的幅頻特性分析-通頻帶與選擇性。3. 熟悉信號源內(nèi)阻及負(fù)載對諧振回路的影響，從而了解頻帶擴(kuò)展。4. 熟悉和了解放大器的動態(tài)范圍及其測試方法。二、 預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)諧振回路的工作原理。2. 了解諧振放大器的電壓放大倍數(shù)、動態(tài)范圍、通頻帶及選擇性相互之間關(guān)系。3. 實驗電路中, 若電感量 L=1H，回路總電容C=220pf (分布電容包括在內(nèi)),計算回路中心頻率f。三、 實驗儀器設(shè)備1.雙蹤示波器2.掃頻儀 3.QF1055A型高頻信號發(fā)生器4.毫伏表5.萬用表6.TPE-GP4實驗箱（實驗區(qū)域：單回路調(diào)諧放大器、雙回路調(diào)諧放大器）四、 實驗內(nèi)容及步驟 圖1-1 單調(diào)諧回路諧振放大器原理圖(一)單調(diào)諧回路諧振放大器。 1. 實驗電路見圖1-1 (1).按圖1-1所示連接電路(注意接線前先測量+12V電源電壓，無誤后，關(guān)斷電源再接線)。 (2).接線后仔細(xì)檢查，確認(rèn)無誤后接通電源。2. 靜態(tài)測量實驗電路中選Re=1K 測量各靜態(tài)工作點，計算并填表1.1表1.1實 測實測計算根據(jù)VCE判斷V是否工作在放大區(qū)原因VBVEICVCE是否 * VB，VE是三極管的基極和發(fā)射極對地電壓。 3.動態(tài)研究 (1). 測放大器的動態(tài)范圍ViV0(在諧振點) 選R=10K，Re=1K。把高頻信號發(fā)生器接到電路輸入端，電路輸出端接高頻毫伏表，選擇正常放大區(qū)的輸入電壓Vi，調(diào)節(jié)頻率f使其為10.7MHz，調(diào)節(jié)CT2002使回路諧振，使輸出電壓幅度為最大。此時調(diào)節(jié)Vi由0.02伏變到0.8伏，逐點記錄V0電壓，并填入 表1.2。Vi的各點測量值可根據(jù)(各自)實測情況來確定。表1.2Vi(V)0.020.8V0(V)Re=1kRe=500Re=2K (2) 當(dāng)Re分別為500、2K時，重復(fù)上述過程，將結(jié)果填入表1.2。在同一坐標(biāo)紙上畫出IC不同時的動態(tài)范圍曲線，并進(jìn)行比較和分析。 (3) 用掃頻儀調(diào)回路諧振曲線。(選做) 仍選R=10K，Re=1K。將掃頻儀射頻輸出送入電路輸入端，電路輸出接至掃頻儀檢波器輸入端。觀察回路諧振曲線(掃頻儀輸出衰減檔位應(yīng)根據(jù)實際情況來選擇適當(dāng)位置)，調(diào)回路電容CT2002，使f0=10.7MHz。 注意：當(dāng)掃頻儀的檢波探頭為高阻時，電路的輸出端必須接入RL，而當(dāng)掃頻儀的檢波探頭為低阻探頭時，則不要接入RL（下同）。 (4) 測量放大器的頻率特性 當(dāng)回路電阻R=10K時, 選擇正常放大區(qū)的輸入電壓Vi，將高頻信號發(fā)生器輸出端接至電路輸入端，調(diào)節(jié)頻率f使其為10.7MHz，調(diào)節(jié)CT使回路諧振（輸出電壓幅度為最大），此時的回路諧振頻率f0=10.7MHz為中心頻率，然后保持輸入電壓Vi不變，改變頻率f由中心頻率向兩邊逐點偏離，測得在不同頻率f時對應(yīng)的輸出電壓V0，將測得的數(shù)據(jù)填入表1.3。頻率偏離范圍可根據(jù)(各自)實測情況來確定。表1.3f(MHz)10.7V0R=10KR= 2KR=470 計算f0=10.7MHz時的電壓放大倍數(shù)及回路的通頻帶和Q值。 (5) 改變諧振回路電阻，即R分別為2K，470時，重復(fù)上述測試，并填入表1.3。比較通頻帶情況。(二) 雙調(diào)諧回路諧振放大器1. 實驗線路見圖1-2(1) .用掃頻儀調(diào)雙回路諧振曲線 接線方法同上3(3)。觀察雙回路諧振曲線，選Cc=3pf，反復(fù)調(diào)整CT2003、CT2004使兩回路諧振在10.7MHz。 圖1-2 雙調(diào)諧回路諧振放大器原理圖 (2).測雙回路放大器的頻率特性按圖1-2所示連接電路,將高頻信號發(fā)生器輸出端接至電路輸入端，選Cc=3pf，置高頻信號發(fā)生器頻率為10.7MHz，反復(fù)調(diào)整CT2003 、CT2004使兩回路諧振，使輸出電壓幅度為最大，此時的頻率為中心頻率，然后保持高頻信號發(fā)生器輸出電壓不變，改變頻率，由中心頻率向兩邊逐點偏離，測得對應(yīng)的輸出頻率f和電壓值,并填入表1.3。表1.3f(MHz)10.7V0C= 3pfC= 9pf C=12pf 2.改變耦合電容Cc為9Pf、12Pf，重復(fù)上述測試，并填入表1.3。(三) 附：天線輸入回路的調(diào)整方法：天線輸入回路是無線電接收設(shè)備中必不可少的電路。天線回路使用掃頻儀調(diào)整，將掃頻儀輸出與檢波探頭同時加在M2001，調(diào)整CT2001，使輸入回路諧振于10.7MHz。在實際聯(lián)機(jī)時，再作進(jìn)一步調(diào)整。五、實驗報告要求 1.寫明實驗?zāi)康摹?2.畫出實驗電路的直流和交流等效電路，計算直流工作點，與實驗實測結(jié)果比較。 3.寫明實驗所用儀器、設(shè)備及名稱、型號。4.整理實驗數(shù)據(jù)，并畫出幅頻特性。 (1).單調(diào)諧回路接不同回路電阻時的幅頻特性和通頻帶,整理并分析原因。 (2).雙調(diào)諧回路耦合電容C對幅頻特性，通頻帶的影響。從實驗結(jié)果找出單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路的優(yōu)缺點。 4寬帶放大器與集中選擇式濾波器實驗二 集中選擇濾波式高頻小信號放大器一、 實驗?zāi)康模?. 了解寬帶放大器集成電路的特點和使用方法。2. 了解陶瓷濾波器的特點和使用方法。3. 熟悉掃頻儀的使用。二、 預(yù)習(xí)要求1. 查閱有關(guān)寬帶集成電路的相關(guān)資料。2. 了解陶瓷濾波器的原理與使用。三、 實驗儀器設(shè)備1. 掃頻儀2. 萬用表 圖1 AD829原理圖3. TPE-GP4高頻綜合實驗箱（寬帶放大器與集中選擇式濾波器部分） 四、 實驗原理簡介 本實驗采用AD829集成電路作寬帶放大器，其輸出連接一陶瓷濾波器，于是就構(gòu)成了集中選擇濾波式放大器。AD829是一種高速、低噪聲運算放大器。由于它具有及低的輸入噪聲電壓和輸入噪聲電流，即使不加外部補(bǔ)償電容，當(dāng)增益在120之間時，可保證具有50MHz的帶寬，用于視頻放大器或前置放大器均十分理想。1. AD829內(nèi)部電路原理如圖1所示。2. 典型應(yīng)用：圖1是用AD829構(gòu)成的視頻放大器，這是一種典型應(yīng)用。該電路在5MHz的帶寬內(nèi)可以提供70倍的增益。1pf電容在高增益下使芯片能夠穩(wěn)定工作。3. 實驗方框圖：本實驗是由AD829集成寬帶運算放大器和10.7MHz陶瓷濾波器組成，方框圖如圖3所示。4. 實際實驗電路 圖4 實際實驗電路圖五、 實驗內(nèi)容與步驟1. 用掃頻儀測試寬帶放大器的增益1） 掃頻儀0db的定義方法：將掃頻儀的輸出電纜與掃頻儀的檢波探頭短接（切不可地線與信號端接反），將掃頻儀輸出衰減器置于0db，調(diào)整Y軸增益，使熒光屏上所顯示的圖形占縱坐標(biāo)5個大格（也可以是其它數(shù)值）。2） 測試寬帶放大器的幅頻特性和增益：保持掃頻儀的Y軸增益不變，將掃頻輸出接至寬帶放大器的輸入端（P5011），寬帶放大器的輸出（P5013）經(jīng)檢波探頭連接至掃頻儀的Y輸入，這時熒光屏上將顯示放大器的頻率特性曲線，調(diào)整掃頻儀輸出衰減器，使所顯示的曲線仍占據(jù)5個大格，此時的衰減值就是放大器的增益。3） 測試集中選頻高頻小信號放大器的頻率特性：a） 用短路環(huán)將跳線端子J5003短接，使電路構(gòu)成窄帶放大器的形式。b） 依然保持掃頻儀的Y軸增益不變，且掃頻輸出依然接至P5011。在濾波器的輸出端（P5014）接檢波探頭。c） 旋轉(zhuǎn)掃頻儀中心頻率旋鈕，找到特性曲線，讀出增益值。（特性曲線的中心頻率大約為10.7MHz）2. 用點頻法測試寬帶放大器的增益六、 實驗報告要求1. 簡述選擇濾波式高頻小信號放大器的工作原理。2. 如何使用儀器測量放大器的幅頻特性的中心頻率、帶寬、增益，怎樣定義0db。3. 畫出放大器的幅頻特性，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。七、 問題思考：1. 此實驗電路屬于窄帶放大器還是寬帶放大器，其頻率帶寬主要決定于那個元件？2. 陶瓷濾波器主要影響FM接收機(jī)的那項技術(shù)指標(biāo)？7丙類高頻諧振功率放大器實驗實驗三 丙類高頻功率放大器實驗特別提示：1本電路的核心是諧振功率放大器，因此，實驗前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)教材，熟悉諧振功率放大器本，中調(diào)整過程，無一不是以理論為基礎(chǔ)的。2 認(rèn)真閱讀本實驗指導(dǎo)書，是對于畫有波浪線的文字，實驗中要給與關(guān)注。一. 實驗?zāi)康? 通過實驗，加深對于高頻諧振功率放大器工作原理的理解。2 研究丙類高頻諧振功率放大器的負(fù)載特性，觀察三種狀態(tài)的脈沖電流波形。3 了解基極偏置電壓、集電極電壓、激勵電壓的變化對于工作狀態(tài)的影響。4 掌握丙類高頻諧振功率放大器的計算與設(shè)計方法。二. 預(yù)習(xí)要求：1 復(fù)習(xí)高頻諧振功率放大器的工作原理及特點。2 熟悉并分析圖3所示的實驗電路，了解電路特點。三. 實驗儀表設(shè)備雙蹤示波器2直流電壓表3直流電流表4TPE-GP4高頻綜合實驗箱實驗區(qū)域：高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路部分、LC與晶體振蕩器部分四. 電路特點及實驗原理簡介1 電路特點本電路的核心是諧振功率放大器，在此電路基礎(chǔ)上，將音頻調(diào)制信號加入集電極回路中，利用諧振功率放大電路的集電極調(diào)制特性，完成集電極調(diào)幅實驗。當(dāng)電路的輸出負(fù)載為天線回路時，就可以完成無線電發(fā)射的任務(wù)。為了使電路穩(wěn)定，易于調(diào)整，本電路設(shè)置了獨立的載波振蕩源。2 高頻諧振功率放大器的工作原理 參見圖1。諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的功率放大器，它是在無線電發(fā)送中最為重要、最為難調(diào)的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導(dǎo)通角900，集電極效率可達(dá)80%，一般用作末級放大，以獲得較大的功率和較高的效率。圖1中，Vbb為基極偏壓，Vcc為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb應(yīng)為負(fù)值，即基極處于反向偏置。ub 為基極激勵電壓。圖2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激勵電壓的關(guān)系。Vbz是晶體管發(fā)射結(jié)的起始電壓（或稱轉(zhuǎn)折電壓）。由圖可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz絕對值之和時，才有集電極電流流通。即在一個周期內(nèi)，集電極電流ic只在-+時間內(nèi)導(dǎo)通。由圖可見，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對其進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值，即：ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 圖3 高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路原理圖求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取=700800左右。完整的電路圖見圖3。V3001為推動級，為末級功放電路提供足夠的激勵電壓。V3002構(gòu)成丙類諧振放大電路。R3006、C3007以及L3003等元件構(gòu)成了自給負(fù)偏置電路。RL1RL3為負(fù)載電阻，在負(fù)載電阻和功放電路集電極之間采用變壓器電路，以完成負(fù)載和集電極之間阻抗變換。利用跳線端子SW3002可以方便地把不同的負(fù)載電阻分別接入電路中，以完成負(fù)載特性的實驗。在功放輸出級電路中設(shè)置了跳線短路端子J3002和J3003。J3003可完成+12V電源和+69V可調(diào)電源之間的轉(zhuǎn)換，以觀察集電極調(diào)制特性和完成高電平調(diào)幅電路的實驗。J3002是為了在集電極回路中加入低頻調(diào)制信號而設(shè)置的。R3005是取樣電阻，以便觀察脈沖電流波形。高頻信號由P3001輸入，可以使用外接信號源，也可以用實驗箱上的“LC與晶體振蕩器”電路或“變?nèi)荻O管振蕩器”電路的輸出作信號源。3高頻功放電路的調(diào)諧與調(diào)整原則理論分析表明，當(dāng)諧振功率放大器集電極回路對于信號頻率處于諧振狀態(tài)時（此時集電極負(fù)載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為最小，回路電壓UL最大，且同時發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時，內(nèi)部電容Cbc的反饋作用明顯，上述IC0最小、回路電壓UL最大的現(xiàn)象不會同時發(fā)生。因此，本實驗電路，不單純采用監(jiān)視IC0的方法，而采用同時監(jiān)視脈沖電流iC的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知，當(dāng)諧振放大器工作在欠壓狀態(tài)時，iC是尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時，iC是凹頂脈沖，而當(dāng)處于臨界狀態(tài)下工作時，iC是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計原則，即在最佳負(fù)載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。本電路的最佳負(fù)載為75。因此調(diào)試時也應(yīng)以此負(fù)載為調(diào)試基礎(chǔ)。五. 實驗內(nèi)容及步驟1 調(diào)整載波振蕩源：a) 首先接通實驗箱總電源，并在實驗箱左側(cè)中部找到“LC與晶體振蕩器”，按下該電路的電源按鍵SW1001，此時該電路的電源指示燈發(fā)光，表示電源已接通。b) 將該電路連接成晶體振蕩器的形式，用示波器測試其輸出波形，調(diào)整Rp1001，使輸出幅度大約為0.4V（頻率為10.7MHz）。用短接線將該信號連接至P3001（高頻功放電路的輸入端）。2 按下高頻功放電路的電源按鍵SW3001，此時該電路的電源指示燈發(fā)光，表示電源已接通。用短路環(huán)分別短接跳線端子J3003的1、2端和跳線端子J3002的2、4端，使+12V電源直接接入V3002的集電極。用跳線端子接通負(fù)載電阻RL2（75）。3 電路調(diào)整：a) 推動級的調(diào)整：將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至M3001，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當(dāng)于2V/DIV）, 用以監(jiān)測推動級的輸出電壓波形。仔細(xì)調(diào)整CT3001，使推動級的輸出電壓最大（約46VP-P）。b) 丙類功放的調(diào)整：將示波器2通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至測試點M3003處，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當(dāng)于2V/DIV），用以監(jiān)測功放級的輸出波形。將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）改接至M3004，用以檢測脈沖電流。仔細(xì)調(diào)整CT3003，使輸出回路諧振，且實現(xiàn)負(fù)載到集電極間的阻抗轉(zhuǎn)換。觀察M3003處的波形，應(yīng)能得到失真最小的正弦波形。同時觀察M3004處的波形，是否得到了一個臨界狀態(tài)的脈沖電流波形（略有凹陷的波形）。若未能觀察到臨界狀態(tài)的脈沖電流，則需要仔細(xì)調(diào)整CT3001、CT3002和CT3000，使功放級的輸入達(dá)到較好的匹配狀態(tài)，必要時還需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整載波信號源的輸出幅度。正常情況下，在 M3001處觀察到的輸出波形幅度應(yīng)不低于9.4V。4 負(fù)載特性的觀察a) 保持信號源頻率和幅度不變，將負(fù)載分別接至RL1(120)和RL3(47)，應(yīng)能觀察到過壓和欠壓狀態(tài)的脈沖電流形狀。若不能，則電路還需做細(xì)心調(diào)整，直至在保持信號源頻率和幅度不變得情況下，隨著負(fù)載的改變可出現(xiàn)過壓、臨界、和欠壓的三種狀態(tài)的脈沖電流波形。b) 三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖所示。RL=120 RL=75 RL=47圖4 不同負(fù)載下的脈沖電流波形上述脈沖波形，描繪了放大器的負(fù)載特性，即隨著Rc的增大，Ic隨之減小。放大狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過壓狀態(tài)過渡。c) 當(dāng)觀察到負(fù)載特性后，記錄三種負(fù)載條件下的負(fù)載上獲得的輸出電壓UL(P-P)，電源提供給功放管集電極的電壓UC，為了避免電壓表輸入阻抗對于輸出回路的影響，測量UC應(yīng)當(dāng)在J4的2端測試。測試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時，既可以采用在J4的2、4兩點間接入直流電流表(200mA檔)直接讀數(shù)，也可以采用測量發(fā)射極電阻上的壓降再換算成電流的方法。但電流表接入回路中后，會對輸出及脈沖電流波形產(chǎn)生一定影響，所以推薦采用第二種方法測試集電極直流電流。換算方法：IC0=VE/RE(已知RE=10)。最后將測試結(jié)果填入表中表1 高頻功放實驗數(shù)據(jù)記錄表RL（）實測數(shù)據(jù)計算結(jié)果ICO(A)VL(P-P)(V)VC(V)PS(mW)PL(mW)(%)47751205 集電極調(diào)制特性的觀察a) 將負(fù)載置于47檔，輸入信號電壓及Eb保持不變，用短路環(huán)將J3的2、3端短接，用69V可調(diào)電源給功放管的集電極供電。調(diào)整RP3,觀察發(fā)射極脈沖電流波形的變化，這些變化描述了丙類功放電路的集電極調(diào)制特性，即隨著Vcc增大，脈沖電流將會由過壓狀態(tài)向臨界再向欠壓狀態(tài)變化。EC=10V EC=6V 圖5 EC不同時的脈沖電流波形（RL=39）b) 放大特性的觀察保持Vcc、Eb、RL不變，改變輸入電壓的幅值，可以看出隨著信號幅度由小到大變化，脈沖電流將由欠壓狀態(tài)向臨界狀態(tài)再向過壓狀態(tài)變化的現(xiàn)象。六. 問題思考1. 若諧振放大器工作在過壓狀態(tài)，為了使其工作在臨界狀態(tài)，可以改變哪些因素？2. 如何驗證本電路工作于丙類？七. 附錄效率的計算與計算公式說明：利用下面提供的公式和前述表中的測試結(jié)果計算三種負(fù)載條件下的效率，并將結(jié)果填入表中。電源提供給功放級的總功率：PS=ICOVD負(fù)載上得到的功率： PL=VOP-P28RL功率放大級的總效率： = PLPS 本電路的總效率一般可達(dá)到50%以上。45LC電電容反饋三點式振蕩器實驗四 LC電容反饋式三點式振蕩器一、 實驗?zāi)康?. 熟悉電容三點式振蕩器（考畢茲電路）、改進(jìn)型電容三點式振蕩器（克拉潑電路及西勒電路）的電路特點、結(jié)構(gòu)及工作原理。2. 掌握振蕩器靜態(tài)工作點調(diào)整方法。3. 熟悉頻率計、示波器等儀器的使用方法。二、 預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)LC振蕩器的工作原理。2. 分析圖3-1電路的工作原理，及各元件的作用，并計算晶體管靜態(tài)工作電流IC的 最大值(設(shè)晶體管的值為50)。3. 實驗電路中，L1=10H，若C=120pf，C=680pf，計算當(dāng)CT=50pf和CT=150pf時振蕩頻率各為多少?三、 實驗儀器設(shè)備 1. 雙蹤示波器2. 頻率計3. 萬用表4. TPE-GP4高頻綜合實驗箱（實驗區(qū)域：LC與晶體振蕩器）四、 實驗原理及電路簡介：1. 實驗原理：振蕩器是一種在沒有外來信號的作用下，能自動地將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。根據(jù)振蕩器的特性，可將振蕩器分為反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器兩大類，LC振蕩器屬于反饋式振蕩器。工作時它應(yīng)滿足兩個條件：1) 相位條件：反饋信號必須與輸入信號同相，以保證電路是正反饋電路，即電路的總相移=k+F=n3600。2) 振幅條件：反饋信號的振幅應(yīng)大于或等于輸入信號的振幅，即F1，式中為放大倍數(shù)，F(xiàn) 為反饋系數(shù)。當(dāng)振蕩器接通電源后，電路中存在著各種電的擾動（如熱噪聲、晶體管電流的突變等），它們就是振蕩器起振的初始激勵。經(jīng)過電路放大和正反饋的作用，它們的幅度會得到不斷的加強(qiáng)。同時，由于電路中LC諧振回路的選頻作用，只有等于其諧振頻率的電壓分量滿足振蕩條件，最終形成了單一頻率的振蕩信號。2. 電路特點：圖1為實驗電路，V1001及周邊元件構(gòu)成了電容反饋振蕩電路及石英晶體振蕩電路。V1002構(gòu)成射極輸出器。S1001、S1002、S1003、J1001分別連接在不同位置時，就可分別構(gòu)成考畢茲、克拉潑和西勒三種不同的LC振蕩器以及石英晶體振蕩器。3. 思路提示：圖二給出了幾種振蕩電路的交流等效電路圖。圖二(a)是考畢茲電路，是電容三點式振蕩電路的基本形式， 可以看出晶體管的輸出、輸入電容分別與回路電容C1、C2相并聯(lián)（為敘述方便，圖中C1001、C1002等均以C1、 (a) 考畢茲電路 (b)克拉潑電路 (c)西勒電路 (d)皮爾斯電路 圖二 幾種振蕩電路計入Co、Ci時的交流等效電路C2表示，其余類推），當(dāng)工作環(huán)境改變時，就會影響振蕩頻率及其穩(wěn)定性。加大C1、C2的容值可以減弱由于Co、Ci的變化對振蕩頻率的影響，但在頻率較高時，過分增加C1、C2，必然減小L的值（以維持震蕩頻率不變），從而導(dǎo)致回路Q值下降，振蕩幅度下降，甚至停振。圖二(b)為克拉潑電路，回路電容1/C=1/C3+1/(C2+Ci)+1/(C1+Co)，因C3C1、C3C2，1/C1/C3， 即CC3， 故： 回路電容主要取決于C3，從而使晶體管極間電容的影響降低。但應(yīng)注意的是：C3改變，接入系數(shù)改變，等效到輸出端的負(fù)載電阻RL也將隨之改變，放大器的增益也會將發(fā)生改變，即C3RL 增益，有可能因環(huán)路增益不足而停振。圖二(c)為西勒電路，同樣有C3C1、C3C2，故CC3+C4，振蕩頻率為： 而接入系數(shù)為： 由于C4的接入并不影響接入系數(shù)，故對增益影響較小，這樣不僅使電路的頻率穩(wěn)定性提高了，而且使得頻率覆蓋范圍擴(kuò)大。圖二(d)所示的是并聯(lián)晶體振蕩器（皮爾斯電路），該電路的振蕩頻率近似為晶體的標(biāo)稱頻率，C5可以減小晶體管與晶體之間的耦合作用。五、 實驗內(nèi)容與方法：1. 實驗內(nèi)容：1) 分析電路結(jié)構(gòu)，正確連接電路，使電路分別構(gòu)成三種不同的振蕩電路。2) 研究反饋大小及工作點對考畢茲電路振蕩頻率、幅度及波形的影響。3) 研究克拉潑電路中電容C1003-1、C 1003-2、C1003-3對振蕩頻率及幅度的影響。4) 研究西勒電路中電容C1004對振蕩頻率及幅度的影響。2. 實驗方法：1) 考畢茲電路：a) 利用跳線端子將實驗電路連接成考畢茲電路。S1001 開路S1002 按需要接入C1002的值S1003 接C1003-4(1000P)S1004 開路b) 調(diào)整靜態(tài)工作點，使Ue分別為1V、1.5V、2V時，測量C1=200pf、C1002=1000pf的幅度、頻率及波形。c) 固定Ue=1V，C1=200pf，改變C1002的值，測量幅度、頻率計波形。2) 克拉潑電路：a) 利用跳線端子將實驗電路連接成克拉潑電路。S1001 開路S1002 接入C1002-3=1000pfS1003 按需要接入C1003的值S1004 開路b) 固定Ue=1.5V，C1001=200pf，C1002-3=1000pf，改變C1003的數(shù)值測量幅度、頻率及波形。3) 西勒電路：a) 利用跳線端子將實驗電路連接成西勒電路。S1001 開路S1002 C1002-3(1000pf)S1003 C1003-2(62pf)S1004 按需要接入C1004的值b) 固定Ue=2V，C1001=200pf，C1002-3=1000pf，改變C1004的數(shù)值測量幅度、頻率及波形。c) 求出西勒電路的頻率覆蓋系數(shù)。六、 實驗報告要求 1.寫明實驗?zāi)康摹?2.寫明實驗所用儀器設(shè)備。 3.畫出實驗電路的直流與交流等效電路，整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果。4.以IEQ為橫軸，輸出電壓峰峰值VP-P為縱軸，將不同C/C值下測得的三組數(shù)據(jù)，在同一座標(biāo)紙上繪制成曲線。 5.說明本振蕩電路有什么特點。石英晶體振蕩器實驗五 石英晶體振蕩器一、 實驗?zāi)康?. 了解晶體振蕩器的工作原理及特點。2. 掌握晶體振蕩器的設(shè)計方法及參數(shù)計算方法。二、 預(yù)習(xí)要求1. 查閱晶體振蕩器的有關(guān)資料。闡明為什么用石英晶體作為振蕩回路元件就能使 振蕩器的頻率穩(wěn)定度大大提高。2. 試畫出并聯(lián)諧振型晶體振蕩器和串聯(lián)諧振型晶體振蕩器的實際電路，并闡述兩者 在電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用方面的區(qū)別。三、 實驗儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器2. 頻率計3. 萬用表4. TPE-GP4高頻綜合實驗箱（LC與晶體振蕩器部分）四、 實驗原理及電路簡介由于石英晶體具有正、反壓電效應(yīng)，因此可以做成諧振器使用。與一般諧振回路相比，石英晶體諧振器有以下特點：回路的標(biāo)準(zhǔn)性高，受外界影響?。唤尤胂禂?shù) 。故而石英晶體諧振器的頻率穩(wěn)定度較高，可達(dá)10-4量級以上。晶體振蕩器可以分為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。在并聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體起等效電感的作用；在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體起選頻短路線的作用。1. 并聯(lián)型晶體振蕩器：圖1所示為并聯(lián)型晶體振蕩器（皮爾斯振蕩器）的交流等效電路圖，當(dāng)振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性，滿足三點式振蕩器的組成原則，故可以振蕩。其振蕩頻率近似為晶體的標(biāo)稱頻率，電路中與晶體串聯(lián)的小電容可減小晶體管與晶體之間的耦合作用，同時，調(diào)整該電容可以微調(diào)振蕩頻率。2. 串聯(lián)型晶體振蕩器圖2所示為串聯(lián)型晶體振蕩器的交流等效電路圖，晶體串聯(lián)在反饋之路中，當(dāng)諧振頻率等于晶體的振蕩頻率時，晶體相當(dāng)于短路，從而構(gòu)成反饋式振蕩器電路。3. 實際電路簡介：實際電路圖見上節(jié)實驗指導(dǎo)書中的圖1，利用跳線端子J1001可以方便的切換為皮爾斯電路。五、 實驗內(nèi)容及步驟1. 短接跳線端子J1001，S1001、S1003和S1004開路，S1002作適當(dāng)連接。2. 調(diào)整Rp1001和Rp1002，使輸出幅度最大且失真最小。3. 比較S1002在三種不同位置時的波形與幅值。4. 測量頻率穩(wěn)定度：將S1002置于S1002-2的位置，使C1002-2(510pf)接入電路，電源接通5分鐘后在P1001處用頻率計測試頻率，以后每隔5分鐘測量一次，共測7次，記錄測試數(shù)據(jù)。計算相對頻率穩(wěn)定度： 式中f0 是標(biāo)準(zhǔn)頻率（10.7MHz），f 是實際測試頻率將實驗結(jié)果與LC振蕩器相比較。六、 實驗報告要求1. 整理實驗數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)圖2所示的串聯(lián)型晶體振蕩器交流等效等效電路，繪出實際完整電路圖。 低電平振幅調(diào)制器實驗實驗六 低電平振幅調(diào)制器(利用乘法器)一、 實驗?zāi)康?. 掌握用集成模擬乘法器實現(xiàn)全載波調(diào)幅和抑制載波雙邊帶調(diào)幅的方法與過程，并研究已調(diào)波與二輸入信號的關(guān)系。2. 掌握測量調(diào)幅系數(shù)的方法。3. 通過實驗中波形的變換，學(xué)會分析實驗現(xiàn)象。 二、 預(yù)習(xí)要求1. 預(yù)習(xí)幅度調(diào)制器有關(guān)知識。2. 認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，了解實驗原理及內(nèi)容，分析實驗電路中用1496乘法器調(diào)制的工作原理，并分析計算各引出腳的直流電壓。3. 分析全載波調(diào)幅及抑制載波調(diào)幅信號特點，并畫出其頻譜圖。三、 實驗儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器。2. SP1461型高頻信號發(fā)生器。3. 萬用表。4. TPE-GP4高頻綜合實驗箱（實驗區(qū)域：乘法器調(diào)幅電路） 四、 實驗電路說明圖 幅度調(diào)制就是載波的振幅受調(diào)制信號的控制作周期性的變化。變化的周期與調(diào)制信號周期相同。即振幅變化與調(diào)制信 號的振幅成正比。通常稱高頻信號為載波 5-1 1496芯片內(nèi)部電路圖信號，低頻信號為調(diào)制信號，調(diào)幅器即為 產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。 本實驗采用集成模擬乘法器1496來構(gòu)成調(diào)幅器，圖5-1為1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動對由V1-V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源又組成一對差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動放大器V5、V6的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時，載波信號加在V1-V4的輸入端，即引腳的、之間；調(diào)制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳的、之間，、腳外接1K電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號動態(tài)范圍，已調(diào)制信號取自雙差動放大器的兩集電極(即引出腳、之間)輸出。用1496集成電路構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如圖5-2所示，圖中RP5002用來調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡，RP5001用來調(diào)節(jié)、腳之間的平衡，三極管V5001為射極跟隨器，以提高調(diào)幅器帶負(fù)載的能力。五、 實驗內(nèi)容及步驟 實驗電路見圖5-2圖5-2 1496構(gòu)成的調(diào)幅器1. 直流調(diào)制特性的測量1) 載波輸入端平衡調(diào)節(jié)：在調(diào)制信號輸入端P5002加入峰值為100mv，頻率為1KHz的正弦信號，調(diào)節(jié)Rp5001電位器使輸出端信號最小，然后去掉輸入信號。2) 在載波輸入端P5001加峰值為10mv，頻率為100KHz的正弦信號，用萬用表測量A、B之間的電壓VAB，用示波器觀察OUT輸出端的波形，以VAB=0.1V為步長，記錄RP5002由一端調(diào)至另一端的輸出波形及其峰值電壓，注意觀察相位變化，根據(jù)公式 VO=KVABVC(t) 計算出系數(shù)K值。并填入表5.1。表5.1VABVO（P-P）K2. 實現(xiàn)全載波調(diào)幅1) 調(diào)節(jié)RP5002使VAB=0.1V，載波信號仍為VC(t)=10sin210.7106t(mV)，將低頻信號Vs(t)=VSsin2103t(mV)加至調(diào)制器輸入端P5002，畫出VS=30mV和100mV時的調(diào)幅波形(標(biāo)明峰一峰值與谷一谷值)并測出其調(diào)制度m。2) 載波信號VC(t)不變，將調(diào)制信號改為VS(t)=100sin2103t(mV)調(diào)節(jié)RP5002觀察輸出波形VAM(t)的變化情況，記錄m=30%和m=100%調(diào)幅波所對應(yīng)的VAB值。3) 載波信號VC(t)不變，將調(diào)制信號改為方波，幅值為100mV，觀察記錄VAB=0V、0.1V、0.15V時的已調(diào)波。3. 實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅1) 調(diào)RP5002使調(diào)制端平衡，并在載波信號輸入端IN1加VC(t)=10Sin2105t(mV) 信號，調(diào)制信號端IN2不加信號，觀察并記錄輸出端波形。2) 載波輸入端不變，調(diào)制信號輸入端IN2加VS(t)=100sin2103t(mV) 信號， 觀察記錄波形，并標(biāo)明峰一峰值電壓。3) 加大示波器掃描速率，觀察記錄已調(diào)波在零點附近波形，比較它與m=100%調(diào)幅波的區(qū)別。4) 所加載波信號和調(diào)制信號均不變，微調(diào)RP5001為某一個值，觀察記錄輸出波形。5) 在(4)的條件下，去掉載波信號，觀察并記錄輸出波形，并與調(diào)制信號比較。六、 實驗報告要求 1.整理實驗數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)紙畫出直流調(diào)制特性曲線。 2.畫出調(diào)幅實驗中m=30%、m=100%、m100%的調(diào)幅波形，在圖上標(biāo)明峰一峰值電壓。 3.畫出當(dāng)改變VAB時能得到幾種調(diào)幅波形，分析其原因。 4.畫出100%調(diào)幅波形及抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形，比較二者的區(qū)別。 5.畫出實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅時改變RP5001后的輸出波形，分析其現(xiàn)象。高電平振幅調(diào)制器實驗實驗七 高電平振幅調(diào)制器（集電極調(diào)幅）實驗一、 實驗?zāi)康?. 通過實驗加深對于高電平調(diào)幅器的了解。2. 熟悉并掌握集電極調(diào)幅器的調(diào)整方法。3. 掌握調(diào)幅系數(shù)的測量方法。二、 預(yù)習(xí)要求1. 預(yù)習(xí)高電平幅度調(diào)制器的有關(guān)知識，并與低電平調(diào)幅器相對照。2. 了解高電平調(diào)幅器都有那些工作形式，以及構(gòu)成高電平調(diào)幅器的基礎(chǔ)電路。三、 實驗儀器1. 雙蹤示波器2. TPE-GP4高頻綜合實驗箱實驗區(qū)域：高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路、LC與晶體振蕩器、函數(shù)波發(fā)生器等部分3. 萬用表四、 高電平振幅調(diào)制電路工作原理簡介在無線電發(fā)送中，振幅調(diào)制的方法按功率電平的高低分為高電平調(diào)幅電路和低電平調(diào)幅電路兩大類。而普通調(diào)幅波的產(chǎn)生多用高電平調(diào)幅電路。其優(yōu)點是不需要采用效率低的線性放大器，有利于提高整機(jī)效率。但他必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)幅線性的要求。高電平調(diào)幅電路是以調(diào)諧功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，實際上它是一個輸出電壓振幅受調(diào)制信號控制的調(diào)諧功率放大器。根據(jù)調(diào)制信號注入調(diào)幅器的方式不同，分為基極調(diào)幅、發(fā)射極調(diào)幅和集電極調(diào)幅三種，本實驗是晶體管集電極調(diào)幅器。圖1集電極調(diào)幅電路所謂集電極調(diào)幅，就是用調(diào)制信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。電路原理圖如圖1所示，載波信號由基極加入，而調(diào)制信號加在集電極。由于調(diào)制信號與電源Ec串聯(lián)在一起，故可將二者合在一起看作一個隨調(diào)制信號變化的綜合集電極電源電壓Ecc。 Ecc=Ec+u= Ec+UmCOSt= Ec(1+ maCOSt) 式中：Ec為集電極固定電源電壓；ma為調(diào)幅度。在調(diào)制過程中，Eb和載波保持不變，只是集電極等效電壓Ecc隨調(diào)制信號而變。放大器工作于過壓區(qū)，集電極電流為凹陷脈沖。其基波分量隨Ecc的變化近似線性變化，同樣，集電極諧振回路兩端的高頻電壓也隨Ecc的變化近似線性變化，即受調(diào)制電壓的控制，從而完成了集電極調(diào)幅。完整的實驗電路如圖2所示。圖2 高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路原理圖 五、 實驗內(nèi)容與步驟1按照實驗三丙類高頻諧振功率放大器實驗指導(dǎo)書第五項的要求調(diào)整好高頻功放電路，使其在12V電源條件下，負(fù)載電阻為75時，工作在臨界狀態(tài)下。2將J3003的短路環(huán)跳接在2、3端，接通69V可調(diào)電源，調(diào)整RP3，使電源電壓為6V。3用短路環(huán)將J3002的1、2端和3、4端分別短接，使低頻調(diào)制信號（f=1KHz）加至V輸入端，在輸出端M3處觀察輸出波形，逐漸加大V的幅度可得到調(diào)幅度近似等于1的調(diào)幅波形。4將電源電壓調(diào)整為9V，將低頻調(diào)制信號調(diào)整為4.2VP-P左右，由于音頻變壓器的變壓比大約為1.41，所以實際加至集電極回路的音頻電壓為6VP-P（Um=3V），用包絡(luò)法測量調(diào)幅度，并與計算值進(jìn)行比較。5測量電參數(shù)變化對調(diào)幅度ma的影響。A保持音頻調(diào)制頻率=1KHz，測出maU曲線。B保持調(diào)制電壓Um=3V不變，測出ma曲線。調(diào)幅度計算公式 六、 問題思考1. 集電極調(diào)幅為什么必須工作于過壓狀態(tài)，本實驗是如何保證工作在過壓狀態(tài)的？2. 設(shè)計一基極調(diào)幅器，對于基極調(diào)幅器應(yīng)工作在什么狀態(tài)？為什么？調(diào)幅波信號的解調(diào)實驗實驗八 調(diào)幅波信號的解調(diào)一、 實驗?zāi)康?.