实验一、LC与晶体振荡器实验-齐鲁理工学院

高频电子实验指导书齐鲁理工学院目录实验一LC与晶体振荡器实验...............................1实验二通频带展宽实验...................................6实验三非线性波形变换实验..............................11实验四变容二极管调频器与相位鉴频器实验.................15实验五幅度调制与解调实验..............................20实验六锁相调频与鉴频实验..............................24实验七函数信号发生实验................................30实验八锁相环与锁相式数字频率合成器实验.................33实验九数字调频与解调实验..............................36实验十数字信号发生实验................................39实验十一集成乘法器混频实验............................42实验十二小信号调谐放大实验............................45实验十三电视图像中放检波实验..........................49实验十四电视伴音中放鉴频实验..........................53实验一LC与晶体振荡器实验一、实验目的1）了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。2）比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。3）测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。4）比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。二、实验预习要求实验前，预习教材：“电子线路非线性部分”第3章：正弦波振荡器；“高频电子线路”第四章：正弦波振荡器的有关章节。三、实验原理说明三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其交流等效电路如图1-1。1．起振条件1）相位平衡条件：Xce和Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗，且它们之间满足下列关系：2）幅度起振条件：式中：qm——晶体管的跨导，FU——反馈系数，图1-1三点式振荡器AU——放大器的增益，qie——晶体管的输入电导，qoe——晶体管的输出电导，q'L——晶体管的等效负载电导，FU一般在0.1~0.5之间取值。2．电容三点式振荡器1）电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器（a）考毕兹振荡器（b）交流等效电路XbeVfeXceVoXcbbc+_+_LCXXXXXcoCLcebe1||||)(，即)(Au1*'ieLoemqqqFuqebcL1C1C2ebcL1C1C2EcL1图1-2考毕兹振荡器图1-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容Ci和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。2）串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器电路如图1-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了Ci和Co对频率稳定度的影响，且使频率可调。（a）克拉泼振荡器（b）交流等效电路图1-3克拉泼振荡器3）并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，调节C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。本实验箱所提供的LC振荡器就是西勒振荡器。（a）西勒振荡器（b）交流等效电路图1-4西勒振荡器3．晶体振荡器ebcL1C1C2EcC3C4ebcC1C2L1C3C4ebcL1C1C2C3EcebcL1C1C2C3本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路如图1-5所示。图1-5皮尔斯振荡器四、实验设备THKGP系列高频电子线路实验箱；双踪示波器：20~40MHz；频率计：10MHz；繁用表。五、实验内容与步骤开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。作为第一次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析；电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接Kxxx╳-╳”）便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路，电容C106起耦合作用，R111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。在ebcC1J1C2C10351PC1010.01uC108270PC106470PC1050.01uC1120.01uC1110.01uC1071000pC1130.01uC109100PC102200PC104100uR10711KR1125.6KR10310KR11130KR109560R10547R1061KR104560R1084.7KR10222KBG1013DG6CR1101KR101100KD101LEDL101560uHX1016MHz123K102123K104123K101123K103L10256uH+C1107-51PBG1028050TP101TP102+12VK100R113100kGNDJ101振荡输出R103R101调整LC振荡电路静态工作点时，应短接电感L102（即短接K1042-3）。三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为6MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。（一）调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流电压（Ue、Ueq）和直流电流（Ie、Ieq）：1．组成LC西勒振荡器：短接K1011-2、K1021-2、K1031-2、K1041-2，并在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10)在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再用频率计测量其输出频率。2．调整静态工作点：短接K1042-3（即短接电感L102），使振荡器停振，并测量三极管BG101的发射极电压Ueq；然后调整电阻R101的值，使Ueq=0.5V，并计算出电流Ieq（=0.5V/1K=0.5mA）。3．量发射极电压和电流：短接K1041-2，使西勒振荡器恢复工作，测量BG102的发射极电压Ue和Ie。4．调整振荡器的输出：改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的输出频率f0为1.5MHz输出幅度VLo为1.5VP-P。（二）观察反馈系数Kfu对振荡电压的影响：由原理可知反馈系数Kfu=C106/C107。按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度VL（保持Ueq=0.5V），记录相应的数据，并绘制VL=f（C）曲线。C107(pF)5001000150020002500VL(p-p)（三）测量振荡电压VL与振荡频率f之间的关系曲线，计算振荡器波段复盖系数fmax/fmin：选择测试点TP102，改变C110值，测量VL随f的变化规律，并找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin。C50020001000150025000(pf)1VLf2.00(MHZ)1.80V1.90Lf(KHz)VL(p-p)fmax=和fmin=，fmax/fmin=（四）观察振荡器直流工作点Ieq对振荡电压VL的影响：保持C107=1000pF，Ueq=0.5V，fo=1.5MHz不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变Ieq，并测量相应的VL，且把数据记入下表。Ieq(mA)0.250.300.350.400.450.500.55VL(p-p)（五）比较两类振荡器的频率稳定度：1．LC振荡器保持C107=1000pF，Ueq=0.5V，f0=1.5MHz不变，分别测量f1在TP101处和f2在TP102处的频率，观察有何变化？2．晶体振荡器短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107，再观测TP102处的振荡波形，记录幅度VL和频率f0之值。波形：幅度VL=频率f0=。然后将测试点移至TP101处，测得频率f1=。根据以上的测量结果，试比较两种振荡器频率的稳定度△f/f0：六、预习思考题1．静态和动态直流工作点有何区别？如何测定？2．本电路采用何种形式的反馈电路？反馈量的大小对电路有何影响？3．试分析C103、L102对晶振电路的影响？4．射极跟随电路有何特性？本电路为何采用此电路？七、实验注意事项1．本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。2．用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽”，以免影响后续实验的正常进行。3．在打开的实验箱箱盖上不可堆放重物，以免损坏机动性箱的零部件。4．实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。八、实验报告%%100/)(/%%100/)(/01000100ffffffffffLC晶体振荡器振荡器1．整理实验数据，绘画出相应的曲线。2．总结对两类振荡器的认识。实验二通频带展宽实验一、实验目的1）掌握通频带测量方法。2）掌握电流、电压负反馈法展宽通频带的工作原理和方法。3）掌握混合连接法展宽通频带的工作原理和方法。二、实验预习要求实验前，预习教材“电子线路非线性”的附录：选频网络；“高频电子线路”第二章：小信号谐振放大器；“高频电子技术”第六章：高频小信号放大电路分析基础的有关章节。三、实验原理说明晶体三级管放大电路由于极间电容，分布电容等因素的影响，对不同信号频率具有不同的放大倍数，致使频带变窄。展宽通频带有多种方法，其中常用的两种方法如下：1．电流负反馈法：基本电路如图2-1所示，共发电路的射极电阻Re具有电流负反馈作用，当Re两端不接入电容Ce时，Re既有直流负反馈（起稳定直流工作点作用），又有交流负反馈作用（减小放大量，展宽频带）当Re两端接入大容量电容Ce时，Re只有直流反馈，而没有交流负反馈的作用：当Re两端接入一定容量的Ce时，由于容抗Xc=1/ωc，随着频率的增加而下降，因而对频率中因极间电容和分布电容而损失的高频成分的放大有一定的补偿作用，Ce可称为高频补偿电容。图2-1共发电路电流反馈2．共发—共基混合连接电路：单级共射放大电路因受发射结B'E间等效电容C'n的影响，从信号源电压到发射结传输系数的上截止频率为fh=21πRC'n，利用共发—共基混合连接电路，客观上是在单级共发电路的集电极与集电极负载之间插入一个共基电路，其交流等效电路如图2-2所示。这种电路利用共基电路输入阻抗很小，电流放大系数近似为1的特点，可以减小C'n的密勒电容分量CM，等效到B'E之间的密勒电容为CM=（1+qmR'C）*Cb'c。将原来接在共发集电极的负载电阻改接至共基电路的输出端。使整个电路的电压放大倍数维持不变。由于共基电路的上截止频率fa=βo*fβ》fβ，因而它的通频带比共发电路要宽得多。图2-2共发—共基混合连接电路的交流等效电路四、实验设备RcReCeEc输出输入THKGP系列高频电子线路实验箱；BT5扫频仪；双踪示波器；A