高频电路实验讲义 欧阳林群 二零一零年三月
高频电路实验讲义 欧阳林群 二零一零年三月
目录 实验一调谐放大器 实验二高频功率放大器(丙类) 实验三LC电容反馈式三点式振荡器 实验四石英晶体振荡器 实验五振幅调制器(利用乘法器) 实验六调幅波信号的调解…… 实验七变容二极管调频振荡器 实验八相位鉴频器 实验九集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器 实验十集成电路(锁相环)构成的频率解调器 验十一利用二极管函数电路实现波形转换
目 录 实验一 调谐放大器.....................................................................................................................................3 实验二 高频功率放大器（丙类） .............................................................................................................7 实验三 LC 电容反馈式三点式振荡器.......................................................................................................9 实验四 石英晶体振荡器...........................................................................................................................12 实验五 振幅调制器（利用乘法器） .......................................................................................................14 实验六 调幅波信号的调解.......................................................................................................................17 实验七 变容二极管调频振荡器...............................................................................................................21 实验八 相位鉴频器...................................................................................................................................23 实验九 集成电路（压控振荡器）构成的频率调制器 ...........................................................................26 实验十 集成电路（锁相环）构成的频率解调器 ...................................................................................30 实验十一 利用二极管函数电路实现波形转换 .......................................................................................32
实验一调谐放大器 实验目的 1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱 2.熟悉谐振回路的幅频特性分析一通频带与选择性 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 实验主要仪器 1.高频电路实验箱 2.双踪示波器 3.扫频仪 4.高频信号发生器 5.毫伏表 6.万用表 7.实验板G1 、预习要求 1.复习谐振回路的工作原理。 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.实验电路中,若电感量L=1μH回路总电容C=220pf。(分布电容包括在内),计算回路中 心频率f。 四、实验原理 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所示。该电路由晶体管Ⅴ、选频回路CL二部分组成。它不仅对高频小信 号放大,而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fs=85MHz。R1、R2和射极电阻决 定晶体管的静态工作点改变回路并联电阻R,即改变回路Q值,从而改变放大器的增益和通频带。 改变射极电阻Re,从而改变放大器的增益。 五、实验内容及步骤 (一)单调谐回路谐振放大器。 1.实验电路见图1-1
实验一 调谐放大器 一、实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电路实验箱 2．熟悉谐振回路的幅频特性分析一通频带与选择性。 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。 二、实验主要仪器 1．高频电路实验箱 2．双踪示波器 3．扫频仪 4．高频信号发生器 5．毫伏表 6．万用表 7．实验板 G1 三、预习要求 1．复习谐振回路的工作原理。 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．实验电路中，若电感量 L=1 μ H 回路总电容 C=220pf。（分布电容包括在内），计算回路中 心频率 f。 四、实验原理 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 所示。该电路由晶体管 V、选频回路 CL 二部分组成。它不仅对高频小信 号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率 fs＝8.5MHz。R1、R2 和射极电阻决 定晶体管的静态工作点改变回路并联电阻 R，即改变回路 Q 值，从而改变放大器的增益和通频带。 改变射极电阻 Re，从而改变放大器的增益。 五、实验内容及步骤 （一）单调谐回路谐振放大器。 （二） 1．实验电路见图 1-1
O oUT R=10K,2K470 Re=1k,500,2k 图1-1单调谐回路谐振放大器原理图 (1)按图1-1所示连接电路(注意接线前先测量+12V电源电压,无误后,关断电源再接线) (2)接线后仔细检查,确认无误后接通电源。 2.静态测量 实验电路中选Re=1K 测量各静态工作点,计算并填表 表1.1 实例 实测计算 根据V 原因 判断Ⅴ是否工作在放大E *ⅤpVE是三极管的基极和发射极对地电压。 3.动态研究 (1)测放大器的动态范围V1-Vo(在谐振点) 选R=10K。Rε=1K。把高频信号发生器接到电路输入端,电路输出接毫伏表,选择正常放大区 的输入电压Ⅴ1,调节频率f使其为10MHz,调节Cr使回路谐振,使输出电压幅度为最大,此时调 节由002变到0.8伏,逐点记录V电压,并填入表1.2。V1的各点测量值可根据(各自)实测情 况来确定 表1.2 0.02 0.8 VV)|R=500Q R=2K (2)当R分别为500Q、2K时,重复上述过程,将结果填入表1.2。在同一坐标纸上画出I
R1 R2 C1 V CT C R C2 C4 C3 C5 GND GND Re GND L +12 V OUT I N R=1 0K ,2K ,470 Re=1K ,50 0, 2k L1 图 1-1 单调谐回路谐振放大器原理图 （1）按图 1-1 所示连接电路（注意接线前先测量＋12V 电源电压，无误后，关断电源再接线）。 （2）接线后仔细检查，确认无误后接通电源。 2．静态测量 实验电路中选 Re＝1K 测量各静态工作点，计算并填表 1.1 表 1.1 实例 实测计算 根据 Vce 判断 V 是否工作在放大区 原因 VB VE ⅠC Vce 是 否 ﹡VB，VE 是三极管的基极和发射极对地电压。 3．动态研究 （1）测放大器的动态范围 Vi～Vo（在谐振点） 选 R=10K。Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出接毫伏表，选择正常放大区 的输入电压 Vi，调节频率 f 使其为 10.7MHz,调节 CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时调 节 VI由 0.02 变到 0.8 伏，逐点记录 V0电压，并填入表 1.2。Vi的各点测量值可根据（各自）实测情 况来确定。 表 1.2 .Vi(V) 0.02 0.8 V0(V) Re=1K Re=500Ω Re=2K （2） 当 Re 分别为 500Ω 、2K 时，重复上述过程，将结果填入表 1.2。在同一坐标纸上画出 Ie
不同时的动态范围曲线,并进行比较和分析。 (3)用扫频仪调回路谐振曲线 仍选R=10K、R=IK。将扫频仪射频输出送入电路输入端,电路输出接至扫频仪检波器输入端。 观察回路谐振曲线(扫频伩输岀衰减档位应根据实际情况来选择适当位置),调回路电容C-.使 =10.7MHz (4)测量放大器的频率特性 当回路电阻R=10K时,选择正常放大区的输入电压V将高频信号发生器输出端接至电路输入 端,调节频率f使其为10.MHz,调节Cr使回路谐振,使输出电压幅度为最大,此时的回路谐振频 率f=10.7MH为中心频率,然后保持输入电压V不变,改变频率f由中心频率向两边逐点偏离 测得在不同频率f时对应的输出电压V。将测得的数据填入表1.3。频率偏离范围可根据(各自)实 测情况来确定 表1.3 10.7 R=lOKI R=470 计算f=107MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。 (5)改变谐振回路电阻,即R分别为2KΩ、470Ω时,重复上述测试,并填入表1.3。比较通 频带情况。 (三)双调谐回路谐振放大器 实验线路见图1-2 图1-2双调谐回路谐振放大器原理图
不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。 （3）用扫频仪调回路谐振曲线 仍选 R=10K、Re=1K。将扫频仪射频输出送入电路输入端，电路输出接至扫频仪检波器输入端。 观察回路谐振曲线（扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置），调回路电容 Cr，使 fo=10.7MHz。 （4）测量放大器的频率特性 当回路电阻 R=10K 时，选择正常放大区的输入电压 Vi ,将高频信号发生器输出端接至电路输入 端，调节频率 f 使其为 10.7MHz，调节 CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频 率 fo=10.7MHz 为中心频率，然后保持输入电压 Vi不变，改变频率 f 由中心频率向两边逐点偏离， 测得在不同频率 f 时对应的输出电压 Vo，将测得的数据填入表 1.3。频率偏离范围可根据（各自）实 测情况来确定。 表 1.3 f(MHz) 10.7 VO R=10KΩ R=2KΩ R=470Ω 计算 fo=10.7MHz 时的电压放大倍数及回路的通频带和 Q 值。 （5）改变谐振回路电阻，即 R 分别为 2KΩ 、470Ω 时，重复上述测试，并填入表 1.3。比较通 频带情况。 （三）双调谐回路谐振放大器 实验线路见图 1-2 R1 R2 V R3 L1 C3 CT1 C6 GND L3 C7 GND L2 CT2 C4 C C5 C2 GND C1 +12 V OU T IN C=3 P ,9P, 12P 图 1-2 双调谐回路谐振放大器原理图
用扫频仪调双回路谐振曲线 接线方法同上3(3)观察双路谐振曲线,选C=3pf,反复调整Crl、C12使两回路谐振在10.7MHz 2.测双回路放大器的频率特性 按图1-2所示连接电路,将高频信号发生器输出端接至电路输入端,选C=3pf,置高频信号发 生器频率为10.7MHz,反复调Crl、Cτ2使两回路谐振,使输出电压幅度为最大,此时的频率为中 心频率,然后保持高频信号发生器输出电压不变,改变频率由中心频率向两边逐点偏离,测得对应 的输出频率f和电压值,并填入表14。 表14 f(MHz) 10.7 C=9pf C=lpf 3.改变耦合电容C为9、12p,重复上述测试,并填入表14 六、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,计算直流工作点,与实验实测结果比较。 3.写明实验所用仪器、设备及名称、型号 4.整理实验数据,并画出幅频特性。 (1)单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带,整理并分析原因 (2)双调谐回耦合电容C对幅频特性,通频带的影响。从实验结果找出单调谐和双调谐回路 的优缺点 5.本放大器的动态范围是多少(放大倍数下降1dB的折弯点V。定义为放大器动态范围),讨 论lo动态范围的影响
1．用扫频仪调双回路谐振曲线 接线方法同上 3（3）。观察双路谐振曲线，选 C=3pf，反复调整 CT1、CT2 使两回路谐振在 10.7MHz。 2．测双回路放大器的频率特性 按图 1-2 所示连接电路，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，选 C=3pf，置高频信号发 生器频率为 10.7MHz，反复调 CT1、CT2 使两回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的频率为中 心频率，然后保持高频信号发生器输出电压不变，改变频率由中心频率向两边逐点偏离，测得对应 的输出频率 f 和电压值，并填入表 1.4。 表 1.4 f(MHz) 10.7 Vo C=3pf C=9pf C=12pf 3．改变耦合电容 C 为 9p、12p，重复上述测试，并填入表 1.4。 六、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，计算直流工作点，与实验实测结果比较。 3．写明实验所用仪器、设备及名称、型号。 4．整理实验数据，并画出幅频特性。 （1）单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带，整理并分析原因。 （2）双调谐回耦合电容 C 对幅频特性，通频带的影响。从实验结果找出单调谐和双调谐回路 的优缺点。 5．本放大器的动态范围是多少（放大倍数下降 1dB 的折弯点 Vo 定义为放大器动态范围），讨 论 Io 动态范围的影响
实验二高频功率放大器(丙类) 一、实验目的 1.了解丙类功率放大器的基本工作作原理,掌握丙类放大器的计算与设计方法 2.了解电源电压c与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。 实验主要仪器 1.双踪示波器 2.扫频仪 3.高频信号发生器 4.万用表 实验板G2 三、预习要求 1.复习功率谐振放大器原理及特点。 2.分析图2-1所示的实验电路,说明各元器件作用 四、实验原理 丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验单元模 块电路如图2-1所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中VT1、L1与Cr1、C2组成甲类功 率放大器,工作在线性放大状态,其中R1、R2、R13、R4组成静态偏置电阻。L2与Cτ2、C5组成 的负载回路与Ⅴ2组成丙类功率放大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号。 五、实验内容及步骤 1.实验电路见图2-1,按图接好实验板所需电源,将C、D两点短接,利用扫频仪调回路谐振 频率,使其谐振在65MHz的频率上。 L2 CLO OUT I120,75,51 图2-1功率放大器(丙类)原理图
实验二 高频功率放大器（丙类） 一、实验目的 1．了解丙类功率放大器的基本工作作原理，掌握丙类放大器的计算与设计方法。 2．了解电源电压 VC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。 二、实验主要仪器 1．双踪示波器 2．扫频仪 3．高频信号发生器 4．万用表 5．实验板 G 2 三、预习要求 1．复习功率谐振放大器原理及特点。 2．分析图 2-1 所示的实验电路，说明各元器件作用。 四、实验原理 丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验单元模 块电路如图 2－1 所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中 VT1、L1 与 CT1、C2 组成甲类功 率放大器，工作在线性放大状态，其中 R1、R2、R13、R4 组成静态偏置电阻。L2 与 CT2、C5 组成 的负载回路与 V2 组成丙类功率放大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号。 五、实验内容及步骤 1．实验电路见图 2-1，按图接好实验板所需电源，将 C、D 两点短接，利用扫频仪调回路谐振 频率，使其谐振在 6.5MHz 的频率上。 R1 R2 R4 R5 V 1 V 3 V 2 C2 L1 L3 L4 L6 L2 L5 L7 R3 CT1 C3 C10 GND C1 R11 C4 R7 R6 R9 CT2 C5 R8 C6 C11 GND R10 C7 C8 C9 RL L8 C12 C13 GND GND GND IN OUT +12V C D A B RL=120, 75, 51 GND 图 2-1 功率放大器（丙类）原理图
2.负载51Ω,测L电流。在输入端接仁6.5MHz、V=120mV信号,测量各工作电压,同时 3.示波器测量输入、输岀峰值电压,将测量值填入表2.1内 表21 f=6.5MHz 实测计算 R150Q vi vo lo ic pi Po pnn V=120mVR1=750 =129 V=84mV|R1=750 V=12V 12Q V=120mV|R=750 R1=12Q V=sV R1=509 V=84mv 759 V;;输入电压峰——峰值 Vo:输出电压峰——峰值 lo:电源给出总电流 P:电源给出总功率(P=Vlo)(Ve:为电源电压) P:输出功率 Pa:为管子损耗功率(pa=p1-p。) 4.加75Ω负载电阻,同2测试并填入表2.1内, 5.加120Ω负载电阻,同2测试并填入表2.1内。 6.改变输入端电压V=84mV,同2、3、4测试并填入表2.1内。 7.改变电源电压V=5V,同2、3、4、5、测试并填入表2.1内。 六、实验报告要求 1.据实验测量结果,计算各种情况下L、P、P、η。 2.说明电源电压、输出电压、输出功率的相互关系。 3.总结在功率放大器中对功率放大晶体管有哪些要求
2．负载 51Ω ，测 I0 电流。在输入端接 f=6.5MHz、Vi=120mV 信号，测量各工作电压，同时 3．示波器测量输入、输出峰值电压，将测量值填入表 2.1 内 表 2.1 f=6.5MHz 实 测 实测计算 Vc=12 V Vi=120mV RL=50Ω Vb VC Vce Vi V0 I0 IC P1 P0 Pn η RL=75Ω RL=12Ω Vi=84mV RL=50Ω RL=75Ω RL=12Ω Vc=5V Vi=120mV RL=50Ω RL=75Ω RL=12Ω Vi=84mV RL=50Ω RL=75Ω RL=12Ω Vi :；输入电压峰──峰值 VO：输出电压峰──峰值 IO：电源给出总电流 Pi：电源给出总功率（Pi=VcI0）(Vc：为电源电压) Po：输出功率 Pa：为管子损耗功率（pa=pi－po） 4．加 75Ω 负载电阻，同 2 测试并填入表 2.1 内。 5．加 120Ω 负载电阻，同 2 测试并填入表 2.1 内。 6．改变输入端电压 Vi=84mV, 同 2、3、4 测试并填入表 2.1 内。 7．改变电源电压 VC=5V，同 2、3、4、5、测试并填入表 2.1 内。 六、实验报告要求 1．据实验测量结果，计算各种情况下 I0、P0、Pi、η 。 2．说明电源电压、输出电压、输出功率的相互关系。 3．总结在功率放大器中对功率放大晶体管有哪些要求
实验三LC电容反馈式三点式振荡器 实验目的 1.掌握LC三点式振荡电路的基本原理,掌握LC电容反馈式三点振荡电路设计及电参数计算。 2.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。 3.掌握振荡器反馈系数不同时,静态工作电流lo对振荡器及振幅的影响。 二、实验主要仪器 1.双踪示波器 2.频率计 3.万用表 4.实验板G1 三、预习要求 1.复习LC振荡器的工作原理。 2.分析图3-1电路的工作原理及各元件的作用,并计算晶体管静态工作电流Lc的最大值(设 晶体管的β值为50)。 3.实验电路中,L1=33uH,若C=120pf,C′=680pf,计算当Cr=50pf和C=150pf时振荡频率 各为多少? 四、实验原理 本实验单元模块电路如图3-1所示。它是一个电容反馈型振荡器,图中R1、R2、R3、R4起 直流偏置作用,在开始振荡前这些电阻决定了静态工作点,当振荡产生后,由于晶体管的非线性及 工作到截止状态,基极、发射极电流变化,这些电阻又起自偏压作用,从而限制和稳定了振荡的幅 度大小;C1为隔直电容,C为反馈电容,C′为分压电容,CT和L1组成谐振电路 五、实验内容及步骤 实验电路见图3-1
实验三 LC 电容反馈式三点式振荡器 一、实验目的 1．掌握 LC 三点式振荡电路的基本原理，掌握 LC 电容反馈式三点振荡电路设计及电参数计算。 2．掌握振荡回路 Q 值对频率稳定度的影响。 3．掌握振荡器反馈系数不同时，静态工作电流 IEQ 对振荡器及振幅的影响。 二、实验主要仪器 1．双踪示波器 2．频率计 3．万用表 4．实验板 G1 三、预习要求 1．复习 LC 振荡器的工作原理。 2．分析图 3-1 电路的工作原理及各元件的作用，并计算晶体管静态工作电流 IC 的最大值（设 晶体管的β 值为 50）。 3．实验电路中，L1=33μ H，若 C=120pf，C′=680pf，计算当 CT=50pf 和 CT=150pf 时振荡频率 各为多少？ 四、实验原理 本实验单元模块电路如图 3－1 所示。它是一个电容反馈型振荡器，图中 R1、R2、R3、R4 起 直流偏置作用，在开始振荡前这些电阻决定了静态工作点，当振荡产生后，由于晶体管的非线性及 工作到截止状态，基极、发射极电流变化，这些电阻又起自偏压作用，从而限制和稳定了振荡的幅 度大小；C1 为隔直电容，C 为反馈电容，C′为分压电容，CT 和 L1 组成谐振电路 五、实验内容及步骤 实验电路见图 3-1
o+12V R=110K,1OK,1k C=100p,120p,680p C'=1200P.680P.120P GND CT=50p,100p,150p 图3-1LC电容反馈式三式点振荡器原理图 实验前根据图3-1所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用。 1.检查静态工作点 (1)在实验板十12V插孔上接入十12V直流电源,注意电源极性不能接反 (2)反馈电容C不接,C′接入(C′=680pf),用示波器观察振荡器停振时的情况。注意:连 C′的接线要尽量短。 (3)改变电位器R测得晶体管V的发射电压VV可连续变化,记下V最大值,计算Iε值。 le= ve 设:Re=lk 2.振荡频率与振荡幅度的测试 实验条件:L=2mA、C=120pf、C′=680pf、R=110K (1)改变Cr电容,当分别接为CφCo、C1时,记录相应的频率值,并填入表3.1 (2)改变CT电容,当分别接为CCo.C1时,用示波器测量相应振荡电压的峰值vp (峰一一峰值),并填入表3.1 表3.1 f(MHz) 150pf 3.试当C、C′不同时,起振点、振幅与工作电流I的关系(R=110KQ) (1)取C=C3=100pf、C′=C4=120pf,调电位器Rp使lo(静态值)分别为表32所标各值
R1 R2 Rp L1 L2 R3 R4 C1 C2 C12 V C13 C C` CT R GND GND GND +12V OUT C=100p, 120p, 680p C`=1200P, 680P, 120P CT=50p, 100p, 150p R=110K, 10K, 1K 图 3-1 LC 电容反馈式三式点振荡器原理图 实验前根据图 3-1 所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用。 1．检查静态工作点 （1）在实验板＋12V 插孔上接入＋12V 直流电源，注意电源极性不能接反。 （2）反馈电容 C 不接，C′接入（C′=680pf），用示波器观察振荡器停振时的情况。注意：连 接 C′的接线要尽量短。 （3）改变电位器 RP测得晶体管 V 的发射电压 VE，VE可连续变化，记下 VE最大值，计算 IE值。 Ie= Ve Re 设：Re=1k 2．振荡频率与振荡幅度的测试 实验条件：Ie=2mA、C=120pf、C′=680pf、R=110K （1）改变 CT电容，当分别接为 C9、C10、C11 时，记录相应的频率值，并填入表 3.1。 （2）改变 CT电容，当分别接为 C9、C10、C11 时，用示波器测量相应振荡电压的峰值 Vp-p （峰－－峰值），并填入表 3.1。 表 3.1 CT f(MHz) Vp-p 51pf 100pf 150pf 3．试当 C、C′不同时，起振点、振幅与工作电流 IER 的关系（R=110KΩ ） （1）取 C=C3=100pf、C′=C4=120pf，调电位器 Rp 使 IEQ（静态值）分别为表 3.2 所标各值