高频实验指导书

高频电子技术实验指导书HighFrequencyElectronicsExperimentGuide电子信息工程系2011年9月2实验一小信号单调谐放大器一、实验目的1、通过实验进一步熟悉小信号谐振放大器的工作原理。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，从而了解扩展频带的方法。4、熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。二、实验原理1、RLC并联谐振电路的基本特点CLR图1-1并联谐振回路由电路理论可知，RLC并联谐振电路在电流源激励下，其输出电压与电源频率有关。导纳bgY0(1)谐振时呈纯阻阻抗最大，RCrgZ110。因为是恒流源这时输出电压达到最大值。其谐振频率012fLC；电路的品质因数rLwQ0；通频带0fBWQ。2、高频小信号谐振放大器的工作原理，其中单调谐回路谐振放大器电路如图1-6所示。单调谐回路放大器由共射组态的晶体管和并联谐振回路组成，其直流偏置由Re21、、RR来实现，2C为高频旁路电容。输入信号INV加在晶体管的b、e之间，放大后，由并联谐振回路（C43CL1、、、R）选频后，经C5耦合输出电压OUTV。3（1）、电压增益根据定义•OVIVAV，用Y参数等效电路，求得放大器谐振时•12feVC-PPYA=gΣ，对应的谐振频率0Σ1=LC。其中，Yfe为晶体管的正向传输导纳，g为回路两端总电导，21PP、为接入系数。（2）、幅频特性曲线回路端电压表达式为：)](1[0000..jQgIUS当回路谐振时)(0：0.0.gIUS，幅频特性表达式为：2000.)2(11ffQUU谐振特性曲线如图1-2：01UUowwo图1-2幅频特性曲线（3）、放大器的通频带根据通频带的定义：210UU时所对应的f2为放大器的通频带。由2000.)2(11ffQUU，则，故00QfBW4三、实验仪器1、GDS-1062双踪示波器2、万用表3、DJ-2007高频实验箱四、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的关系。3、实验电路中，若电感量uFL1，回路总电容pFC220（分布电容包括在内），计算中心频率0f。五、实验内容及步骤（一）单调谐放大器N1R310KR42KR5470R6500R71KR82KR1R2S4S5S6S1S2S3C1C2L2C3C4L1C5C6R9D1Rx1+12VINOUTC2VV图1-3单调谐放大器实验电路图1、实验电路如图1-3（1）按图1-3所示连接电路（注意接线前先测量V12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。52、静态测量实验电路中KRKRR28,17,5006,选Re。测量各静态工作点，计算并填表1-1。表1-1实测计算晶体管是否工作在放大区ReBVEVCI500K1K2注：BV、EV是三极管的基极和发射极的电压3、动态研究（1）测放大器的动态范围OUTINVV~(在谐振点)。a)4705,24,103RKRKR,选KR10，Re分别为500、K1、K2。b)用示波器观察高频信号产生器的输出信号，并调到MHz7.10，PPV为mV100。再将调整好的高频信号接到单回路谐振电路输入端INV，电路输出端OUTV接示波器。c)调节4C使回路谐振，使输出电压OUTV幅度为最大。d)调节输入信号INV由mVmV500~100，逐点记录OUTV电压，并填入表1-2。表1-2)(VVIN1.02.03.04.05.0)(PPOUTV500ReK1ReK2Re比较不同的Re，放大器的增益如何变化。（2）测量频率放大器的幅频特性a)当回路电阻K1Re、KR10时，把高频信号产生器的高频输出信号调到MHz7.10，PPV为mV100。将调整好的高频信号接到单谐振电路输入端INV，电路输出端OUTV接示波器。调节4C使回路谐振，使6输出电压幅度为最大。以此时的回路谐振频率MHzf7.10为中心频率。b)然后保持输入电压INV幅度不变，改变输入信号INV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OUTV，将测得的数据填入表1-3。c)调整KR2，470R，重复b)操作，完成表1-3。表1-3)(MHzf5.895.9107.105.11125.1213)(PPOUTVKR10KR2470R计算当MHzf7.10，R不同时的各电压放大倍数并说明原因。六、实验报告1、整理实验数据。（1）比较不同的Re，放大器的增益如何变化。（2）计算当MHzf7.10，R不同时的各电压放大倍数并说明原因。7实验二丙类高频功率放大器一、实验目的1、理解谐振功率放大器的工作原理及负载阻抗和激励信号电压变化对其工作状态的影响。2、掌握谐振功率放大器的调谐特性、放大特性和负载特性。二、实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要组成部分。1、丙类功率放大器（1）基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压BEU是利用发射极电流的直流分量COEOII在射极电阻2ER上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号/iu为正弦波时，则集电极的输出电流CI为正弦脉冲波。利用谐振回路31CL的选频作用可输出基波谐振电压1CU,电流1CI。根据丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系可得下列基本关系式：oclmclmRIu式中,clmu为集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；mcI1为集电极基波电流振幅；OR为集电极回路的谐振阻抗。02102111212121RuRIIuPmCmCmCmCC式中，CP为集电极输出功率coccDIuP式中，DP为电源ccu供给的直流功率；COI为集电极电流脉冲Ci的直流分量。8θtcicicmIjuBUθobeuo2tbeu=tUbmcos图2-1输入电压beu与集电极电流ci波形图2-1为功放管特性曲线折线化后的输入电压beu与集电极电流脉冲ci的波形关系。由图可得：bmBjuuucos式中：ju为晶体管导通电压（硅管约为0.6V，锗管约为0.3V）bmu为输入电压（或激励电压）的振幅。Bu为基极直流偏压。2ECOBRIU当输入电压beu大于导通电压ju时，晶体管导通，工作在放大状态，则基极电流脉冲bmI与集电极电流脉冲cmI成线性关系，即满足bmbmfecmIIhI因此基极电流脉冲的基波幅度mbI1及直流分量0bI也可以表示为)()(0011aIIaIIbmbbmmb基极基波输入功率iP为mbmbiIuP1121放大器的功率增益pA为dBPPAPPAipip00lg10或9（2）负载特性当功率放大器的电源电压CCU，基极偏压bU，输入电压C或称激励电压smU确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻qR。谐振功率放大器的交流负载特性如图2-2所示，由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性曲线的转折点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降CESu，集电极电流脉冲接近最大值cmI。此时，集电极输出的功率CP和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。qR所对应的值称为最佳负载电阻值，用OR表示，即0202)(PuuRCESCC当OqRR放大器处于欠压工作状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当OqRR时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：CEScmCCUUU式中，cmU集电极输出电压幅度。CESU晶体管饱和压降。图2-2谐振功放的负载特性10四、实验仪器1、双踪示波器2、万用表3、高频实验箱五、实验内容及步骤1、实验电路见图2-3N3N4C1R1R2R3R4R5820R6560R7270R875R9C2C4C5C6C8C24L1L2C28L3C9C10L4D1LEDS1S2S3S4VINVOUT+12VA图2-3功率放大器（丙类）原理图2、调节电路谐振：a)按图接好实验所需V12电源，负载电阻)8~5(RR全部接上（约50）。并检查示波器探头将其拨到×1处。b)在输入端INV接mVVMHzfIN2005.6的信号，输出端OUTV接至示波器，先后调整2824CC、，使其谐振在MHz5.6的频率上，电路谐振时，观察示波器输出信号OUTV幅度最大。(此时电路工作在哪个区？)3、用万用表测量A点电压Ve（必须有输入信号才能测到），用示波器测量输出电压，将测量值填入表2-1内。11表2-1CCVMHzf5.6实测计算INVLReVOUTVCIDPOPCPV12mV20050（全插）75270560其中：eV:功放管谐振时发射极电压(15Re)OUTV:功放管输出电压峰一峰值DP:功放管总功率)(IeVCCIVCCPCDOP:功放管输出功率))2(21(2LOUTORVPCP:功放管集电极功耗)(ODCPPP:功放管效率)(DOPP4、观察振幅特性：LR负载50(全插)a)从INV处输入MHzf5.6正弦信号，INV输入信号幅度从小(幅度调节旋钮旋至最小处)开始增加,用示波器探头观察发射极电压波形（A点），直至观察到有下凹的电流波形为止，此时说明功放管进入过压状态（如果下凹的电流波形左右不对称，则微调2824CC、可使其非对称性得到适当地改善）。记录欠压、临界、过压的波形及输入、输出信号的峰峰值。b)如果再继续增加输入信号的大小，则可以观测到下凹的电压波形的下凹深度增加。（示波器探头如果用×1档看下凹不明显，则可用×10档察看。）5、观察负载特性：a)输入信号为mVVPP200左右。调2824CC、（此时负载应为50，全插），使电路谐振在MHz5.6上（此时从OUTV处用示波器观察输出幅度最大）。b)调节输入信号幅度大小，在A点的发射极处观察，使放大器处于临界工作状态。c)调至临界状态下之后，保持输入信号INV不变，改变负载（组合R25、R26、12R27、R28的连接），用示波器在A点的发射极处能观察到不同负载时的电流波形（由临界至过压）。分别记录两组以上波形及输入输出信号的峰峰值。六、实验报告要求1、根据实验测量结果，计算各种情况下CI、OP、等。分析不同负载效率的变化规律。2、画出放大器三种工作状态（欠压、临界、过压）的余弦脉冲电流波形。3、比较高频功率放大器与低频功率放大器和高频小信号选频放大器的异同。13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电容反馈式三点式振荡电路设计及电参数计算。二、实验原理1、电路组成原理及起振条件三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，如图3-1（a）所示。图中三个电抗元件321XXX、、构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络。从相位条件看，要构成振荡器，必须满足：(1)负极相连的两个电抗21XX、性质相同。(2)1X与2X、3X的电抗性质相反。三点式振荡器有两种基本结构，电容反馈振荡器，电路如图10-1（b）所示；电感反馈振荡器，电路如图10-1（c）所示。图3-1三点式振荡器的组成1、频率稳定度振荡器的频率稳定度指在指定的时间间隔内，由于外界条件的变化，引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度。一般用下式表示：1000fffff根据时间间隔分为长期稳定度、短期稳定度、瞬时稳定度。一般所说的频率稳定度主要是指短期稳定度，即指一天内，以小时、分钟或秒计的时间间隔内频14率的相对变化。产生这种频率不稳定的因素有温度、电源