《高頻電子技術(shù)》課件第5章

第五章發(fā)射機電路5.1發(fā)射機的整體認識5.2無線發(fā)射機的一些背景知識5.3調(diào)頻電路5.4調(diào)幅電路5.5高頻功率放大電路 5.1發(fā)射機的整體認識

在前面幾章中，我們觀察、調(diào)試了與無線電接收機有關(guān)的單元或整機電路。接收機所接收的信號是由無線電發(fā)射機發(fā)送到自由空間或電纜上的。發(fā)射機的功能就是發(fā)送符合要求的無線電信號。一臺完整的發(fā)射機至少要包括如圖5－1所示的三部分：基帶信號處理電路、調(diào)制電路和高頻功率放大電路。圖5－1無線電發(fā)射機的組成基帶信號處理電路將基帶信號（如話音信號）處理成具有特定帶寬和幅度的信號，再經(jīng)調(diào)制電路對高頻載波信號調(diào)制，產(chǎn)生我們熟悉的調(diào)幅或調(diào)頻信號。發(fā)射機再將高頻信號放大到具有足夠的功率以滿足傳輸距離的要求。

我們首先通過實驗從整體上認識發(fā)射機。實驗中的發(fā)射機是一臺具有外調(diào)制功能的高頻信號發(fā)生器。

實驗十高頻信號的發(fā)射與接收

一、實驗內(nèi)容與步驟

步驟1：發(fā)射與接收等幅信號

（1）接通高頻信號發(fā)生器電源。將信號發(fā)生器調(diào)節(jié)到88～108MHz之間某一頻率，輸出電平調(diào)節(jié)到120dBμ或20dBm，不加調(diào)制信號。

（2）如圖5－2所示，將帶射頻輸入接頭的75Ω拉桿天線接至高頻信號發(fā)生器的射頻（RF）輸出端，天線長度拉至最長。圖5－2示波器與發(fā)射機的耦合（3）將環(huán)形天線用同軸電纜接至示波器的Y通道輸入端。調(diào)整示波器的掃描時間（20ns/div）和輸入靈敏度，使示波器顯示高頻信號，讀出信號頻率。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電平，觀察示波器顯示的信號幅度有何變化。

（4）改變環(huán)形天線與拉桿天線之間的距離，觀察示波器顯示的信號幅度有何變化。

（5）固定環(huán)形天線與拉桿天線之間的距離，改變拉桿天線的長度，觀察示波器顯示的信號幅度有何變化，最后將拉桿天線長度拉至最長。步驟2：發(fā)射與接收內(nèi)調(diào)制高頻信號

（1）將高頻信號發(fā)生器的調(diào)制方式設(shè)為調(diào)頻，調(diào)制信號來源為內(nèi)調(diào)制，調(diào)制信號為1kHz正弦波，頻偏設(shè)為30kHz。

（2）將數(shù)字調(diào)諧收音機的接收波段設(shè)置為FM，調(diào)諧至沒有電臺的某一頻率處。在該頻率值附近調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器的輸出頻率，直到從收音機聽到1kHz單音。

（3）將內(nèi)調(diào)制頻率在1kHz與400Hz之間切換，觀測聽到的聲音音調(diào)的變化。

（4）將高頻信號發(fā)生器的調(diào)制方式設(shè)為調(diào)幅，調(diào)制指數(shù)為30%，其它設(shè)置不變。切換調(diào)制方式，試聽收音效果。實驗中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)收音機的頻率與高頻信號發(fā)生器的頻率一致時，收音機能正常發(fā)聲。改變調(diào)制頻率，聲音的音調(diào)跟著變化。當(dāng)高頻信號發(fā)生器至AM（調(diào)幅）位置時，調(diào)頻接收機無法正常接收調(diào)幅信號。步驟3：發(fā)射與接收外調(diào)制信號

（1）將音頻放大電路或磁帶錄音機的線路輸出接至高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制輸入端。高頻信號發(fā)生器的調(diào)制信號來源改為外調(diào)制，對著音頻放大電路的話筒講話或讓磁帶錄音機放音。調(diào)節(jié)音量和信號發(fā)生器的調(diào)制指數(shù)使頻偏為30kHz。注意收音機揚聲器是否發(fā)出話音或磁帶錄音機播放的節(jié)目。（2）攜收音機緩慢離開信號發(fā)生器，注意收音機揚聲器發(fā)出的聲音音質(zhì)有何變化。在有效的通信距離內(nèi)，收音機揚聲器應(yīng)能發(fā)出清晰的聲音。若聽到明顯的噪聲，則表示收音機與信號發(fā)生器之間已到了極限通信距離。步驟4：測量信號頻譜

若有頻譜分析儀，可將其接到高頻信號發(fā)生器的射頻輸出端。頻譜分析儀的頻率分辨率設(shè)為10kHz/div。對著音頻放大電路的話筒講話或讓磁帶錄音機放音，觀察頻譜形狀隨音頻音量如何變化。頻譜分析儀的頻率分辨率設(shè)為30MHz/div，觀察譜線位置及條數(shù)。二、實驗分析

(1)實驗七旨在給讀者一個關(guān)于無線發(fā)射機的總體印象。就功能而言，發(fā)射機的核心在于調(diào)制電路。通常，高頻信號發(fā)生器可實現(xiàn)調(diào)幅和調(diào)頻，因此，本實驗中用它作發(fā)射機。本實驗重點在于觀察調(diào)制功能。實驗證明，發(fā)射機輸出信號確實攜帶了待傳輸?shù)囊纛l（基帶）信息。實驗所應(yīng)用的調(diào)頻和調(diào)幅方式分別將基帶信號的幅度變化變換成高頻載波信號的頻率和振幅變化，如圖5－3所示。本實驗展示了基帶信號調(diào)制到高頻載波后即可通過天線發(fā)送到空間。接收機不需通過導(dǎo)體與發(fā)射機連接即可實現(xiàn)信號的無線傳輸。圖5－3調(diào)頻信號與調(diào)幅信號

（a）基帶信號；（b）調(diào)頻信號；（c）調(diào)幅信號（2）實驗步驟1用示波器接環(huán)形天線使我們可直接看到接收到的高頻載波信號。實驗中示波器顯示的信號幅度隨天線間的距離變化：距離越長，接收信號越小。實驗中我們還觀測到示波器顯示的信號幅度隨天線長度變化。這說明天線的長度影響天線的輻射能力。根據(jù)天線理論，鞭狀天線（本實驗中應(yīng)用的拉桿天線是一種鞭狀天線）長度為輻射信號波長λ的1/4時，其阻抗為一個反映輻射能力的純電阻。當(dāng)天線長度小于λ/4時，天線阻抗等效于一個電阻與一個電容串聯(lián)。天線長度（相對于λ/4）越短，等效電阻越小，等效容抗越大，天線的輻射能力越弱。在移動通信常用的高頻與甚高頻(3～300MHz)波段，λ/4為0.25～25m。本實驗的調(diào)頻部分中λ/4約為0.75m。很多情況下，移動臺的天線很難做到λ/4的長度。此時必須在天線回路中串入一個感抗以抵消天線的容抗。實際工程中，串入電感的值往往由實驗確定。實驗步驟2與3說明在高頻載波中確實攜帶了待傳輸?shù)幕鶐畔?。實驗步驟2中收音機揚聲器將發(fā)出的聲音頻率隨高頻信號發(fā)生器的調(diào)制頻率變化而變化。實驗步驟3中收音機揚聲器發(fā)出話音或磁帶錄音機播放的節(jié)目。調(diào)制信號都是基帶信號，而環(huán)形天線接收到的信號只是高頻信號，因此基帶信號是包含在高頻信號中的，這就證明信號發(fā)生器實現(xiàn)了調(diào)制功能。

實驗步驟3還試驗了無線通信距離。天線輻射的功率決定了通信距離。輻射功率越大，通信距離越遠。

實驗步驟4觀察發(fā)射信號的功率譜，即發(fā)射功率在各頻率上的分布。實用發(fā)射機中很多指標(biāo)的測量都需要通過測量功率譜實現(xiàn)。5.2無線發(fā)射機的一些背景知識

1．載波輸出功率

載波輸出功率定義為發(fā)射機在無調(diào)制狀態(tài)下傳遞到50Ω標(biāo)準(zhǔn)輸出負載的平均功率。這種規(guī)定是為測試而設(shè)的。當(dāng)天線阻抗為50Ω純電阻時，發(fā)射機在正常工作狀態(tài)下（負載為天線且信號被調(diào)制）所能輸出的功率可以近似看做載波輸出功率。載波輸出功率由功放電路的結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)所決定。

2．載頻偏差

載頻偏差是指實測發(fā)射機在無調(diào)制狀態(tài)下輸出信號頻率與其標(biāo)稱值之差。載頻偏差應(yīng)盡量小，以免發(fā)射信號功率譜落入相鄰頻道。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，頻率偏差不得超過表5－1所列數(shù)值。其中用ppm表示的數(shù)據(jù)為相對值，1ppm=10-6。表5－1頻率偏差額定值為得到較小的頻率偏差，一般采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩電路作頻率源，再用頻率合成器得到所需要的工作頻率。頻率偏差決定于晶體的穩(wěn)定度以及振蕩電路的性能。在要求較高的應(yīng)用場合，要采用溫度補償式晶體振蕩電路作頻率源。

3．頻偏

頻偏是指已調(diào)射頻信號與載頻的最大差值。頻偏是影響已調(diào)信號帶寬的重要因素之一。頻偏額定值見表5－2。表5－2最大允許頻偏額定值

4．寄生調(diào)幅

寄生調(diào)幅是指調(diào)頻發(fā)射機已調(diào)射頻信號上呈現(xiàn)的寄生幅度調(diào)制。它是發(fā)射機在標(biāo)準(zhǔn)測試音調(diào)制下工作時，輸出信號的調(diào)幅系數(shù)，通常用百分比表示。發(fā)射機寄生調(diào)幅不應(yīng)超過3%，寄生調(diào)幅太大會影響功放的效率。

5．輻射帶寬

輻射帶寬是指已調(diào)信號占有總能量99%的頻帶寬度，如圖5－4所示，這是發(fā)射機的一個非常重要的指標(biāo)。對給定信道間隔的條件下，為使通信效果較好，應(yīng)盡量讓發(fā)射信號頻偏較大一些。這樣，信號帶寬就會變寬。但信號帶寬太寬可能會使落入相鄰頻道的干擾增大。因此，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限定發(fā)射機的輻射帶寬，如對25kHz信道間隔，規(guī)定輻射帶寬不能超過20kHz。

6．鄰道干擾

鄰道干擾是指發(fā)射機工作時輻射信號落入相鄰頻道內(nèi)的功率，如圖5－4所示。

我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鄰道干擾應(yīng)低于載波功率70dB或不超過10μW。

鄰道干擾和輻射帶寬是兩個密切相關(guān)的指標(biāo)，也是較關(guān)鍵且難調(diào)試的兩個指標(biāo)，在數(shù)字通信系統(tǒng)中尤其如此。大部分新的數(shù)字調(diào)制體制就是為了降低鄰道干擾和輻射帶寬而提出來的。一般而言，輻射帶寬太寬，鄰道干擾就會比較大。在調(diào)頻體制中，這兩個指標(biāo)都取決于頻偏和基帶信號帶寬。為了在用足輻射帶寬指標(biāo)的條件下盡量降低鄰道干擾，應(yīng)使基帶信號帶寬盡量窄些。圖5－4輻射帶寬與鄰道干擾

7．雜散輻射

雜散輻射是發(fā)射機的另一個較關(guān)鍵且難調(diào)試的指標(biāo)。它是發(fā)射機工作時，在允許占用的帶寬以外的一些離散頻率點上的輻射，但不包括鄰道干擾。它主要包括諧波成分、噪聲和寄生成分，如圖5－5所示。圖5－5雜散輻射雜散輻射和鄰道干擾都會對其它頻道的通信造成干擾，但產(chǎn)生原因完全不同，因此減小這兩種干擾的思路也完全不同。前者是由于射頻濾波不良、PCB板布線不當(dāng)或射頻電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)設(shè)計不當(dāng)造成的，減小這種干擾應(yīng)從射頻電路著手。后者產(chǎn)生的原因是頻偏太大或基帶信號帶寬太寬,減小這種干擾需要降低頻偏或基帶信號帶寬。

發(fā)射機的雜散輻射指標(biāo)應(yīng)視發(fā)射機功率等級和使用條件不同而定。通常當(dāng)載波功率大于等于25W時，雜散輻射應(yīng)低于載波功率60～70dB或不超過2.5μW。 5.3調(diào)頻電路

通過前兩節(jié)的實驗與討論，大家對調(diào)頻發(fā)射機有了一個初步的總體認識。本節(jié)我們深入到發(fā)射機內(nèi)部，實驗并分析一下其中一個單元電路——調(diào)頻電路。希望讀者通過本節(jié)實驗?zāi)艿玫揭韵聨讉€方面的體驗：壓控晶體振蕩電路的原理、組成及調(diào)試方法；調(diào)頻波的功率譜與帶寬；調(diào)頻電路基本的技術(shù)指標(biāo)要求及其實現(xiàn)方法。

實驗十一調(diào)頻電路的安裝與檢測

一、實驗步驟

步驟1：電路安裝

按圖5－6所示的電原理圖在PCB板或萬能板上將電路焊接好。元件引腳要盡量剪短。振蕩電路核心部分T1、VD1、C3、C4、C5、C6、VT1應(yīng)盡量靠近。各接地點應(yīng)盡量靠近。各測試點TP1、TP2、TP3、TP4處應(yīng)焊出引線同時留出一定空間以便夾儀器探頭。圖5－6調(diào)頻電路實驗電原理圖步驟2：振蕩電路調(diào)試

（1）直流穩(wěn)壓電源調(diào)至9V（用萬用表測量），斷電后接到電路板電源輸入端+9V。

（2）給電路加電。調(diào)整電位器VR1使TP1處電壓為+5V。

（3）將示波器和頻率計的探頭接至TP4。調(diào)節(jié)中周T1的磁芯使TP3上出現(xiàn)振蕩波形（用示波器觀察）且頻率計上讀數(shù)約為10MHz。

（4）逐步調(diào)節(jié)電位器VR1使TP1處電壓由0V增至最大值。觀察示波器上的波形與頻率計上的讀數(shù)有何變化。按表5－3所給各電壓值記錄所對應(yīng)的頻率計讀數(shù)。表5－3壓控振蕩電路的電壓—頻率關(guān)系

實驗中用示波器在TP4處能夠觀測到正弦波，振蕩的頻率與TP1處的電壓密切相關(guān)，如果實驗正確，從表5－3中可以看出，TP1處的電壓越高，振蕩頻率也越高。步驟3：調(diào)頻觀測

（1）調(diào)節(jié)電位器VR1使TP1處電壓為5.0V。示波器通道1探頭接TP4，通道2探頭接TP3，同步觸發(fā)信號取自通道2，掃描時間為5μs/div。音頻信號發(fā)生器輸出信號頻率100kHz，接至TP2。調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出電壓幅度（0～4Up－p）。觀察示波器波形有何變化。

（2）音頻信號發(fā)生器輸出信號頻率調(diào)至1kHz。標(biāo)準(zhǔn)解調(diào)表的RF輸入端接TP4。解調(diào)表內(nèi)部濾波器接通。解調(diào)器輸出接至示波器顯示波形同時接至失真儀測量失真。調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出電壓幅度（0～4Up－p），觀察失真儀上讀數(shù)的變化。記錄失真達2%時解調(diào)表的讀數(shù)。（3）調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出電壓幅度，使解調(diào)表的讀數(shù)（頻偏）為5kHz。頻譜分析儀接TP4。頻譜分析儀顯示的中心頻率調(diào)節(jié)到10.000MHz，頻率分辨率調(diào)到1kHz/div。調(diào)節(jié)頻譜分析儀，使屏幕上所有譜線在垂直方向都能在屏幕上顯示出來。記錄下較強譜線的功率譜讀數(shù)和頻率。較強譜線指的是那些譜線高度和最強的譜線相比，高度相差小于20dB的譜線。將上述數(shù)據(jù)填寫到表5－4。頻率精確到1kHz，譜線高度精確到0.1dB。（4）音頻信號發(fā)生器輸出信號頻率調(diào)至5kHz。逐步調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出電壓幅度，使解調(diào)表的讀數(shù)（頻偏）由5kHz增至50kHz。觀察頻譜分析儀上譜線的變化。記錄如下各頻偏所對應(yīng)的射頻帶寬：5kHz、10kHz、15kHz、20kHz、25kHz、30kHz、35kHz、40kHz、45kHz、50kHz。將記錄數(shù)據(jù)繪成曲線于圖5－7左邊。圖5-7

射頻帶寬與頻偏、基帶帶寬的關(guān)系

（5）調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出電壓幅度，使解調(diào)表的讀數(shù)（頻偏）固定為25kHz。調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出信號頻率，觀察頻譜分析儀上譜線的變化。記錄各音頻信號頻率所對應(yīng)的射頻帶寬：如3kHz、6kHz、9kHz、12kHz、15kHz、18kHz、21kHz、24kHz、27kHz。將記錄數(shù)據(jù)繪成曲線于圖5－7右邊。由于實驗中的基帶信號是正弦信號，基帶信號帶寬就是它的頻率。

（6）斷開直流穩(wěn)壓電源。將L1兩端短路（用短路線焊好）。用10MHz的晶體代替C4。重復(fù)實驗步驟2（4）與3（2），觀察實驗結(jié)果與電路改動前有什么區(qū)別。二、實驗分析

(1)圖5－6所示電路是一個壓控振蕩電路(VCO)。在高頻到特高頻（3～500MHz）范圍內(nèi)，這種電路結(jié)構(gòu)是VCO的主要結(jié)構(gòu)形式之一。若將電路中的變?nèi)荻O管換成一個固定電容，則本電路就是一個固定頻率振蕩電路，稱為考比茲（CoLpitts）振蕩電路。這種振蕩電路的特點是容易起振，同時由于采用了共集電極組態(tài)，振蕩頻率可得到較高，頻率穩(wěn)定度也較好。我們已經(jīng)知道，一個LC振蕩電路一旦滿足振蕩條件，其振蕩頻率是(5.1)式中：L、C分別為諧振回路的總電感、電容。本電路中L就是T1的電感，而C則為VD1、C3、C4、C5、C6串聯(lián)后的等效電容。本電路中，C3、C4、C5、C6的數(shù)值較大，VD1

的值約為30pF，故等效電容主要由VD1決定。由(5.1)式，若L一定，則頻率的變化主要由VD1決定。VD1稱為變?nèi)荻O管或簡稱變?nèi)莨?。其電容量隨加到其兩端的反向電壓變化而變化。因此，VCO的振蕩頻率受VD1兩端的反向電壓控制?？刂脐P(guān)系如圖5－8所示。圖5－8壓控振蕩電路的工作原理這就是壓控振蕩電路的工作原理。

本電路中，R2、R3、VD1、C3、C4、C5、C6、L1、VT1

、R6組成振蕩電路的核心部分，VR1、C2、C3、R1、R5組成VD1的交直流偏置電路，它決定未加調(diào)制時的振蕩頻率。VR1調(diào)節(jié)VD1的直流偏置，TP2處所加的信號作為VD1的交流偏置電壓而控制VCO的振蕩頻率按交流信號的變化規(guī)律高低變化。VT2及其周邊電路是輸出隔離電路，以減小測試儀器對振蕩電路工作狀態(tài)的影響。R10、C9、C10是電源退耦電路，這在高頻電路中防止各單元電路通過電源線耦合而相互影響是非常必要的。圖5－9

VCO的控制特性

(2)實驗步驟2中，隨著TP1處電壓增加，加在VD1兩端的反向電壓增加，TP4處所測得的振蕩頻率應(yīng)跟隨TP1處電壓同步增加。若將表5－3的壓控振蕩電路的電壓—頻率關(guān)系繪制成曲線，則可得到如圖5－9所示的控制特性。圖中，縱坐標(biāo)f為TP4處所測得的振蕩頻率，橫坐標(biāo)Ui為加在VD1兩端的反向電壓。實際調(diào)頻系統(tǒng)對控制特性的技術(shù)指標(biāo)要求主要是動態(tài)范圍與線性。線性是指控制特性應(yīng)為一條直線，動態(tài)范圍是指控制特性中線性較好的部分的振蕩頻率范圍。在控制特性的頻率范圍內(nèi)，單位控制電壓變化所產(chǎn)生的頻率變化被稱為VCO的調(diào)制靈敏度KF。在圖5－9中，動態(tài)范圍是f2～f1，調(diào)制靈敏度為讀者可根據(jù)上式計算本實驗電路的調(diào)制靈敏度。

(3)實驗步驟3仍觀察VCO的控制特性。但此時輸入控制電壓與輸出振蕩頻率都是交流變化的。實際應(yīng)用系統(tǒng)中，調(diào)制信號通常都是交流信號。若調(diào)試正常，讀者可在示波器上觀察到第四章中觀測過的調(diào)頻波形。實際波形如圖5－10所示。圖（a）中，中心線電壓UQ為VD1上的靜態(tài)偏置電壓，即TP1處測得的電壓，UM為VD1上的交流電壓振幅，可在TP3處測得。圖5－10調(diào)頻波形

（a）通道2——基帶信號；（b）通道1——已調(diào)信號已調(diào)信號瞬時頻偏的交流部分叫瞬時頻偏Δf（T）。圖中振蕩頻率范圍可如下估算：已調(diào)信號頻率高端對應(yīng)調(diào)制電壓的高電平UQ+UM，具體頻率值fH可在步驟2中測得的控制特性上查到，已調(diào)信號頻率低端對應(yīng)調(diào)制信號的低電平UQ-UM，具體頻率值fL也可在測得的控制特性上查到。則已調(diào)信號頻率范圍為fL～fH，頻偏信號的峰－峰值為fH-fL。（5.3）式中：KF為調(diào)制靈敏度；Ui(t)為調(diào)制信號電壓。若Ui(t)幅度過大，則Δf（t）中除了隨Ui(t)成正比變化的部分外，還存在不成正比的部分。這一部分被稱為非線性失真。失真儀測量結(jié)果是非線性失真部分有效值與被測信號有效值之比。在實際應(yīng)用中都要求調(diào)制器失真較小。具體的指標(biāo)要求視實際系統(tǒng)中失真指標(biāo)分配而定。作為調(diào)制器，失真超過2%一般是不可接受的。

(5)如5.2節(jié)所述，實際應(yīng)用系統(tǒng)對輸出射頻信號的輻射帶寬與鄰道干擾有嚴(yán)格的要求。如無線通信我國規(guī)定頻道間隔25kHz，調(diào)頻廣播150kHz。在25kHz帶寬的通信系統(tǒng)中，要求信號帶寬不超過20kHz，落入相鄰頻道的信號功率要小于輸出功率70dB。因此在實際無線系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試中，為保證帶寬不超過規(guī)定而同時又用足規(guī)定的指標(biāo)（帶寬較寬抗干擾能力較強），必須要計算、測試已調(diào)信號的頻譜。調(diào)頻信號的頻帶主要由基帶信號頻帶和已調(diào)信號頻偏決定，如下式：（5.4）式中：B為已調(diào)信號帶寬；ΔfM為瞬時頻偏最大值；FM為調(diào)制信號最高頻率。圖5－11調(diào)頻波的功率譜實驗步驟4還測量了已調(diào)信號的頻譜和帶寬。對基帶信號為正弦波的調(diào)頻信號進行頻譜的理論分析得到這種調(diào)頻信號的頻譜如圖5－11所示。此時，頻譜由有些離散的譜線組成。譜線間隔為基帶信號的頻率，各譜線的高度取決于頻偏的大小。若基帶信號頻率（帶寬）不變而幅度增加（已調(diào)信號頻偏增加），則圖5－11中兩側(cè)的譜線高度增加，從而造成已調(diào)信號帶寬增加。若基帶信號幅度不變（已調(diào)信號頻偏不變）頻率增加，則譜線高度不變而間隔加大，也造成已調(diào)信號帶寬增加。

鑒于調(diào)頻體制的廣泛應(yīng)用，以及調(diào)頻信號頻譜理論分析的困難，再次強調(diào)上述實驗分析是值得的。讀者若能詳細記錄上述實驗步驟中觀察到的譜線形狀與變化規(guī)律，將在以后原理部分的學(xué)習(xí)中大受裨益。

(6)如5.2節(jié)所述，實際系統(tǒng)對調(diào)頻電路的頻率穩(wěn)定度有嚴(yán)格要求，未加調(diào)制信號時，振蕩頻率應(yīng)保持穩(wěn)定。本實驗電路（見圖5－6）所能達到的頻率穩(wěn)定度是很低的。按實驗步驟3（6）用晶體代替LC回路后，頻率穩(wěn)定度會有所提高。但讀者將發(fā)現(xiàn)，電路的調(diào)制靈敏度及頻偏動態(tài)范圍將大幅度減小。因此，實際應(yīng)用系統(tǒng)中，為徹底解決頻率穩(wěn)定度與頻偏動態(tài)范圍的矛盾，常采用鎖相調(diào)頻的方案。有關(guān)內(nèi)容見第十章。 5.4調(diào)幅電路

調(diào)幅電路實現(xiàn)幅度調(diào)制，即將基帶信號的瞬時幅度變化調(diào)制成高頻信號的瞬時振幅變化。本節(jié)實驗中，讀者將觀察調(diào)幅波的特性并調(diào)試調(diào)制電路。

實驗十二調(diào)幅電路的安裝與測試

一、實驗步驟

步驟1：電路安裝

按圖5－12所示原理圖在PCB板或萬能板上將電路焊接好。圖5－12調(diào)幅電路實驗電原理圖給出的電路由兩個較獨立的功能單元組成。R3、R4、C3、VT3、R5、R6、R7、ZD1為音頻部分；其它為465kHz左右的高頻部分。各單元部分應(yīng)盡量緊湊，接地線應(yīng)盡量短。測試過程中，音頻信號發(fā)生器的地線接電路音頻部分的地。示波器、頻率計和直流穩(wěn)壓電源的地線接電路高頻部分的地。U1（集成電路40106）的7腳接地，14腳接UDD。圖中電容器C1的給出值是參考值，調(diào)試時可能要變動。步驟2：調(diào)試振蕩電路

（1）將直流穩(wěn)壓電源調(diào)至12V，接至UDD處，給電路加電。示波器與頻率計的輸入探頭接TP2。如果電路連接正確，器件完好，此時可觀察到方波波形。調(diào)整VR1使頻率計的讀數(shù)為465kHz。

若調(diào)整VR1不能使振蕩頻率達到465kHz，則應(yīng)根據(jù)振蕩頻率和C1的現(xiàn)值更換C1。C1的新值由下式?jīng)Q定：（5.5）（2）示波器通道2接TP3。調(diào)節(jié)中周T1的磁芯，使示波器顯示的信號幅度最大。步驟3：調(diào)幅觀測

（1）示波器通道1和音頻信號發(fā)生器接TP1。示波器的同步觸發(fā)信號取自通道1，掃描時間為200μs/div。依次調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器輸出信號幅度和頻率，幅度0～4UP－P，頻率變化范圍為500Hz～5kHz。分別觀察信號幅度與頻率變化時示波器顯示波形的變化。

（2）頻譜分析儀接TP3，頻率分辨率調(diào)到1kHz/div。調(diào)節(jié)頻譜分析儀的插入衰減，使譜線不超出屏幕的顯示范圍。調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器輸出信號幅度和頻率，幅度0～4UP－P，頻率變化范圍為500Hz～5kHz。觀察頻譜分析儀屏幕上譜線的變化。二、實驗分析

(1)在信號分析中，把高頻振蕩信號波形每一周期的峰值連成的一條光滑曲線叫包絡(luò)，而把高頻振蕩信號本身叫載波，如圖5－13所示。由包絡(luò)的意義可知，調(diào)幅信號是以其包絡(luò)代表基帶信號的?？杀硎緸?5.6)式中：mf為調(diào)制指數(shù)，表示調(diào)幅信號的調(diào)制深度；f0為載波頻率；A為調(diào)制信號的平均振幅。調(diào)制指數(shù)mf定義為(5.7)圖5－13調(diào)幅信號（2）調(diào)幅電路的實現(xiàn)是比較簡單的。本實驗電路中，由施密特觸發(fā)器U1（CD40106）和C1、R1、VR1組成一個465kHz的載波振蕩電路。振蕩電路輸出信號的幅度是恒定不變的。晶體管VT1、VT2、VT3構(gòu)成一個乘法器實現(xiàn)調(diào)制功能。本電路中，包絡(luò)的形狀取決于晶體管VT3的集電極電流iCT3。iCT3正比于加在VT3基極上的電壓UBT3。UBT3由兩部分組成：第一部分是由齊納管ZD1上提供的直流偏置；第二部分是音頻信號發(fā)生器提供的交流電壓。因此，iCT3也包括直流和交流兩部分。直流部分決定了調(diào)幅信號的平均振幅；交流部分決定了調(diào)幅信號的包絡(luò)變化。調(diào)節(jié)音頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度也就調(diào)節(jié)了調(diào)幅信號的調(diào)制指數(shù)mf。調(diào)幅信號的頻譜取決于基帶信號的頻譜、載波頻率f0以及調(diào)制指數(shù)mf，如圖5－14和圖5－15所示。后者為本實驗的情形?？梢?，幅度調(diào)制實現(xiàn)了頻譜搬移的功能。實驗步驟3（1）中，若音頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度不變而頻率改變，則頻譜分析儀上顯示為邊帶譜線高度不變而位置移動；若音頻信號發(fā)生器的輸出信號頻率不變而幅度改變，則頻譜分析儀上顯示為邊帶譜線位置不變而高度變化。圖5－14基帶信號為一般信號時調(diào)幅信號的頻譜

（a）基帶信號譜； （b）已調(diào)信號譜圖5－15基帶信號為正弦信號時調(diào)幅信號的頻譜

（a）基帶信號譜； （b）已調(diào)信號譜需要說明的是，本實驗中載波振蕩電路采用CD40106完全是為了電路調(diào)試簡單，其頻率穩(wěn)定度完全達不到廣播電視與通信系統(tǒng)中的要求，實際應(yīng)用中一般要采用晶體振蕩電路。但由于沒有頻率調(diào)制，其頻率穩(wěn)定度的解決方案要比調(diào)頻體制簡單一些。同時還要指出，本實驗的調(diào)制方案是一種線性調(diào)制方案。其優(yōu)點是利用乘法電路實現(xiàn)調(diào)制，概念清晰，調(diào)試簡單。可用于AM體制的調(diào)制，也可用于解調(diào)。稍加改進還可用于具有幅度調(diào)制的其它調(diào)制體制，如雙邊帶(DSB)、單邊帶(SSB)、殘留邊帶(USB)和正交調(diào)幅(QAM)等。但這種調(diào)制方案用于發(fā)射機時需要使用效率很低的線性功放。因此在簡單AM體制的發(fā)射機中常在功放級直接調(diào)幅，稱為高電平調(diào)幅。有關(guān)原理見下一節(jié)。 5.5高頻功率放大電路

高頻功率放大電路是無線發(fā)射機中最關(guān)鍵、最難調(diào)試的單元電路之一。發(fā)射機的雜散輻射主要取決于它，它也是決定發(fā)射機可靠性的關(guān)鍵因素之一。本實驗中讀者將調(diào)試一個小功率的高頻功率放大電路，并簡單測試一些基本技術(shù)指標(biāo)。

實驗十三功放電路的安裝與調(diào)試

一、實驗步驟

步驟1：電路連接

將功放電路零件按圖5－16所示電路原理圖在萬用板上連接好。本實驗電路可分為如下幾個單元電路：圖5－16功放電路原理圖圖中，各測試點的信號如下：

TP1振蕩電路輸出

TP2驅(qū)動管集電極直流電壓采樣點

TP3功放管基極電壓采樣點

TP4功放管集電極直流電壓采樣點

TP5功放管集電極電壓采樣點

TP6

功放輸出連接時要注意保持各單元電路元件位置分布的緊湊。各測試點TP1～TP5周圍要留出一定空間以便于夾放測試探頭和夾具。它們可安排在單元電路之間。各單元電路內(nèi)接地元件要盡量集中以使地線盡量短。電源地線接在功放單元部分地線區(qū)。整個電路的地線要盡量粗，如圖5－17所示。圖5－17實驗電路地線安排

C11的取值需在實驗中調(diào)整確定，圖中示出的是參考值。實驗中C11可由2～3個較小的電容并聯(lián)而成，實驗前先將C11取為43pF，在實驗調(diào)整中逐步增加到適當(dāng)值。在電路板上應(yīng)為它們留出足夠的空間。步驟2：振蕩與激勵電路調(diào)試

（1）將直流穩(wěn)壓電源調(diào)至12V。電路板連好電源線。給電路板供電。

（2）檢查VT1發(fā)射極TP1對地直流電壓應(yīng)為3～4V。若該電壓低于3V，則適當(dāng)減小R1；若大于4V，則適當(dāng)加大R1。調(diào)節(jié)VC1，用示波器（探頭衰減10倍，下同）觀察TP1處是否有振蕩。若無振蕩，應(yīng)檢查振蕩單元各元件焊點，確保無虛焊、短路。（3）調(diào)節(jié)VR1使TP2對地直流電壓為6V。用示波器觀察TP3處是否有振蕩信號。若無信號，應(yīng)檢查驅(qū)動單元各元件焊點，確保無虛焊、短路。

（4）用頻率計測量TP3處振蕩信號的頻率。調(diào)節(jié)VC1使頻率為30MHz。調(diào)節(jié)VC2，使TP3處振蕩電壓最大。調(diào)節(jié)VR1使TP3處射頻信號的峰－峰值為0.5V左右。步驟3：觀測激勵電路與功放偏置對功放電路導(dǎo)通角的影響

（1）S1置于A位置。用示波器通道1觀察TP5處信號，耦合方式為DC。分別調(diào)整VR1和VR2（調(diào)節(jié)一個時，另一個固定），使TP5處出現(xiàn)如圖5－18所示的脈沖電壓。記錄參數(shù)T和τ。按下式計算導(dǎo)通角θ。

觀察脈沖形狀的變化規(guī)律?？词欠窨烧{(diào)出120°～180°的導(dǎo)通角和較大變化范圍的脈沖高度。最后將導(dǎo)通角調(diào)到120°，脈沖高度調(diào)到1.3V。圖5－18

S1置于A位置時TP5處電壓（2）S1置于B位置。用示波器通道1和通道2分別測TP5和TP6處信號，示波器輸入方式均為DC。調(diào)節(jié)VC2、VC3使示波器顯示的兩個振幅最大，并記錄下振幅值。

４．調(diào)試與測量阻抗變換電路

（1）在C11上并聯(lián)一個5p的小電容，調(diào)節(jié)VC3使示波器顯示的振幅最大，并記錄下最大振幅。重復(fù)本步驟，直到增加C11不能再增加TP5和TP6處的記錄振幅。最后在增加一個5p的小電容將C11固定下來。

（2）S1置于A位置。調(diào)節(jié)VR1、VR2使TP5處脈沖高度增加0.2V但保持導(dǎo)通角為120O。切換S1到B位置。觀察TP5和TP6處的振幅是否增加，并記錄下振幅。重復(fù)本步驟直到記錄振幅增加不顯著。此時TP5處最低電壓小于0.5V，如圖5-18。再增加一次脈沖高度。此時測量并記錄TP5、TP6處振蕩信號峰峰值電壓UTP5P-P、UTP6P-P及TP4處與R11兩端的直流電壓UTP4、UR11。將結(jié)果填入表5-5。圖5－19

S1置于B位置時TP5處電壓（3）S1置于A位置。調(diào)節(jié)VR1、VR2使TP5處脈沖導(dǎo)通角為150°，脈沖高度調(diào)到1.3V。在導(dǎo)通角為150°的條件下重復(fù)步驟9。再在導(dǎo)通角為180°的條件下重復(fù)上述步驟。

（4）S1置于A位置。調(diào)節(jié)VR1、VR2、VC3使TP5處信號為較純凈的正弦波，峰－峰值為1V。注意調(diào)節(jié)VR1、VR2時保持TP4處直流電壓最大。切換S1到B位置。記錄此時TP5處信號峰－峰值UTP5P－P=(V)。二、實驗分析

(1)本實驗電路包含射頻振蕩電路、驅(qū)動放大電路和功率放大電路等部分。振蕩電路產(chǎn)生射頻信號；驅(qū)動放大電路將振蕩信號放大。并可通過調(diào)整VR1調(diào)整其偏置電流，從而調(diào)整其輸出電壓幅度。驅(qū)動放大電路也稱為激勵放大電路，其輸出電壓激勵功率放大電路，稱為激勵電壓。VR2用于調(diào)整功放管VT3的偏置電壓。從圖5－16實驗電路中獨立出來的功放電路如圖5－20所示。這是高頻諧振功率放大電路的一種實用形式。實際應(yīng)用中R11要用電感代替，以使電源電壓完全加到功放管。這里它的作用是限制功放管集電極的直流電流，以免讀者初