高频系列实验指导书

TPE－GP系列高频电路实验学习机实验指导书清华大学科教仪器厂2006年2月前言实验是学习电子技术的一个重要环节。对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。为适应电子科学技术的迅猛发展和教学改革不断深入的需要，我们在教学实践的基础上，运用多年从事教学仪器产品研制生产的经验，研制生产了TPE—GP型高频电路实验学习机，并编写了这本相应的实验指导书。本书包括了《高频电路》课程主要实验内容。不同层次不同需要的学校可根据本专业教学要求选择。也可自行开发实验内容。本指导书中所有实验均可在TPE—GP型高频电路实验学习机上完成。自行开发部分的实验须在面包板上完成，并需另备元器件。由于编者水平所限，时间仓促，错误及欠缺之处恳请批评指正。编者2006年2月于清华大学实验要求1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。2）完成各实验“预习要求”中指定的内容。3）熟悉实验任务。4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。2．使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4．高频电路实验注意：1）将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。2）由于高频电路频率较高，分布参数及相互感应的影响较大。所以在接线时连接线要尽可能短。接地点必须接触良好。以减少干扰。3）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大。5．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。6．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。7．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据、波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理9．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告目录实验一调谐放大器(实验板1)……………………………………………11.单调谐回路谐振放大器2.双调谐回路谐振放大器实验二丙类高频功率放大器（一）(实验板2)………………………5实验三LC电容反馈式三点式振荡器(实验板1)………………………7实验四石英晶体振荡器(实验板1)……………………………………10实验五振幅调制器(实验板3)……………………………………………12实验六调幅波信号的解调(实验板3)……………………………………15实验七变容二极管调频振荡器(实验板4)…………………………………18实验八相位鉴频器(实验板4)……………………………………………20实验九集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器(实验板5)…………23实验十集成电路(锁相环)构成的频率解调器(实验板5)………………26实验十一利用二极管函数电路实现波形转换(主机面板)………………28实验十二晶体管混频电路(实验板6)………………………………………29实验十三集成乘法器混频实验(高频电路实验箱)………………………32实验十四数字信号发生实验(高频电路实验箱)…………………………34实验十五锁相调频与鉴频实验(高频电路实验箱)………………………37实验十六数字调频与解调实验(高频电路实验箱)………………………44实验十七锁相式数字频率合成器实验(高频电路实验箱)………………48实验十八丙类高频功率放大电路（二）及发射电路(实验板G2－F)…52实验十九晶体管混频电路(实验板G7)…………………………………59实验二十调幅接收电路及调频接收电路(实验板G7)……………………61调谐放大器-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--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、实验仪器设备1.双踪示波器2.扫频仪3.高频信号发生器4.毫伏表5.万用表6.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=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、实验内容及步骤(一)单调谐回路谐振放大器。图1-1单调谐回路谐振放大器原理图1.实验电路见图1-1(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。调谐放大器-2-2.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实测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因VBVEICVCE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～V0(在谐振点)选R=10K，Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接毫伏表，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伏变到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1.2Vi(V)0.020.8V0(V)Re=1kRe=500ΩRe=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IC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CT，使f0=10.7MHz。注意：当扫频仪的检波探头为高阻时，电路的输出端必须接入RL，而当扫频仪的检波探头为低阻探头时，则不要接入RL（下同）。(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f0=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V0，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。调谐放大器-3-表1.3f(MHz)10.7V0R=10KΩR=2KΩR=470Ω计算f0=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。(二)双调谐回路谐振放大器1.实验线路见图1-2图1-2双调谐回路谐振放大器原理图(1).用扫频仪调双回路谐振曲线接线方法同上3(3)。观察双回路谐振曲线，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，反复调整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1.3。调谐放大器-4-表1.3f(MHz)10.7V0C=3pfC=10pfC=12pf2.改变耦合电容C为10P、12Pf，重复上述测试，并填入表1.3。五、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).双调谐回路耦合电容C对幅频特性，通频带的影响。从实验结果找出单调谐回路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V0定义为放大器动态范围），讨论IC对动态范围的影响。高频功率放大器-5-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、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。三、实验仪器设备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G2四、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A、B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。图2-1功率放大器(丙类)原理图高频功率放大器-6-2.加负载51Ω,测I0电流。在输入端接f=6.5MHz、Vi=120mV信号，测量各工作电压，同时用示波器测量输入、输出峰值电压，将测量值填入表2.1内。表2.1f=6.5MHz实测实测计算VBVEVCEViV0I0ICPiP0PaηVC=12VVi=120mVRL=50ΩRL=75ΩRL=120ΩVi=84mVRL=50ΩRL=75ΩRL=120ΩVC=5VVi=120mVRL=50ΩRL=75ΩRL=120ΩVi=84mVRL=50ΩRL=75ΩRL=120Ω其中:Vi:输入电压峰-峰值V0:输出电压峰-峰值I0:电源给出总电流Pi：电源给出总功率（Pi=VCI0）(VC:为电源电压)P0：输出功率Pa：为管子损耗功率（Pa=Pi-P0）3.加75Ω负载电阻，同2测试并填入表2.1内。4.加120Ω负载电阻，同2测试并填入表2.1内。5.改变输入端电压Vi=84mV，同2、3、4测试并填入表2.1测量。6.改变电源电压VC=5V，同2、3、4、5测试并填入表2.1内。五、实验报告要求1.根据实验测量结果，计算各种情况下IC、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。LC电容反馈式三点式振荡器-7-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对振荡器起振及振幅的影响。二、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)。4.实验电路中，L1=10μh，若C=120pf，C’=680pf，计算当CT=50pf和CT=150pf时振荡频率各为多少?三、实验仪器设备1.双踪示波器2.频率计3.万用表4.实验板G1四、实验内容及步骤实验电路见图3-1。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。图3-1LC电容反馈式三点式振荡器原理图1.检查静态工作点(1).在实验板+12V扦孔上接入+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。LC电容反馈式三点式振荡器-8-(3).改变电位器RP测得晶体管V的发射极电压VE，VE可连续变化，记下VE的最大值，计算IE值EEERVI设:Re=1KΩ5.振荡频率与振荡幅度的测试实验条件：Ie=2mA、C=120pf、C’=680pf、RL=110K(1).改变CT电容，当分别接为C9、C10、C11时，纪录相应的频率值，并填入表