南京恒顿07-08高频电子实验讲义doc-青岛理工大学W

高频电子线路实验指导书（南京恒顿）通信与电子工程学院信息与通信工程中心2007年9月高频电子线路实验指导书1实验一高频小信号调谐放大器实验一、实验目的1.掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；2.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算；3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；二、实验内容1．调测小信号放大器的静态工作点。2．观察放大器输出波形与谐振回路的关系。3．观察放大器的动态范围。4．调测放大器的幅频特性。三、实验原理J6J5J4J1+12+12图1-1（a）单调谐小信号放大图1-1（b）双调谐小信号放大R415KR5470R154.7KR16470C2104C6104C1中周内电容C5104C11104C19104C12中周内电容C1510pC13104C14中周内电容Q13DG6Q23DG6TH1TH2TH6TH7T3T2T1TP6TP3C23104W3100KW4100KR2210KR2315K（一）单调谐放大器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（a）所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS＝12MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态高频电子线路实验指导书2工作点，从而可以改变放大器的增益。表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：1.谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1（a）所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为LCf210式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，C的表达式为ieoeCPCPCC2221式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。2.电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为GgpgpyppgyppvvAieoefefeiV2221212100式中，g为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º而是为180º+Φfe。AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1（a）中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：高频电子线路实验指导书3AV0=V0/Vi或AV0=20lg(V0/Vi)dB3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为BW=2△f0.7=f0/QL式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为CyBWAfeV20上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。可得：7.02fffBWLH通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回0VAAv0.7BW0.1Lf0fHf2△f0.1图1-2谐振曲线高频电子线路实验指导书4路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。（二）双调谐放大器（选做）双调谐放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路。其原理基本相同。1.电压增益为gyppvvAfeiV221002.通频带BW=2△f0.7=2fo/QL四、实验步骤（一）单调谐小信号放大器单元电路实验1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的各测试点及可调器件（具体指出）。2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。高频信号源RF1RF2频率计RFIN小信号谐振放大器示波器图1-3高频小信号调谐放大器测试连接框图注：图中符号表示高频连接线3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)4.调整晶体管的静态工作点：高频电子线路实验指导书5在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VeQ＝4.8V，记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R5。5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。6.调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为12MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。8.测量电压增益Av0在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。9.测量放大器通频带对放大器通频带的测量有两种方式，其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，频率输出幅度高频电子线路实验指导书6而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。（二）双调谐小信号放大器单元电路实验（选做）双调谐小信号放大器的测试方法和测试步骤与单调谐放大电路基本相同，只是在以下两个方面稍作改动：其一是输入信号的频率应改为465KHz（峰－峰值200mV）；其二是在谐振回路的调试时，对双调谐回路的两个中周要反复调试才能最终使谐振回路谐振在输入信号的频点上，具体方法是，按图1-3连接好测试电路并打开信号源及放大器电源之后，首先调试放大电路的第一级中周，让示波器上被测信号幅度尽可能大，然后调试第二级中周，也是让示波器上被测信号的幅度尽可能大，这之后再重复调第一级和第二级中周，直到输出信号的幅度达到最大，这样，放大器就已经谐振到输入信号的频点上了。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。3．计算直流工作点，与实验实测结果比较。4．整理实验数据，并画出幅频特性。5．写明实验所用仪器、设备及名称、型号六、实验仪器1.高频实验箱1台2.双踪示波器1台3.万用表1块4.扫频仪（可选）1台高频电子线路实验指导书7实验二三点式正弦波振荡器一、实验目的1.掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。2.通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。3.研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。4.比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。二、实验内容1.熟悉振荡器模块各元件及其作用。2.进行LC振荡器波段工作研究。3.研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。4.测试LC振荡器的频率稳定度。三、基本原理+12J1J2R310KR710KR83.3KR410KR22KR101KR118.2KC5104C21104C1047pC927pC310pC15102C14104L222uHQ33DG6Q23DG6RA1100KC1104C20470pCRY14.19MCC15-25pC4104R122K+12VPOWER1+12C810pTH1TH2D1BB149LED1LEDE110UF/16VC22104+12TP2TP3TP6TP7TP1TP4TP5W120KW25kR110KR610KQ13DG6C7104R55101243S11243S2C13100pD2BB149R910KL122uHC23102C2104C6560pT1R133.3KR14510C11104图2-1正弦波振荡器（4.5MHz）高频电子线路实验指导书8将开关S2的1拨上2拨下，S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振荡频率。)(211020CCICLf振荡器的频率约为4.5MHz（计算振荡频率可调范围）振荡电路反馈系数F=12.0470562013CC振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。四、实验步骤1.根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。2.研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。1)将开关S2的1拨上，构成LC振荡器。2)改变上偏置电位器RA1，记下发射极电流Ieo(=10RVe)填入表6-1中，并用示波测量对应点的振荡幅度VP-P（峰—峰值）填于表中，记下停振时的静态工作点电流值。分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，分析思路：静态电流ICQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。在饱和状态下（ICQ过大），管子电压增盖AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。3.测量振荡器输出频率范围将频率计接于J1处，改变CCI，用示波器从TH1观察波形，并观察输出频率的变化，填于下表中。高频电子线路实验指导书9表2-1CCI（pF）f(MHz)5184.分别用5000p和100p的电容并联在C20两端，改变反馈系数，观测振荡器输出电压的大小。1)计算反馈系数2)用示波器记下振荡幅度值3)分析原因反馈电容并联5000p并联100p反馈系数振荡幅度Vpp五、实验报告要求1．用表格形式列出实验所测数据，绘出实验曲线，并用所学理论加以分析解释。2．分析静态工作点、反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响，并用所学理论加以分析。3．计算实验电路的振荡频率fo，并与实测结果比较。六、实验仪器1.高频实验箱1台2.双踪示波器1台高频电子线路实验指导书10+12J4J3Q33DG12Q43DG12R141.5KR15100R1