XK-GP1型_高频电子线路实验箱实验指导书.doc
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1、XK-GP1型 高频电子线路实验箱实验指导书目 录实验一高频小信号调谐放大器实验-1实验二集成选频放大器-8实验三二极管双平衡混频器-11实验四模拟乘法器-14实验五三极管变频-18实验六三点式正弦波振荡器-21实验七晶体振荡器与压控振荡器-23实验八非线性丙类功率放大器实验-25实验九线性宽带功率放大器-32实验十极电集调幅实验-35实验十一模拟乘法器调幅-38实验十二包络检波及同步检波实验-42实验十三变容二极管调频实验-47实验十四正交鉴频及锁相鉴频实验-51实验十五模拟锁相环实验-55实验十六自动增益控制(AGC)-60实验十七中波调幅发射机组装及调试-63实验十八超外差中波调幅接收机
2、-64实验十九锁相频率合成组装及调试-66实验二十半双工调频无线对讲机-67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、实验原理图1-1(a)单调谐小信号放大图1-1(b)双调谐小信号放大(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
3、fs=12MHz。基极偏置电阻W1、R1、R2和射极电阻R3决定晶体管的静态工作点。可变电阻W1改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点,从而可以改变放大器的增益。 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11(a)所示电路(也是以下各项指标所对应电路),f0的表达式为 式中,L为调谐回路电感线圈的电感量为调谐同路的总电容的表达式为 式中, 为晶体管的输出电容:。为晶体管的输入电容:
4、为初级线圈抽头系数;为次级线罔抽头系数。 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。 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 式中,“为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是本身也是一个复数,所以谐振时输出电压与输入电压相位差不是1800而是为。 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l-l(a)中输出信号V0及输入信号Vi大小,则电压放大倍数Avo由下式计算: 或 3通频带由于谐振回路的选频作用,当工作频率
5、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 上式说明,当晶体管选定即确定,且回路总电容为定值时,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BWW0.7fL f0 fH 可以是逐点法。逐点法的测量步骤是:先调调谐放大器的谐振回路使其谐振,记下此时
6、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。 图1-2谐振曲线可得: 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,除了选用较大的晶体管外,还应尽量减小调谐回路的总电容量。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。 4选择性矩形系数 调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数KV0.1来表示,如图1-2所示的谐振曲线,矩形系数KV0.1为电压放大倍数下
7、降到0.1AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 AV0时对应的频率偏移之比,即 上式表明。矩形系数KV0.1越小谐振曲线的形状越接近矩形。选择性越好,反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差(矩形系数KV0.1远大于)为提高放大器的选择性,通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数KV0.1 (二)双调谐放大器 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。 L电压增益为 2通频带 3选择性矩形系数三、实验步骤 (一)单调谐小信号放大器单元电路实验 l根据电路
8、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l-3)所示搭建好测试电路。高频信号源RF1RF22小信号谐振放大器示波器高频频率计 图l-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。 在不加输入信号时用万用表(直流电压测量档)测量电阻R2两端的电压(即VBQ)和R3两端的电压(即VEQ),调整可调电阻W1,使VEQ=4.8V。记下
9、此时的VBQ、VEQ,并计算出此时的IEQ=VEQR3。 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1号板的J1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TH
10、l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。输出幅度频率 10测量放大器的选择性 描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是
11、矩形系数,这里用Kr0.1 和Kr0.01米表示: 式中,为放大器的通频带;分别为相对放大倍数下降至0.1利0.01处的带宽。用第9步中的方法,我们就可以测出、和,的大小,从而得到Kr0.1 和Kr0.01的值。 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,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 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
12、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。 11同单调谐实验,做双调谐实验,并将两种调谐电路进行比较。四、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
13、,并画出幅频特性。五、实验仪器 1 高频实验箱 台 2 双踪示波器 台 3 万用表 台4 扫频仪(可选) 台实验二 集成选频放大器一、实验目的 1 熟悉集成放大器的内部工作原理 2 熟悉陶瓷滤波器的选频特性 3 掌握自动增益控制电路(AGC)的基本工作原理二、实验内容 1 测量集成选频放大器的增益。 2 测量集成选频放大器的通频带。 3 测量集成选频放大器的选择性三、集成选频放大器基本原理1 集成选频放大器的原理图见下图 图2-1 集成选频放大器电路原理图由上图可知,本实验中涉及到的集成选频放大器是带AGC(自动增益控制)功能的选频放大器,放大IC用的是Motorola公司的MCl350。 2
14、MCl350放大器的工作原理 图2-2为MCl350单片集成放大器的电原理图。这个电路是双端输入、双端输出的全差动式电路,其主要用于中频和视频放大。输入级为共射-共基差分对,Q1和Q2组成共射差分对,Q3和Q6组成共基差分对。除了Q3和Q6的射极等效输入阻抗为Q1、Q2的集电极负载外,还有Q4、Q5的射极输入阻抗分别与Q3、Q6的射极输入阻抗并联,起着分流的作用。各个等效微变输入阻抗分别与该器件的偏流成反比。增益控制电压(直流电压)控制Q4、Q5的基极,以改变Q4、Q5分别和Q3、Q6的工作点电流的相对大小,当增益控制电压增大时,Q4、Q5的工作点电流增大,射极等效输入阻抗下降,分流作用增大,
15、放大器的增益减小。图2-2 MCl350内部电路图四、实验步骤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的各测试点及可调器件(具体指出)。 高频信号源RF1RF2集成选频放大器示波器高频频率计图2-3 集成选频放大器测试连接框图注图中符号 表示高频连接线2打开集成选频放大器的电源开关。3测量电压增益AV0将4.5M左右的高频小信号从J5输入(Vp-p约为200mV),调节3使J6输出幅度最大,用示波器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。4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
16、。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4.5Mz左右变化,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。输出幅度频率6测量放大器的选择性描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数,这里用Kr0.1 和Kr0.01来表示: 式中,为放大器的通频带;分别为相对放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽。用第9步中的方法,我们就可以测出、和,的大小,从而得到Kr0.1 和Kr0.01的值。五、实验报告要求 1写
17、明实验目的。 2计算集成选频放大器的增益。 3计算集成选频放大器的通频带。4整理实验数据,并画出幅频特性。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台4扫频仪(可选)1台实验三二极管的双平衡混频器一、实验目的1掌握二极管的双平衡混频器频率变换的物理过程。2掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压Vo和工作电流Ie对中频输出电压大小的影响。 3掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。 4比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。二、实验内容1研究二极管双平衡混频器频率变换过程和此种混频器的优缺点。 2研究这种混频器输出频谱与本振电压大小的关系。三
18、、实验原理与电路二极管双平衡混频原理图31二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器的电路图示见图3-l。图中s为输入信号电压,VL为本机振荡电压。在负载电阻RL上产生差频与和频,还夹杂有一些其它频率的无用产物,再接上一个滤波器(图中未画出),即可取得所需的混频频率。二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高,可达微波波段,由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。图3l中的变压器一般为传输线变压器。二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。众所周知二极管的伏安特性为指数律,用幂级数展开为 当加到二极管两端的电压为输入信号Vs和本振电压VL之和时,V2项产生差频与和频。其它项产生不
19、需要的频率分量。由于上式中n的阶次越高,系数越小。因此,对差频与和频构成干扰最严重的是v的一次方项(因其系数比2项大一倍)产生的输入信号频率分量和本振频率分量。用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比,前者能有效的抑制无用产物。双平衡混频器的输出仅包含(pLS)( p为奇数)的组合频率分量,而抵消了L、S以及p为偶数(pLS)众多组合频率分量。图32双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为L、S的抑制作用。我们将图31所示的双平衡混频器拆开成图32(a)和(b)所示的两个单平衡混频器。实际电路中,本振信号VL大于输入信号
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