高頻實(shí)驗(yàn)報告

1、實(shí)驗(yàn)報告課程名稱：高頻電子線路實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：正弦波振蕩器、振幅調(diào)制與解波 實(shí)驗(yàn)儀器：系別：光電信息與通信工程專業(yè)：通信工程班級/學(xué)號：0901/2009010371學(xué)生姓名：劉玉實(shí)驗(yàn)日期成績實(shí)驗(yàn)一 正弦波振蕩器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握三端式振蕩電路的基本原理，起震條件，振蕩電路設(shè)計(jì)及電路參數(shù)計(jì)算。2、通過實(shí)驗(yàn)掌握晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)、反饋系數(shù)大小、負(fù)載變化對起振和振蕩幅度的影響。3、研究外界條件（電源電壓、負(fù)載變化）對振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響。4、比較LC振蕩器和晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、熟悉振蕩器模塊各元件及其作用。2、進(jìn)行LC振蕩器波段工作研究。3、研究LC振蕩器和晶體振蕩器中

2、靜態(tài)工作點(diǎn)，反饋系數(shù)以及負(fù)載對振蕩器的影響。4、測試、分析比較LC振蕩器與晶體振蕩的頻率穩(wěn)定度。三、基本原理晶體穩(wěn)頻振蕩器是一種以石英晶體為諧振器件，利用石英晶體的壓電效應(yīng)來產(chǎn)生振蕩信號的電路。振蕩器利用石英晶體的固有諧振頻率穩(wěn)定度高地特點(diǎn)來控制振蕩器的頻率，從而達(dá)到使振蕩器頻率穩(wěn)定度高地的目的。在LC振蕩電路中，要提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度需要提高LC諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，有載Q值。由于材料和生產(chǎn)工藝水平等因素的限制，目前LC諧振回路的空載Q值僅能做到100250。因此采用電感為諧振元件設(shè)計(jì)的LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定性一般不會優(yōu)于10-4，只能用于對頻率穩(wěn)定性要求不高的電路。 在石英晶體兩個管腳加交

3、變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)交變電場的頻率為一特定值時，振幅驟然增大，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱為諧振頻率。當(dāng)石英晶體不振動時可等效為一個平板電容C0，稱為靜態(tài)電容，其值決定于晶片的幾何尺寸和電極面積，一般為幾到幾十PF。當(dāng)晶片產(chǎn)生振動時，機(jī)械振動的慣性等效為電感，其值為幾豪亨到幾十豪亨。晶片的彈性等效為電容Cq，其值為0.01到0.1PF，因此Cq<<C0，晶片的摩擦損耗等效為電阻R，其值約為100歐姆，等效電路中的Lq、Cq、Rq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，該電路呈現(xiàn)純阻性，等效電阻為

4、Rq，諧振頻率fs=1/2LC。當(dāng)f>fs時，Lq、Cq、Rq支路呈現(xiàn)感性，將于C0產(chǎn)生并聯(lián)諧振，石英晶體又呈現(xiàn)純阻性，諧振頻率fq。fs和fq非常接近，故晶體調(diào)頻電路中一般頻偏都較小，為了加大頻偏量可以采用倍頻方式。本電路中的調(diào)頻功能用LC振蕩器完成。由于晶體振蕩器的振蕩頻率幾乎可以由石英晶振的參數(shù)決定，在實(shí)際電路中要在晶振兩端并聯(lián)可變電容微調(diào)回路的諧振頻率。本電路中就是電容CT3。本實(shí)驗(yàn)中正弦波振蕩器包含工作頻率為10MHz左右的電容反饋LC三端振蕩器和10MHz的晶體振蕩器，由紅色撥碼開關(guān)S2決定是LC振蕩器還是晶體振蕩器（1撥向ON為LC振蕩器，4撥向ON為晶體振蕩器）。由交流等

5、效電路圖可知電路為針對克拉波電路做的一種改進(jìn)型電容反饋LC三端式電路西勒電路。其反饋系數(shù)F=（C11+CT3）/CAP，CAP可變?yōu)镃7、C14、C23、C19其中一個。為了滿足起振條件的要求F的值不能太大也不能太小，通常取為1/3-1/8。其中Cj為變?nèi)荻O管2CC1B，根據(jù)所加的靜態(tài)電壓對去靜態(tài)電容，CT3為5-20PF的半可變電容。該高頻等效電路未考慮負(fù)載電阻。西勒電路是在克拉波電路的基礎(chǔ)上在電感兩端并聯(lián)了一個小電容，且滿足CAP遠(yuǎn)大于（CT1+CT17），故其回路等效電容CCT1+CT17+Cj。故振蕩頻率f0=1/2。西勒電路在分立元件系統(tǒng)或集成高頻電路系統(tǒng)中均獲得廣泛的應(yīng)用。若S2

6、撥向“4”通，則以晶體JT代替電感L，此即為晶體整蕩器。用晶體的交流等效電路圖的電感L就可得到采用晶體的正弦波正當(dāng)電路的交流等效電路。4、 實(shí)驗(yàn)步驟1.LC振蕩器靜態(tài)工作點(diǎn)，反饋系數(shù)以及負(fù)載對振蕩幅度的影響。1）紅色撥碼開關(guān)S2置于1，S3開路，S4中的1、2、3、4分別置于“ON”從而改變反饋的電容大小，計(jì)算反饋系數(shù)，反饋系數(shù)的計(jì)算公式：F=（C11+CT3）/CAP。并用示波器CH1記下振蕩幅度與開始起振以及停振時的反饋電容值。由于電容只是不連續(xù)可變的，所以無需精確測得開始起振以及停振時的反饋電容值。在振蕩幅度幾乎為0時就為停振時的電容，在振蕩波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波時就為起振電容。反饋電容S4

7、=4 100PS4=3 360PS4=2 560PS4=1 502P反饋系數(shù)F0.61/63/2830/251振蕩幅度Vpp1） 紅色撥碼開關(guān)S2置于1，S4置于2，S3中的1、2、3、4分別置于“ON”從而改變負(fù)載電阻的大小，記下振蕩幅度及停振時的負(fù)載電阻。負(fù)載電阻空載S3=4 10KS3=3 1KS3=2 500S3=1 100振蕩幅度VppS2置于4ON（晶體振蕩器）重復(fù)以上各項(xiàng)填與表中。負(fù)載電阻空載S3=4 10KS3=3 1KS3=2 500S3=1 100振蕩幅度Vpp2. .LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度與晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的研究與比較。1） 紅色撥碼開關(guān)S2置于1，S4置于2，S3順

8、次有1-4撥動，測量系統(tǒng)在LC振蕩器模式下的頻率，填寫下表。負(fù)載電阻100500 1K10K空載頻率（Hz）2） 紅色撥碼開關(guān)S2置于4，S4置于2，S3順次有1-4撥動，測量系統(tǒng)在晶體振蕩器模式下的頻率，填寫下表并比較LC振蕩器所得結(jié)果。負(fù)載電阻100500 1K10K空載頻率（Hz）比較所得結(jié)果可知負(fù)載變化對LC振蕩器和晶體振蕩器的影響分別是：實(shí)驗(yàn)二三 振幅調(diào)制與解調(diào)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 掌握用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅和抑制載波雙邊帶調(diào)幅的方法。2、 研究以調(diào)波與調(diào)制信號及載波信號的關(guān)系。3、 掌握調(diào)幅系數(shù)測量與計(jì)算的方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 調(diào)測模擬乘法器MC1496正常工作是的靜

9、態(tài)值。2、 實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅，改變調(diào)幅度，觀察波形變化并計(jì)算調(diào)幅度。3、 實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。（選作）三、 基本原理：1、幅度調(diào)制原理： 幅度調(diào)制就是載波的振幅（包絡(luò)）收調(diào)制的信號的控制作周期行的變化。變化的周期與調(diào)制信號周期相同。即振幅變化與調(diào)制信號成正比。通常稱高級信號為載波信號，低頻信號為調(diào)制信號。本實(shí)驗(yàn)中載波是由晶體振蕩產(chǎn)生的10MHZ高頻信號。1KHZ的的低頻信號為調(diào)制信號，也可以使用高頻信號源輸出的高平信號作為載波信號。振幅調(diào)制器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。 本實(shí)驗(yàn)中采用集成模擬乘法器MC1496來完成振幅作用，下圖為MC1496芯片內(nèi)部原理圖，它由一個四象限模擬乘法器的基本電路

10、，電路采用的兩組差動，對由V1-V4組成，以反極性方式相連，而且兩組差分對的恒流源又組成一對差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動放大器V5與V6的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時，載波信號加在V1-V4的輸入端，即引腳的8、10之間；調(diào)制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳的1、4之間，2、3腳外接一千歐電位器，以擴(kuò)大調(diào)制信號動態(tài)范圍，以調(diào)制信號取自雙差動放大器的兩集電極（引腳6、12之間）輸出。 用MC1496集成電路構(gòu)成的條幅電路如下圖所示，圖中VR8用調(diào)節(jié)引出腳1、4之間平衡，R39與R46與電位器VR8組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變VR8可

11、以調(diào)節(jié)輸出載波信號的大小，以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載的振幅調(diào)制，腳1和腳4分別接電阻R43和R49可以較好的抑制載波漏信號和改變溫度性能，器件采用雙電源供電方式（+12，-9），電阻R29、R30、R52為引腳8和10所連的三極管提供合適的靜態(tài)偏置電壓。R150為引腳5所連接的三極管提供合適的靜態(tài)偏置。R31、R32集電極所連負(fù)載電阻，保證三極管工作在放大狀態(tài)。2、調(diào)幅波解調(diào)原理:調(diào)幅波的解調(diào)是調(diào)幅的逆過程,即從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號,通常稱之為檢波器。調(diào)幅波解調(diào)方法主要有包括檢波器和同步檢波器。包絡(luò)檢波器是將單極性信號通過電阻和電容組成的惰性網(wǎng)絡(luò)取出單極性信號的峰值信息，這種包絡(luò)

12、檢波器較峰值包絡(luò)波器。最常用的是二極管峰值包絡(luò)檢波器。本實(shí)驗(yàn)板上主要完成二極管包絡(luò)檢波。二極管包絡(luò)檢波器主要用于解調(diào)含有較大載波分量的大信號，它具有電路筒單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)電路主要有二極管D7及RC低通濾波器組成，利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RCde充放電過程實(shí)現(xiàn)檢波。RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓為輸出電壓。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，信號源通過二極管對電容C充電時間常數(shù)較小。所以電容上的電壓迅速達(dá)到信號源電壓幅值。當(dāng)二極管截止時，電容C 通過電阻R放電。如此充電放電反復(fù)驚醒，在電容兩端就會得到一個接近輸入信號峰值的低頻信號。再經(jīng)過濾波平滑，去掉疊加在上面的高頻紋波，得到的就是調(diào)制信號。所以時間常

13、數(shù)的選擇很重要。時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真又稱惰性失真。因?yàn)楫?dāng)電容的放電速率低于輸入電壓包絡(luò)的變化速率的時候，電容上的電壓就不能跟隨包絡(luò)的變化，從而引起失真。常熟太小，高頻分量會濾不干凈，綜合考慮要求滿足下式：-其中：為調(diào)幅系數(shù)，為調(diào)制信號最高角頻率。當(dāng)檢波器的直流負(fù)載電阻與交流音頻負(fù)載電阻不相等，而且調(diào)幅度又相當(dāng)大時會產(chǎn)生負(fù)峰值切割失真（又稱底邊切割失真），為了保證不產(chǎn)生負(fù)峰值切割失真應(yīng)滿足 四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 調(diào)節(jié)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)： (1) 將短路塊J11、J17開路（幅度調(diào)制模塊中間偏左），使調(diào)制信號V =0，載波Vc=0。(2) 調(diào)解幅度調(diào)制模塊中黑色旋柄VR8可以調(diào)節(jié)輸出載波

14、信號的大小，以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑止載波的調(diào)幅調(diào)制或有載波的調(diào)幅調(diào)制。2. 全載波調(diào)幅調(diào)制：（1） 接入高頻載波信號Vc（t）。先將幅度調(diào)制模塊中短路塊J11斷開。調(diào)整振蕩與頻率調(diào)制中紅色旋柄VR5，使輸出信號峰-峰值為Ucp-p=100300mV。記錄此時振蕩器與頻率調(diào)制模塊中輸出信號J6(ZD.OUT)，頻率為 ， 幅度為 。再將幅度調(diào)制模塊中短路塊J11置于下劃線處，把振蕩器與頻率調(diào)制模塊的高頻振蕩輸出信號接入幅度調(diào)制模塊。（2） 接入低頻調(diào)制信號V （t）。先將幅度調(diào)制模塊中短路塊J17斷塊。將示波器CH1接入低頻調(diào)制信號模塊右下角輸出端J22(TZXH)處，調(diào)節(jié)低頻調(diào)制信號模塊右下方電位器

15、VR3，使低頻調(diào)制信號模塊輸出端J22(TZXH)輸出頻率f =1KHz左右的不失真信號正弦信號，同時調(diào)節(jié)低頻調(diào)制信號模塊的黑色旋柄VR9調(diào)整輸出調(diào)制信號幅度 V的大小。然后將幅度調(diào)制模塊中短路塊J17置于下劃線處，把低頻調(diào)制信號模塊輸出的低頻調(diào)制信號接入幅度調(diào)制模塊。（3） 將幅度調(diào)制模塊J11和J17都短路。要求載波信號Ucp-p=100300mV，調(diào)制信號f =1KHz左右。記錄此時的Ucp-p= , f = 。 （4） 調(diào)制幅度調(diào)制模塊黑色旋柄平衡電位器VR8，使輸出信號端j23的輸出Vo（t）中有載波輸出（此時芯片U3 MC1496中U1與U4不相等）。當(dāng)調(diào)整低頻調(diào)制信號模塊中黑色旋

16、柄VR9，使調(diào)制信號幅度Up-p由零逐漸增大時，則輸出端J23的輸出信號Vo（t）的幅度發(fā)生變化，最后出現(xiàn)如圖2-4（a）所示的全載波條幅信號的波形。（5） 記下此時AM波時對應(yīng)的Ummax= 和Ummin= ，由公式m=(Um max -Um min) (Um max+Um min)求得調(diào)幅波m= 。 并畫出條幅信號波形。（6） 調(diào)節(jié)調(diào)制信號的大小，觀察m=100%和m>100%兩種調(diào)幅波在過零點(diǎn)處的波形情況，比較他們的區(qū)別。3.普通調(diào)幅波解調(diào)(1)將示波器CH2接幅度調(diào)制模塊中調(diào)幅波輸出端J23（TF.OUT）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)節(jié)紅色旋鈕VR5將輸出信號設(shè)置為峰峰值為Vp-p=150m

17、v左右的調(diào)幅信號，并調(diào)整調(diào)制信號大小使調(diào)幅度m<30%。(2)將J23（TF.OUT）和晶體管混頻模塊中的J23(XXH.IN)用導(dǎo)線連接起來。(3)將晶體管混頻模塊中上方的短路塊J102置于下劃線處，接入電源；同時將中間位置短路塊J33(XXH.IN)斷開；短路塊J34(BZ.IN)置于下劃線處，接入本振信號；右上方J28(C.D.L)置于下劃線處。(4)調(diào)節(jié)本振模塊中的紅色按鈕R16使本振輸出J43(BZ.OUT)輸出信號為峰峰值Vp-p=300mv左右。(5)將示波器CH2接晶體管混頻模塊右下角J36(JH.OUT)。調(diào)整晶體管混頻模塊中部藍(lán)色電位器VR13和右上角中周CP3，使輸出J36(JH.OUT)為無失真調(diào)幅波。(6)將二次混頻與鑒頻模塊中上方短路塊J206置于下劃線處，接入電源；將二次混頻與鑒頻模塊左下方J29(S.IN)置于J.H.IN下劃線處，接入晶體管混頻信號。(7)將示波器CH2接二次混頻與鑒頻模塊左下方輸出端J38(ZP.OUT)。調(diào)節(jié)黑色旋鈕VR14，使J38 輸出為峰峰值Vp-