高頻實驗指導(dǎo)書

1、實驗一 高頻小信號諧振放大器高頻小信號諧振放大器的基本功能是實現(xiàn)對高頻小信號的選頻和放大,它是高頻電子線路中的基本單元電路。 高頻小信號諧振放大電路的基本電路結(jié)構(gòu)是選頻放大電路，它主要由放大器與選頻回路兩部分構(gòu)成。主要特點是放大器的負載不是純電阻，而是由 L、C 組成的并聯(lián)諧振回路。由于 L、C 并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率變化的，在諧振頻率點 處，其阻抗呈現(xiàn)純電阻性，且達到最大值，因此放大器具有最大的放大倍數(shù)，稍偏離諧振頻率，放大倍數(shù)就會迅速減小。因此，用這種放大器可以有選擇性地放大所需要的某一頻率信號，而抑制不需要的信號或外界干擾噪聲。所以，諧振放大器在無線電通訊等方面被廣泛用作高頻和中頻的

2、選頻放大器。 實際工程中對高頻小信號諧振放大器的基本要求是：電壓增益高，工作穩(wěn)定性好，頻率特性應(yīng)滿足通頻帶的要求，噪聲低。一、實驗?zāi)康?1.掌握高頻小信號諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)特點、基本功能與工作原理。2.掌握高頻小信號諧振放大器的主要技術(shù)指標的意義及測試方法。3.掌握常用高頻電子測試儀器的操作使用方法與技能。二、實驗設(shè)備與儀器通原與高頻信號實驗箱 一臺高頻小信號放大器電路模塊 一塊數(shù)字雙蹤示波器 一臺信號發(fā)生器 一臺數(shù)字萬用表 一塊三、實驗任務(wù)與要求1、實驗電路及說明圖1-1 高頻小信號單調(diào)諧放大器實驗電路圖高頻小信號諧振放大器的電路形式很多，但基本的單元電路有兩種：一種是單調(diào)諧放大器，另一種

3、是雙調(diào)諧放大器。本實驗只研究單調(diào)諧放大器，電路如圖 1-1 所示。圖中，晶體管Q為放大器件，選頻器由初級線圈及C2、 回路構(gòu)成，諧振頻率約為6.5MHz。R為諧振回路阻尼電阻。電路中C1為輸入耦合電容，、為基極偏置電阻，Rw為偏置調(diào)整電位器，用于調(diào)節(jié)放大器的集電極電流Ic。 、為發(fā)射極偏置電阻與電容。集電極采用變壓器諧振輸出回路，匝數(shù)比為3：1，放大后的信號經(jīng)L2次級線圈輸出，R7為負載電阻。撥碼開關(guān)SW1用于調(diào)節(jié)LC諧振回路的阻尼電阻值，改變 LC回路的Q值，調(diào)節(jié)放大電路的通頻帶；SW2用于調(diào)節(jié)射極電阻值，以改變直流負反饋電壓大小，調(diào)節(jié)放大器的增益。C3、C4與L1為電源濾波元件。2、基本實

4、驗內(nèi)容與要求 高頻小信號諧振放大器靜態(tài)工作點的調(diào)整與測量放大器的靜態(tài)，是指放大器的輸入端高頻（交流）信號為零，僅工作在直流時的工作狀態(tài)。實驗的內(nèi)容與要求是：1）基本調(diào)整與測量：放大器基本設(shè)置條件：=1K 、R= 、高頻輸入信號=0。測量時采用間接測量法：即用直流電壓表測量晶體管發(fā)射極對地電壓，根據(jù)，計算出此狀態(tài)時的集電極電流Ic，將結(jié)果記錄于表1-1中。再用萬用表分別測量晶體管BG1的基極與集電極的靜態(tài)工作電壓，將結(jié)果記錄于表1-1中。表1-1靜態(tài)測量數(shù)據(jù)表 BG1根據(jù)Vce判斷BG1是否工作在放大區(qū)K2開關(guān)位置VbVeVceIc計算值是否原因：Re=500Re=1KRe=1.5KRe=2K注

5、：Vb: 基極對地電壓。 Ve :發(fā)射極對地電壓。 Vc:集電極對地電壓。Vce：集電極與發(fā)射極之間電壓。放大區(qū)應(yīng)滿足的條件：VBEQ即 VBQ-VEQ0.6V-0.7V，VCEQ即VCQ-VEQ應(yīng)大于1V且小于電源電壓。 2）按表1-1，改變放大器的發(fā)射極電阻，使之分別為500、1.5K、2K, 用萬用表分別測量晶體管BG1的各極靜態(tài)工作電壓。將結(jié)果記錄于表1-1中。分析并說明當(dāng)變化時，是否發(fā)生變化。 高頻小信號調(diào)諧放大器動態(tài)調(diào)整與測量表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標有諧振頻率，諧振電壓放大倍數(shù)，放大器的通頻帶及選擇性（通常用矩形系數(shù)來表示）等。 一般采用圖1-2所示的測試電路框圖進行

6、。測試儀器可以是高頻毫伏表、掃頻儀或示波器。我們采用實驗室常備的雙蹤示波器。高頻信號發(fā)生器高頻諧振放大器高頻毫伏表掃頻儀電源示波器圖1-2高頻諧振放大器測試示意圖1）放大器諧振頻率調(diào)測 放大器調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率稱為放大器的諧振頻率，數(shù)學(xué)表達式為：諧振頻率的測量方法是： 用高頻信號發(fā)生器與示波器作為儀器：高頻信號發(fā)生器輸出頻率為放大器的諧振頻率，調(diào)LC諧振回路的電感磁芯或微調(diào)電容，使放大器輸出電壓的峰值最大。 基本調(diào)整與測量：放大器基本設(shè)置條件：=1K ，R=10K，高頻輸入信號、頻率=6.5MHz（“CW”波）。表1-2放大器諧振頻率與輸出信號幅度表ReFo(MHz)Vi(mV)Vo(

7、v)輸入信號波形輸出信號波形5001 K1.5 K2K將高頻信號發(fā)生器的輸出信號加至放大器電路的輸入端“IN”，雙蹤示波器的探頭分別監(jiān)測“IN”端輸入信號和 “OUT”端輸出信號，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的信號頻率（或選頻回路的微調(diào)電容Ct），使示波器上顯示輸出波形的幅度最大且不失真，將實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)記錄1-2中。2）電壓放大倍數(shù)的測量與計算放大器的諧振回路諧振時，所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為諧振放大器的電壓放大倍數(shù)，用表示。的數(shù)學(xué)表達式為 ：的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量放大器輸出端（或放大器負載電阻RL兩端）的電壓及輸入信號的大小，則電壓放大倍數(shù)由下式計算： 或 基本調(diào)整與測

8、量：按表1-2，改變放大器的發(fā)射極電阻，使之分別為500、2K。按實驗1）的方法進行測試，將結(jié)果記錄于表1-2中。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出不同值時放大器電壓放大倍數(shù)，并記錄于表1-3中。分析并說明當(dāng)變化時，變化的原因。體會電阻變化對放大器增益的影響。 表1-3 放大器放大倍數(shù)數(shù)據(jù)表ReFo(MHz)Vi(mV)Vo(v)AVOAVO(dB)5002K3）放大器通頻帶的調(diào)整與測量 由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)將下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)下降到諧振電壓放大倍數(shù)的 0.707 倍時所對應(yīng)的頻率偏移范圍，稱為放大器的通頻帶，其數(shù)學(xué)表達式為 ： 式中，為諧振回路的有載

9、品質(zhì)因數(shù)。 通頻帶的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶?？梢允菕哳l法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率及電壓放大倍數(shù)，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持信號發(fā)生器輸出電壓不變），由回路的中心頻率分別向兩邊逐點偏離，測得在不同頻率f時對應(yīng)的輸出電壓 (頻率偏離范圖1-3 通頻帶特性圖圍可根據(jù)的實際情況來確定)，再找出上下帶寬的頻率點。則,如圖1-3所示。 基本調(diào)整與測量：放大器基本設(shè)置要求=1K、 R=、高頻輸入信號，頻率=（MHz）（“CW”波）。 (1)實驗時按表1-4要求，在諧振頻率的基礎(chǔ)上，以頻率100KHz為步進，采用逐

10、點法進行。并將實驗結(jié)果和計算出的通頻帶Bw數(shù)據(jù)，記錄于表1-4中。表1-4 放大器通頻帶測試數(shù)據(jù)表RfL/(0.707VO)Fo/VOfH/(0.707VO)Bw0.7= fH-fL10K470 (2)按表1-4要求，分別改變放大器的阻尼電阻，使之為10 K、470, 再用上述方法分別測量出不同阻尼電阻時的相應(yīng)數(shù)據(jù)，將結(jié)果記錄于表1-4中。分析并說明當(dāng)R變化時，Bw變化特點，畫出Bw的特性曲線圖。體會回路阻尼電阻R的變化對放大器增益、帶寬等的影響。4）放大器的選擇性矩形系數(shù)調(diào)整與測量選擇性是指放大器從含有各種不同頻率的信號總和（有用的和有害的）中選出有用信號，排除有害（干擾）信號的能力及選擇性

11、指標是針對抑制干擾而言的。一般是用諧振曲線的矩形系數(shù)來表示。如圖1-4所示。矩形系數(shù) ：是指電壓放大倍數(shù)下降到諧振電壓放大倍數(shù)Avo的0.1倍時所對應(yīng)的頻率范圍與電壓放大器倍數(shù)下降到0.707Avo時對應(yīng)的頻率偏移之比。即 ：圖1-4 矩形系數(shù)特性圖 上式表明，矩形系數(shù)越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)遠大于 1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級調(diào)諧回路的諧振放大器。 基本調(diào)整與測量：放大器基本設(shè)置要求=1K、R=10K、高頻輸入信號，頻率=（“CW”波）。 參照實驗3）方法，分別測試出放大器的Bw0.7與Bw0.1，再根據(jù)實驗數(shù)

12、據(jù)，計算出該放大器的矩形系數(shù)，并畫出特性圖。3、單調(diào)諧高頻小信號諧振放大器電路仿真實驗 用EWB電子工作平臺軟件構(gòu)建1-5所示設(shè)計實驗電路，仿真時可完成下列內(nèi)容：圖1-5單調(diào)諧高頻小信號放大器仿真電原理圖 測量并調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點。仿真條件：晶體管用理想庫（defauit）中的（ideal）器件。電感線圈用固定電感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中間抽頭。其余元件參數(shù)參見圖1-5。IC=1.5mA。自建表格記錄實驗數(shù)據(jù)。 諧振頻率的調(diào)測與電壓放大倍數(shù)的測量。仿真條件：輸入高頻信號頻率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。阻尼電阻R=、反饋電阻Re=1K、負載電阻RL=10K

13、。 研究阻尼電阻變化對放大器增益、帶寬、品質(zhì)因數(shù)的影響用頻率特性測試儀測試放大器的幅頻特性，并計算出增益、帶寬及品質(zhì)因數(shù)。測試條件：輸入高頻信號頻率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。反饋電阻Re=1K、負載電阻RL=10K。阻尼電阻R=（開路）/阻尼電阻R=10K/阻尼電阻R=3K/阻尼電阻R=470。 研究反饋電阻變化對放大器的影響測試條件：輸入高頻信號頻率=fo=10.7MHz，幅度（峰-峰值）50mV。阻尼電阻R=10K、負載電阻RL=10K。四、思考題及實驗報告要求 思考題1試分析單調(diào)諧放大回路的發(fā)射極電阻Re和諧振回路的阻尼電阻R對放大器的增益、帶寬和中心頻率各有何影

14、響？2為什么發(fā)射極電阻 Re 對增益、帶寬和中心頻率的影響不及阻尼電阻 R大？3說明高頻調(diào)諧放大器與阻容耦合放大器的區(qū)別？敘述單調(diào)諧回路的主要優(yōu)缺點。 實驗報告要求1. 整理實驗數(shù)據(jù)； 2. 計算直流工作點，與實驗測得的結(jié)果相比較； 3. 畫出不同回路電阻 R 時的幅頻特性曲線，并說明不同 R對通頻帶的影響； 4. 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，計算 f0 時的電壓放大倍數(shù)、回路通頻帶f0.7、矩形系數(shù) Kr0.1和 Q值。實驗二 高頻諧振功率放大器在通信系統(tǒng)中，高頻諧振功率放大電路，是無線電發(fā)射機的重要組成部分，它的主要功用是實現(xiàn)對高頻已調(diào)波信號的功率放大，然后經(jīng)天線將其轉(zhuǎn)化為電磁波輻射到空間，以實現(xiàn)用

15、無線信道的方式完成信息的遠距離傳送。所以研究高頻功率放大器的主要任務(wù)是怎樣以高效率輸出最大的高頻功率。因此，高頻功放常采用效率較高的丙類工作狀態(tài)，即晶體管集電極電流導(dǎo)通時間小于輸入信號半個周期的工作狀態(tài)，導(dǎo)通角。雖然功率增益比甲類和乙類小，但效率卻比甲類和乙類高，一般可達到80%。 同時，為了濾除丙類工作時產(chǎn)生的眾多高次諧波分量，采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，故稱為高頻諧振功率放大器。顯然，諧振功放屬于窄帶功放電路。 一、實驗?zāi)康?掌握高頻諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)特點、基本功能與工作原理。2掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧方法和掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧特性，負載特性以及激勵電壓、偏置電壓、電源

16、電壓變化時對其工作狀態(tài)的影響。3.了解高頻諧振功率放大器的主要性能指標意義，掌握測試方法。學(xué)會電路設(shè)計方法。二、實驗設(shè)備與儀器通原與高頻信號實驗箱 一臺高頻諧振功率放大器電路模塊 一塊數(shù)字雙蹤示波器 一臺信號發(fā)生器 一臺數(shù)字萬用表 一塊三、實驗任務(wù)與要求1、高頻諧振功放的基本電路結(jié)構(gòu)高頻諧振功率放大器的電路構(gòu)成，除電源電路外，主要由晶體管、輸入激勵電路、輸出諧振回路三個部分組成，諧振功率放大器原理電路如圖2-1所示。 圖2-1 諧振功率放大器的工作原理圖中為輸入交流信號，是基極偏置電壓，調(diào)整，可改變放大器的導(dǎo)通角，以使放大器工作在導(dǎo)通角丙類狀態(tài)。是集電極電源電壓。集電極外接LC并聯(lián)諧振回路的功

17、用是作放大器負載，實現(xiàn)濾波選頻和阻抗匹配。2、高頻諧振功率放大器的工作原理與主要性能指標 放大器工作時，設(shè)輸入信號電壓：則加到晶體管基極-發(fā)射極間的有效電壓為：由晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線可知，如圖2-2所示：當(dāng)時，管子截止，。當(dāng)時，管子導(dǎo)通，式中：為折線的斜率：圖2-2諧振功率放大器晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線所以有： 即功放輸出的Ic為一連串不連續(xù)的余弦脈沖。高功放為什么能不失真地放大信號呢?因為尖頂余弦脈沖的數(shù)學(xué)表達式為： 若對 傅里葉級數(shù)分解，即：由此可知，任何一個余弦脈沖，都是由許多不同頻率的諧波（基波、二次諧波。n次諧波）分量所構(gòu)成，利用功放負載LC回路的選頻功能，適當(dāng)選擇LC的參數(shù)使之諧振與基

18、波頻率，盡管在集電極電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量，但由于并聯(lián)諧振回路的選頻濾波作用，故功率放大器的輸出仍為不失真的正弦波。此時，諧振回路兩端的電壓可近似認為只有基波電壓，即：式中，Ucm為uc的振幅；Ro為LC回路的諧振電阻，為集電極基波電流振幅。在集電極電路中，LC諧振回路得到的高頻功率為:集電極電源EC供給的直流輸入功率為： ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。集電極效率C為輸出高頻功率Po與直流輸入功率PE之比，即：3、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài) 諧振功率放大器的工作狀態(tài)有三種，即欠壓、臨界和過壓。當(dāng)諧振功放的靜態(tài)工作點、輸入信號、負載發(fā)生變化，諧振功率放大器的工作狀態(tài)將發(fā)生變化

19、。如圖2-3所示。圖2-3 諧振功率放大器的工作狀態(tài)當(dāng)C點落在輸出特性(對應(yīng)uBEmax的那條)的放大區(qū)時，為欠壓狀態(tài)；當(dāng)C點正好落在臨界點上時，為臨界狀態(tài)；當(dāng)C點落在飽和區(qū)時，為過壓狀態(tài)。其中任何一個量的變化都會改變C點所處的位置，工作狀態(tài)就會相應(yīng)地發(fā)生變化。 4、高頻諧振功率放大器的外部特性 負載特性負載特性是指當(dāng)保持EC、EB、Ubm不變而改變RO時，諧振功率放大器的電流IC0、Icm1，電壓Ucm，輸出功率Po，集電極損耗功率PC，電源功率PE及集電極效率C隨之變化的曲線。從上面動特性曲線隨RO變化的分析可以看出，RO由小到大，工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進入過壓。相應(yīng)的集電極電流由余弦脈

20、沖變成凹陷脈沖，如圖2-4所示。圖2-4諧振功率放大器的負載特性 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性是指當(dāng)保持EB、Ubm、RO不變而改變EC時，功率放大器電流IC0、Icm1，電壓Ucm以及功率、效率隨之變化的曲線。當(dāng)EC由小增大時，uCEmin=EC-Ucm也將由小增大，因而由uCEmin、uBEmax決定的瞬時工作點將沿uBEmax這條輸出特性由特性的飽和區(qū)向放大區(qū)移動，工作狀態(tài)由過壓變到臨界再進入欠壓，iC波形由iCmax較小的凹陷脈沖變?yōu)閕Cmax較大的尖頂脈沖，如圖2-5所示。圖2-5諧振功率放大器的集電極調(diào)制特性由集電極調(diào)制特性可知，在過壓區(qū)域，輸出電壓幅度Ucm與EC成正比。利用這一

21、特點，可以通過控制EC的變化，實現(xiàn)電壓、電流、功率的相應(yīng)變化，這種功能稱為集電極調(diào)幅，所以稱這組特性曲線為集電極調(diào)制特性曲線。 基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性是指當(dāng)EC、Ubm、RO保持不變而改變EB時，功放電流IC0、Icm1，電壓Ucm以及功率、效率的變化曲線。當(dāng)EB增大時，會引起、iCmax增大，從而引起IC0、Icm1、Ucm增大。由于EC不變，uCEmin=EC-Ucm則會減小，這樣勢必導(dǎo)致工作狀態(tài)會由欠壓變到臨界再進入過壓。進入過壓狀態(tài)后，集電極電流脈沖高度雖仍有增加，但凹陷也不斷加深，iC波形如圖2-6所示。圖2-6諧振功率放大器的基極調(diào)制特性利用這一特點，可通過控制EB實現(xiàn)對電流、電

22、壓、功率的控制，稱這種工作方式為基極調(diào)制，所以稱這組特性曲線為基極調(diào)制特性曲線。 調(diào)諧特性由于高功放的負載是LC諧振回路,在調(diào)諧過程中，其負載是一阻抗Zp，當(dāng)改變回路的元件數(shù)值，如改變回路的電容C (或L）時，高功放的外部電流Ico（直流）、Icm1（基波）和相應(yīng)的Ucm（輸出）等隨C （L）的變化特性稱為高功放的調(diào)諧特性。 當(dāng)回路諧振時，阻抗最大，此時，電路中Ico、Icm1最小，而Ucm最大。圖2-7諧振功率放大器的調(diào)諧調(diào)制特性當(dāng)回路參數(shù)變化后，將使LC回路失諧，則使阻抗Zp的模值減小，根據(jù)負載特性可知，功放的工作狀態(tài)將由臨界向欠壓狀態(tài)或過壓狀態(tài)變化，此時Ico和Icml要增大，而Ucm將

23、下降 。波形如圖2-7所示。 由此可見，高功放的回路失諧后直流輸入功率Po=Ico E 將隨Ico的增加而增加，而輸出功率Pc=Icm1 Ucm cos將主要因cos因子而下降，因此失諧后集電極功耗Po將迅速增加。這表明高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。 放大特性圖2-8諧振功率放大器的放大特性放大特性是指當(dāng)保持EC、EB、Re不變，而改變Ubm時，功率放大器電流IC0、Icm1，電壓Ucm以及功率、效率的變化曲線。Ubm變化對諧振功率放大器性能的影響與基極調(diào)制特性相似。iC波形及IC0、Icm1、Ucm、Po、PE、C隨Ubm的變化曲線如圖2-8所示。由圖可見，在欠壓區(qū)域，輸出電壓振幅與輸入電

24、壓振幅基本成正比，即電壓增益近似為常數(shù)。利用這一特點可將諧振功率放大器用作電壓放大器，所以稱這組曲線為放大特性曲線。 5、實驗電路及說明實驗提供的電路如圖2-9所示。本電路的主要技術(shù)指標：輸出功率Po125mW，工作中心頻率fo=6 MHz，負載電阻RL=51,電源供電為12V。圖 2-9 高頻諧振功率放大器原理圖圖中，激勵級BG1 為甲類線性功率放大器，采用固定偏壓形式，靜態(tài)工作點。其集電極負載為LC 選頻諧振回路，諧振電容C取150Pf，電感L取6uH、諧振頻率為6-6.5MHz，集電極輸出由變壓器耦合輸出到下一級。變壓器TE1的參數(shù)為：N2=23匝，N1=9匝。R1和Rw1可調(diào)節(jié)甲類放大

25、器的偏置電壓，以獲得較寬的動態(tài)范圍；R3、R4、Ce為發(fā)射極偏置電路，R3/10為交直流負反饋電阻。 R4為300直流負反饋電阻，控制甲類功放的輸出電平，以滿足丙類功放對輸入電平的要求。功放級BG2采用丙類放大，使用3DG12C。導(dǎo)通角為70°，基極偏壓采用發(fā)射極電流的直流分量IEO在發(fā)射極偏置電阻Re上產(chǎn)生所需要的VBB，其中直流反饋電阻R6為20，交流反饋電阻為10，集電極諧振回路電容為150P ，負載為51，輸出由變壓器耦合輸出，采用中間抽頭，以利于阻抗匹配。它們的匝數(shù)分別為：N39匝，N19匝，N223匝。跳線開關(guān)K1、K3分別控制BG1與BG2的集電極電流測量，K2控制諧振

26、功放激勵信號，SW1可選擇丙類放大器的輸出負載電阻。各測試點分別為：TP1：甲類功放基極輸入。TP2：甲類功放信號輸出。TP3：功放發(fā)射極電流，即余弦脈沖觀測點OUT：丙類放大諧振輸出。6、實驗內(nèi)容與方法步驟本實驗需使用高頻諧振功率放大器電路模塊。實驗前首先分析并熟悉實驗線路圖，對照實驗電路模塊，找出信號的連接關(guān)系及主要元器件的位置，即可開始正常工作。 丙類諧振功率放大器工作狀態(tài)測定 測試電路框圖如圖2-10所示。 圖2-10 高頻功率放大器測試連接框圖（1）將電路中的開關(guān)K1、K2與K3分別置“右”，撥碼開關(guān)SW1開關(guān)置“470”位。 （2）接通實驗板電源，調(diào)節(jié)Rw1，使BG1的發(fā)射極電壓V

27、E2.2V（即使ICQ=7mA，通過測量Q1發(fā)射極與地的電壓）。（3）用高頻信號發(fā)生器輸出頻率為6MHz，幅度為100mVp-p的等幅信號，加入“TP1”。（4）用示波器分別觀察“TP1”與“TP2”點的信號波形。調(diào)整信號發(fā)生器的頻率與Ct1，使甲類功放諧振，輸出信號最大。（5）用示波器分別觀察“TP1”與“OUT”點的信號波形。調(diào)整信號發(fā)生器的頻率與Ct2，使丙類功放諧振，使放大輸出信號最大且不失真。 （6）分別將TP1、TP3與OUT點的信號波形與幅度記錄于圖2-11（a）中。（7）將高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度緩慢減小到丙類功放輸出為零止，再分別將TP1、TP3與OUT點的信號波形與幅度

28、記錄于圖2-11（C）中。并記錄本實驗電路，當(dāng)P1（即丙類功放基極激勵信號）0，但Ic =0，Vo=0時，所需的最小激勵信號電壓幅度=?（8）斷開開關(guān)K2，使丙類功放無激勵信號輸入。再分別將TP1、TP3與OUT點的信號波形與幅度記錄于圖2-11（b）中。圖2-11 波形記錄結(jié)果依據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，分析比較TP1、TP3與OUT波形特點，體會丙類功放工作狀態(tài)的特點。 丙類功率放大器調(diào)諧特性測定測試電路框圖如圖2-12所示：圖2-12 高頻功率放大器測試連接框圖測試條件：輸入信號f=fo/100mVP-P， RL=470。(1) 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。(2) 按表2-1所列格式，以諧振頻率作標

29、準，并以0.05MHZ為步進，改變高信器的輸入信號的頻率，保持輸入信號幅度100mVp-p不變，記錄各頻率點的輸出電壓值，得出結(jié)論。 表2-1F(MHz)foVi(V)Vo(V)結(jié)論 丙類功率放大器的負載特性測定測試原理電路參見圖2-12。測試條件：輸入信號f=fo/100mVP-P， RL=。(1) 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。(2) 用示波器分別觀察“TP1”與“TP3”點的信號波形。適當(dāng)調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度，使放大器處于略過壓工作狀態(tài)。(3) 改變負載（撥碼開關(guān)SW1 的連接），使負載電阻依次變?yōu)?175240470。觀察并記錄不同負載時的電流波形，得出結(jié)論。 丙類功率放大器放

30、大特性測定測試原理電路參見圖2-12。測試條件：輸入信號f=fo/100mVP-P， RL=240。(1) 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。(2) 用示波器分別觀察“TP1”與“TP3”點的信號波形。適當(dāng)調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度，即改變基極激勵電壓幅度，使放大器處于欠壓工作狀態(tài)，即Ie波形為尖頂余弦脈沖。再逐漸增大信號發(fā)生器的輸出信號幅度。用示波器觀察并記錄“TP3”處ie的波形變化。體會丙類功放的放大特性，說明高功放的最佳工作狀態(tài)。 丙類功率放大器主要性能測量測試原理電路參見圖2-12。測試條件：輸入信號f=fo/100mVP-P；RL=75。(1) 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。(2) 按表

31、2-2所列格式，測試并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 表2-2 功放性能指標測量Fo=實測實測計算RL=75VbVeVCC ViP-PVoP-PIcP=PoPc丙類放大器(3) 依據(jù)測試數(shù)據(jù)，計算出本諧振功率放大器的主要性能指標。其中：VCC：電源電壓ViP-P：輸入電壓峰峰值 VoP-P：輸出電壓峰峰值IC： 集電極電流（近似計算：發(fā)射極直流電壓÷發(fā)射極電阻值） P=：電源給出直流功率（P= = Vcc*IC） Po：輸出功率 （Po =(VoP-P)2/(8RL)） Pc：為管子損耗功率（PcP=- Po） 四、思考題與實驗報告要求 實驗報告內(nèi)容： 1寫明實驗?zāi)康摹?2畫出實驗電路原理圖并說明

32、實驗電路的工作原理。 3寫明實驗所用儀器。 4寫明實驗項目并整理實驗數(shù)據(jù)。 實驗思考題：1當(dāng)分別改變激勵信號和電源電壓時，功放級電流如何變化？2說明功放電路欠壓、過壓與臨界工作狀態(tài)的特點？實驗三 LC與晶體正弦波振蕩器在電子線路中，除了要有對各種電信號進行放大的電子線路外，還需要有能在沒有激勵信號的情況下產(chǎn)生周期信號的電子電路，這種在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量的電子電路稱為振蕩器。振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可以分為反饋型振蕩器和負阻型振蕩器。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)采用的器件可分為LC振蕩器、晶體振蕩器、變壓器耦合振蕩器等。振蕩器的功能是產(chǎn)生

33、標準的信號源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。為此，振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路,也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌握的基本電路。一、實驗?zāi)康?掌握振蕩器工作原理及其工作狀態(tài)、起振條件、反饋量等對振蕩器的影響。2研究外界條件和電源電壓、電路品質(zhì)因素及環(huán)境溫度、負載變化時對振蕩器的幅度、波形及頻率穩(wěn)定度的影響。3掌握改進型電容三點式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測量方法。4比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對晶體振蕩器頻率穩(wěn)定高的理解。二、實驗設(shè)備與儀器通原與高頻信號實驗箱 一臺LC與晶體振蕩器電路模塊 一塊數(shù)字雙蹤示波器 一臺數(shù)字萬用表 一塊三、實驗任務(wù)與要求1、反饋振蕩器的

34、振蕩條件與工作原理分析反饋式正弦波振蕩器有RC、LC和晶體振蕩器三種形式，電路主要由放大網(wǎng)絡(luò)、選頻回路和反饋網(wǎng)絡(luò)三個部分構(gòu)成。本實驗中，我們研究的主要是LC三點式振蕩器。所謂三點式振蕩器，是晶體管的三個電極（B、E、C），分別與三個電抗性元件相連接，形成三個接點，故稱為三點式振蕩器，其基本電路如圖3-1所示。圖3-1 三點式振蕩器的基本電路根據(jù)相位平衡條件，圖3-1 (a)中構(gòu)成振蕩電路的三個電抗元件，X1、X2必須為同性質(zhì)的電抗，X3必須為異性質(zhì)的電抗。若X1和X2均為容抗，X3為感抗，則為電容三點式振蕩電路（如圖3-1 (b)）；若X2和X1均為感抗，X3為容抗，則為電感三點式振蕩器（如圖

35、3-1 (c)）。由此可見，為射同余異。根據(jù)振幅條件，則必須適當(dāng)選擇電抗元件X1與X2的比值（即圖3-1 (b)）中C1/C2，圖3-1 (c)中L1/L2.。下面以電容三點式振蕩器為例分析其原理。共基電容三點式振蕩器的基本電路如圖3-2所示。 圖3-2 電容三點式振蕩器由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極和集電極連接的為異性質(zhì)的電抗元件L，根據(jù)前面所述的判別準則，該電路滿足相位條件。 其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將產(chǎn)生脈動信號，因任一脈沖信號包含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻作用，當(dāng)LC諧

36、振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產(chǎn)生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當(dāng)增大到一定程度時，導(dǎo)致晶體管進入非線性區(qū)域，產(chǎn)生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)減小，最后達到平衡，即AF=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的振蕩信號輸出。該振蕩器的振蕩頻率為：反饋系數(shù)F為： F=C1/(C1+C2) 若要它產(chǎn)生正弦波，必須滿足F= 1/21/8，太小不容易起振，太大也容易停振。一個實際的振蕩電路，在F確定之后，其振幅的增加主要是靠提高振蕩管的靜態(tài)電流值。但是如靜態(tài)電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進入飽和區(qū)，輸

37、出阻抗降低使振蕩波形失真，嚴重時，甚至使振蕩器停振。所以在實用中，靜態(tài)電流值一般取ICO=0.5mA4mA。共基電容三點式振蕩器的優(yōu)點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達到幾十MHz到幾百MHz的甚高頻波段范圍。 電路的缺點：振蕩回路工作頻率的改變，若用調(diào)C1或C2實現(xiàn)時，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。為克服共基電容三點式振蕩器的缺點，可對其進行改進，改進電路有兩種： 串聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(克拉勃電路)電路組成如圖3-3示。圖3-3 克拉勃振蕩電路電路特點是在共基電容三點式振蕩器的基礎(chǔ)上，用一電容C3，串聯(lián)于電感L支路。 功用主要是以增加

38、回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標準性，使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。因為C3遠遠小于C1或C2，所以電容串聯(lián)后的等效電容約為C3。電路的振蕩頻率為：與共基電容三點式振蕩器電路相比，在電感L支路上串聯(lián)一個電容，它有以下特點：1）振蕩頻率改變可不影響反饋系數(shù)。2）振蕩幅度比較穩(wěn)定；3）但C3不能太小，否則導(dǎo)致停振，所以克拉勃振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達1.21.4。 為此，克拉勃振蕩器適合作固定頻率的振蕩器 。 并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒電路)電路組成如圖3-4示。電路特點是在克拉勃振蕩器的基礎(chǔ)上，用一電容C4，并聯(lián)于電感L兩端。功用是保持了晶體管與振蕩回路弱耦合，振蕩頻率的

39、穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。電路的振蕩頻率為：圖3-4 西勒振蕩電路 特點：1）振蕩幅度比較穩(wěn)定；2）振蕩頻率可以比較高，如可達千兆赫茲；3）頻率覆蓋率比較大，可達1.6-1.8。所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項十分重要技術(shù)指標，它表示在一定的時間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電壓、電源等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程度，振蕩頻率的相對變化量越小，則表明振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。改善振蕩頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減小振蕩頻率受溫度、負載、電源等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素

40、變化時保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的標準性。提高振蕩回路標準性除了采用穩(wěn)定性好和高Q的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的具有負溫度系數(shù)的電容，以實現(xiàn)溫度補償作用。石英晶體具有十分穩(wěn)定的物理和化學(xué)特性，在諧振頻率附近，晶體的等效參量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶體Q值可達到百萬數(shù)量級，所以晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器高很多。2、實驗線路設(shè)計及說明實驗電路的主要技術(shù)性能指標：振蕩頻率：；頻率穩(wěn)定度：；輸出幅度：。實驗電路采用的是串聯(lián)（克拉勃）/并聯(lián)（西勒）改進三點電容反饋與晶體振蕩電路，當(dāng)撥碼開關(guān)SW3撥置“左”、“左”“中”或“右”端時，可分別

41、構(gòu)成串聯(lián)/并聯(lián)改進三點電容反饋與并聯(lián)型石英晶體振蕩器。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級，其電路的電原理圖如圖3-5所示。圖3-5 LC與晶體振蕩器電原理圖圖中，撥碼開關(guān)SW1為驗證反饋系數(shù)，SW3為LC振蕩器與晶體振蕩器轉(zhuǎn)換選擇，SW2為驗證負載（即回路Q值）變化對振蕩器的影響，跳線開關(guān)K為振蕩器輸出信號經(jīng)由或不經(jīng)由射隨器隔離輸出轉(zhuǎn)換?；驹O(shè)計條件是：電源供電為12V，振蕩管BG1為9018（其主要參數(shù)ICM=50/A，VCEQ=5V，VCEQ0.1/V，hFE28-198，取=100，fT>1100MHz）。隔離級射隨器晶體管BG2也為9018，LC振工作頻

42、率約為6MHz，晶體為6 MHz。 靜態(tài)工作電流的確定合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點，對振蕩器的起振、工作的穩(wěn)定性、波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應(yīng)選在遠離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.84mA之間選取，故本實驗電路中： 選ICQ=2mA；VCEQ=6V；=100 則有為提高電路的穩(wěn)定性適當(dāng)增大Re值，可取Re=1K則Rc2K。 因：UEQ=ICQ·RE 則： UEQ =2mA×1K=2V 因： IBQ=ICQ/ 則： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流過Rb2的電流為（510）IBQ

43、，若取10IBQ， 因： 則： 取標稱電阻12K。因： ： 為調(diào)整振蕩管靜態(tài)集電極電流的方便，Rb1由27K電阻與50K電位器串聯(lián)構(gòu)成。 確定主振回路元器件回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容C和總電感L兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計算出另一種電抗元件量。從原理來講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標準性的觀點出發(fā)，以保證回路電容Cp遠大于總的不穩(wěn)定電容Cd原則，先選定Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過大，C過大，L就小，Q值就會降低，使振蕩幅度減小，為了解決

44、頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數(shù)F=C1/（C1+C2），不能過大或過小，適宜1/81/2。因振蕩器的工作頻率為： 當(dāng)LC振蕩時，f0=6MHz，L10H 本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由C3、C4決定，即有 。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf與5-20Pf的可調(diào)電容并聯(lián)），因要遵循C1，C2>>C3，C4，C1/（C1+C2）=1/81/2的條件，故取C1=200pf，則C2=510pf。對于晶體振蕩，只需對晶體并聯(lián)的可調(diào)電容進行微調(diào)即可。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，振蕩信號應(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發(fā)射極接地的振蕩電路，輸出宜取

45、自基極；如為基級接地，則應(yīng)從發(fā)射極輸出。綜合上述計算結(jié)果，得實際電路如圖3-5所示。3、實驗內(nèi)容與要求3-1 振蕩電路靜態(tài)工作點的調(diào)整與測量 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1全開路（停振）。Re=3.3K。測量時采用間接測量法：即用直流電壓表測量晶體管發(fā)射極對地電壓，調(diào)整使為5V即可。當(dāng)靜態(tài)電流調(diào)整完畢后，用萬用表測量晶體管Q1的各電極的靜態(tài)工作電壓。將結(jié)果記錄于表3-1中。 表3-1靜態(tài)測量數(shù)據(jù)表 BG1VbVeVceIc計算值3-2 振蕩器振蕩頻率的調(diào)測 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1=“1”=470pF；RL=10 K（SW2“1”）；K“上”；SW3“1”（LC克拉伯振蕩）； 用示波器測量振蕩器

46、的輸出端“OUT”，觀察Vo波形，若無振蕩輸出，則需檢查電路，調(diào)整RW，直至電路振蕩。繼續(xù)調(diào)整RW，調(diào)整到振蕩器的最佳工作狀態(tài)，即使振蕩器輸出信號最大且不失真。并記錄最佳狀態(tài)時的振蕩器集電極IC、信號數(shù)據(jù)（頻率、幅度）與波形在圖3-6坐標中。圖3-6 振蕩波形記錄保持以上基本設(shè)置不變，分別改變SW1控制開關(guān)位置，使之分別為希勒振蕩器和晶體振蕩器。觀察并記錄希勒振蕩器和晶體振蕩器最佳狀態(tài)下的振蕩器集電極IC、信號數(shù)據(jù)（頻率、幅度）與波形在圖3-6坐標中。3-3 研究反饋系數(shù)F的變化對振蕩器性能的影響 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1=470pF；RL=10 K（SW2“1”）；SW3=西勒振蕩；K“上

47、”端。適當(dāng)調(diào)整Rw，使振蕩器Ic=最佳數(shù)值。 分別按表3-2所列數(shù)據(jù)要求，撥動SW1撥碼開關(guān)，改變C2的數(shù)值，將測試結(jié)果記錄于表中。說明本實驗電路停振時的F是多大？（F=C1/(C1+C2)，C1=300pF）表3-2 反饋系數(shù)F的變化對振蕩器性能的影響LC西勒振蕩器反饋電容470P510P680P5600P反饋系數(shù)振蕩幅度振蕩頻率信號波形晶體振蕩器振蕩幅度振蕩頻率信號波形注：調(diào)整一項數(shù)據(jù)后，切換SW3開關(guān)，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)3-4 研究負載RL變化對振蕩器性能的影響 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1=510pF；SW2= ；SW3=西勒振蕩；K“上”端。適當(dāng)調(diào)整Rw，使振蕩器Ic=最佳數(shù)值。按表

48、3-3所列數(shù)據(jù)，分別改變負載電阻，將測試結(jié)果記錄于表中。表3-3 負載RL變化對振蕩器性能的影響LC西勒振蕩器RL（）f（MHz）振蕩幅度(mV)波形SW2“全開路”      SW2 “1”O(jiān)N 10k      SW2 “2”O(jiān)N 2KSW2 “3”O(jiān)N 1K            SW2 “4”O(jiān)N 470晶體振蕩器SW2“全開路”SW2 “1”O(jiān)M 10kSW2 “2”O(jiān)N 2KSW2 “3”O(jiān)N 1KSW2 “4”O(jiān)N 470注：調(diào)整一項數(shù)據(jù)后，切換SW3跳線開關(guān)，

49、記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)3-5 研究工作點Ic的變化對振蕩器性能的影響 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1=510pF；RL=10 K（SW2“1”）；SW3=西勒振蕩；K“上”端。適當(dāng)調(diào)整Rw，使振蕩器Ic=最佳數(shù)值。分別按表3-4所列數(shù)據(jù)要求，用SW3分別選擇不同的振蕩器電路，調(diào)RW電位器，改變振蕩器Q1管的集電極電流ICO，將測試結(jié)果記錄于表中。記錄本實驗電路停振時的最大ICO=？表3-4 Ic的變化對振蕩器性能的影響西勒LC振蕩器晶體振蕩器Ic(mA)VEQ(V)F(MHz)振幅（V）波形F(MHz)振幅（V）波形 1.34.51.551.65.51.862.48最大Ic：結(jié)論：注：調(diào)整一項數(shù)據(jù)后

50、，將SW3撥碼開關(guān)切換至晶體振蕩器，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)3-6 研究起振前后振蕩器工作點的偏離情況 振蕩器基本設(shè)置條件：振蕩電路調(diào)整在最佳工作狀態(tài)。RL=10K。將SW3撥碼開關(guān)全開路“OFF”，使振蕩回路電感L2開路，這時電路停振，測量此時的VEQ1。接著接通SW3”1”O(jiān)N，電路起振，再次測量此時的VEQ1?？磧烧呤欠裣嗟?，說明變化的原因。 比較兩類振蕩器的頻率穩(wěn)定度：1）LC 振蕩器 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1“3”短接（680P），SW3“左”（LC振蕩），RL=10K（SW2“1”O(jiān)N），并調(diào)整Rw，使Ic=最佳數(shù)值。用示波器在振蕩器的輸出端“OSC/OUT”觀察并記錄振蕩器輸出信號

51、的波形、幅度和頻率。2）晶體振蕩器 振蕩器基本設(shè)置條件：SW1“3”短接（680P），SW3“右”（晶體振蕩），RL=10K（SW2“1”O(jiān)N），并調(diào)整Rw，使Ic=最佳數(shù)值。示波器在振蕩器的輸出端“OSC/OUT”觀察并記錄振蕩器輸出信號的波形、幅度和頻率。根據(jù)以上的測量結(jié)果，試計算并比較兩種振蕩器頻率的穩(wěn)定度f/ f0 ：LC振蕩器 晶體振蕩器 四、思考題與實驗報告 思考題1. 為什么振蕩器起振后的直流工作點電流不同于起振前的靜態(tài)工作點電流？對于一個實際的振蕩器，用萬用表檢查它，能否判斷它是否起振？ 2. 為什么反饋系數(shù)要選取F=1/21/8，過大、過小有什么不好？3. 對于LC電路，為什么當(dāng)靜態(tài)電流發(fā)生變化時，其振蕩頻率會發(fā)生變化？ 實驗報告要求1. 用表格形式列出實驗所測數(shù)據(jù)，繪出實驗曲線，并用所學(xué)理論加以分析解釋。 2. 分析靜態(tài)工作點、反饋系數(shù)F和負載對振蕩器起振條件和輸出波