通信電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(學(xué)生用)

1、目 錄高頻電子線路D型實(shí)驗(yàn)箱總體介紹 1實(shí)驗(yàn)一 諧振功率放大器19實(shí)驗(yàn)二 正弦波振蕩器28實(shí)驗(yàn)三 集電極調(diào)幅與大信號(hào)檢波36實(shí)驗(yàn)四 變?nèi)荻O管調(diào)頻44附實(shí)驗(yàn)原理圖高頻D型電子實(shí)驗(yàn)箱總體介紹一、概述本高頻D型電子實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)順序是根據(jù)高等教育出版社出版的高頻電子線路一書(shū)而設(shè)計(jì)的（作者為張肅文）。在本實(shí)驗(yàn)箱中設(shè)置了十個(gè)實(shí)驗(yàn)，它們是：高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)、二極管開(kāi)關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)、高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)、正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)、集電極調(diào)幅及大信號(hào)檢波實(shí)驗(yàn)、變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)、集成模擬乘法器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、模擬鎖相環(huán)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)和調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)。其中前八個(gè)實(shí)驗(yàn)是為配合課程而設(shè)計(jì)的，主要

2、幫助學(xué)生理解和加深課堂所學(xué)的內(nèi)容。后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，是讓學(xué)生了解每個(gè)復(fù)雜的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)都是由一個(gè)個(gè)單元電路組成的。本實(shí)驗(yàn)裝置采用“積木式”結(jié)構(gòu)，將高頻實(shí)驗(yàn)所需的直流電源、頻率計(jì)、低頻信號(hào)源和高頻信號(hào)源設(shè)計(jì)成一個(gè)公共平臺(tái)。它的具體實(shí)驗(yàn)?zāi)K以插卡形式插在主實(shí)驗(yàn)板上上，以便各學(xué)校根據(jù)自己的教學(xué)安排做任意擴(kuò)展。所有模塊與公共平臺(tái)之間連接采用香蕉頭自鎖緊插件。模塊之間采用帶彈簧片式連接線，可靠性好，性能穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，可讓學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，提供良好的硬件基礎(chǔ)。另外，將發(fā)射模塊和接收模塊同時(shí)使用還可以完成收發(fā)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。使用前請(qǐng)仔細(xì)閱讀主實(shí)驗(yàn)板上的使用注意事項(xiàng)。二、主機(jī)介紹主機(jī)上提供實(shí)驗(yàn)所

3、需而配備的專(zhuān)用開(kāi)關(guān)電源，包括三路直流電源：+12V、+5V、-12V，共直流地；直流電源下方是頻率計(jì)和高低頻信號(hào)源。它們不作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，屬于實(shí)驗(yàn)工具。高低頻信號(hào)源和頻率計(jì)的使用說(shuō)明如下。l 頻率計(jì)的使用方法本實(shí)驗(yàn)箱提供的頻率計(jì)是基于本實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的需要而設(shè)計(jì)的。它只適用于頻率低于15MHz，信號(hào)幅度Vp-p=100mV5V的信號(hào)。參看電路原理圖G9（原理圖中的CC201用于校正顯示頻率的準(zhǔn)確度，W201用于調(diào)節(jié)測(cè)量的閾門(mén)時(shí)間，這兩個(gè)元件均在PCB板的另一面）。使用的方法是：K201是頻率計(jì)的開(kāi)關(guān)，在使用時(shí)首先要按下該開(kāi)關(guān)；當(dāng)測(cè)低于100KHz的信號(hào)時(shí)連接JG1、JG4（此時(shí)JG2應(yīng)為斷開(kāi)狀態(tài)）。

4、當(dāng)測(cè)高于100KHz的信號(hào)時(shí)連接JG2（此時(shí)JG1、JG4應(yīng)為斷開(kāi)狀態(tài)，一般情況下都接JG2）。將需要測(cè)量的信號(hào)（信號(hào)輸出端）用實(shí)驗(yàn)箱中附帶的帶彈片的連接線與頻率計(jì)的輸入端（ING1）相連，則從頻率計(jì)單元的數(shù)碼管上能讀出信號(hào)的頻率大小。數(shù)碼管為8個(gè)，其中前6個(gè)顯示有效數(shù)字，第8個(gè)顯示10的冪，單位為Hz（如顯示10.7000-6時(shí)，則頻率為10.7MHz）。本頻率計(jì)的精度為：若信號(hào)為MHz級(jí)，顯示精度為百赫茲。若信號(hào)為KHz和Hz級(jí)則顯示精度為赫茲。l 低頻信號(hào)源的使用方法本實(shí)驗(yàn)箱提供的低頻信號(hào)源是基于本實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的需要而設(shè)計(jì)的。它包括兩部分：第一部分：輸出500Hz2KHz信號(hào)（實(shí)際輸出信號(hào)

5、范圍較寬）；此信號(hào)可以以正弦波的形式輸出，也可以方波、三角波的形式輸出。它用于變?nèi)荻O管調(diào)頻單元，集成模擬乘法應(yīng)用中的平衡調(diào)幅單元，集電極調(diào)幅單元和高頻信號(hào)源調(diào)頻輸出。第二部分：輸出20KHz100KHz信號(hào)（實(shí)際輸出信號(hào)范圍較寬）；此信號(hào)可以正弦波的形式輸出。它用于鎖相頻率合成單元。低頻信號(hào)源的使用方法如下：可調(diào)電阻W305用于調(diào)節(jié)輸出方波信號(hào)的占空比；W303、W304的作用是：在輸出正弦波信號(hào)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)W303、W304使輸出信號(hào)失真最小。這三個(gè)電位器在實(shí)驗(yàn)箱出廠時(shí)均已調(diào)到最佳位置且此三個(gè)電位器在PCB板的另一面。原理圖上的W306用來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)頻率的大?。籛301用于調(diào)節(jié)方波或者三

6、角波的幅度；W302用于調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)的幅度。在使用時(shí)，首先要按下開(kāi)關(guān)K301。當(dāng)需輸出500Hz2KHz的信號(hào)時(shí)，參照原理圖G7，連接好JD1、“正弦波”跳線（此時(shí)JD2和“正弦波”跳線、“三角波”跳線應(yīng)斷開(kāi)），則從“可調(diào)正弦波輸出”處輸出正弦波；斷開(kāi)“正弦波”跳線，連接“方波”跳線，則從“波形選擇輸出”處輸出方波；同理，斷開(kāi)“方波” 跳線連接“三角波”跳線，則從“波形選擇輸出”處輸出三角波。當(dāng)需輸出20KHz100KHz的信號(hào)時(shí)，參考原理圖G7，連接好JD2和“正弦波”跳線（此時(shí)JD1和“正弦波”跳線、“三角波”跳線應(yīng)斷開(kāi)），則在“可調(diào)正弦波輸出”處輸出20KHz100KHz的正弦波；根據(jù)

7、實(shí)驗(yàn)的需要用示波器觀察，通過(guò)調(diào)節(jié)W302獲得需要信號(hào)的大小；用頻率計(jì)測(cè)量，通過(guò)調(diào)節(jié)W306獲得需要信號(hào)的頻率。l 高頻信號(hào)源的使用方法本實(shí)驗(yàn)箱提供的高頻信號(hào)源是基于本實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的需要而設(shè)計(jì)的。它只提供10.7MHz的載波信號(hào)和約10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)（調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制頻偏可以調(diào)節(jié)）。載波主要用于小信號(hào)調(diào)諧放大單元、高頻諧振功率放大器單元、集電極調(diào)幅單元、模擬乘法器部分的平衡調(diào)幅及混頻單元和二極管開(kāi)關(guān)混頻單元。調(diào)頻信號(hào)主要用于模擬乘法器部分的鑒頻單元和FM鎖相解調(diào)單元。參看附原理圖G8。晶體振蕩輸出載波峰峰值不低于1.5V。LC振蕩輸出載波峰峰值不低于1V。高頻信號(hào)源的使用方法如下：使用時(shí)，首先

8、要按下開(kāi)關(guān)K401。當(dāng)需要輸出載波信號(hào)時(shí)，連接J401（此時(shí)J402、J403、J404應(yīng)斷開(kāi)），則10.7MHz的信號(hào)由TTF1處輸出，W401用于調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的大小。當(dāng)需要輸出10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)時(shí)，連接J402、J403、J404（此時(shí)J401斷開(kāi)；若信號(hào)偏離了10.7MHz，則可調(diào)節(jié)可調(diào)電容CC401使之為10.7MHz），同時(shí)使低頻信號(hào)源處于輸出1KHz正弦波的狀態(tài)，改變低頻信號(hào)源的幅度就是改變調(diào)頻信號(hào)的頻偏，在沒(méi)有特別要求時(shí)，一般低頻信號(hào)源幅度調(diào)為2V，參看低頻信號(hào)源的使用），則10.7MHz的調(diào)制信號(hào)由TTF1處輸出，W401用于調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的大??；低頻信號(hào)源處的W302用于

9、調(diào)節(jié)調(diào)制頻偏的大小。在具體使用中，通過(guò)示波器觀察輸出信號(hào)的大小和形狀。在具體使用中，通過(guò)示波器觀察輸出信號(hào)的大小和形狀。三、模塊介紹接收模塊：（1）實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器（2）實(shí)驗(yàn)十 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)（調(diào)諧放大、中頻放大、鑒頻解調(diào)，可與接收模塊組成發(fā)射接收系統(tǒng)） 環(huán)形混頻器模塊：（1）實(shí)驗(yàn)二 環(huán)形混頻器（2）實(shí)驗(yàn)四 正弦波振蕩器 集電極調(diào)幅與大信號(hào)檢波模塊： （1）實(shí)驗(yàn)五 集電極調(diào)幅與大信號(hào)檢波 發(fā)射模塊：（1）實(shí)驗(yàn)三 高頻功率放大器（2）實(shí)驗(yàn)六 變?nèi)荻O管調(diào)頻（3）實(shí)驗(yàn)九 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)鎖相環(huán)應(yīng)用模塊：（1）實(shí)驗(yàn)八 模擬鎖相環(huán)的應(yīng)用（PLL倍頻、PLL解調(diào)） 乘法器模塊：（1）實(shí)驗(yàn)

10、七 集成電路模擬乘法器的應(yīng)用（調(diào)幅、檢波、鑒頻、混頻）注：用戶(hù)可對(duì)各模塊進(jìn)行不同組合，開(kāi)發(fā)出新的實(shí)驗(yàn)；也可掛接自己開(kāi)發(fā)的模塊并與現(xiàn)有模塊一起使用；做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須把具有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的的模塊插在主板上。 實(shí)驗(yàn)一 諧振功率放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 進(jìn)一步理解諧振功率放大器的工作原理及負(fù)載阻抗和激勵(lì)信號(hào)電壓變化對(duì)其工作狀態(tài)的影響。2、 掌握諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負(fù)載特性。二、電路的基本原理利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱(chēng)為諧振功率放大器，這是無(wú)線電發(fā)射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)及丁類(lèi)等不同類(lèi)型的功率放大器。電流導(dǎo)通角愈小，放大器的效率愈高。如甲類(lèi)功放的=

11、180，效率最高也只能達(dá)到50%，而丙類(lèi)功放的< 90º，效率可達(dá)到80%，甲類(lèi)功率放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功率放大器。丙類(lèi)功率放大器通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。 圖3-1 高頻功率放大器圖3-1為由兩級(jí)功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中晶體管Q1組成甲類(lèi)功率放大器，晶體管Q2組成丙類(lèi)諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應(yīng)用十分廣泛，下面介紹它們的工作原理及基本關(guān)系式。1、甲類(lèi)功率放大器 1）靜態(tài)工作點(diǎn) 如圖3-1所示，晶體管Q1組成甲類(lèi)功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中RB1、RB2為基極偏置電阻；RE1為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路

12、的靜態(tài)工作點(diǎn)。RF1為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定： uEQ=IEQ（RF1+RE1）ICQRE1 （3-1） 式中，RF1一般為幾歐至幾十歐。 ICQ=IBQ （3-2） uBQ=uEQ+0.7V （3-3） uCEQ=Ucc - ICQ（RF1+RE1） （3-4） 2）負(fù)載特性 如圖3-1所示，甲類(lèi)功率放大器的輸出負(fù)載由丙類(lèi)功放的輸入阻抗決定,兩級(jí)間通過(guò)變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類(lèi)功放的交流輸出功率P0可表示為： P0 = PH/B （3-5） 式中，PH為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率，B為變壓器的傳輸效率，一般為B=0.750.85。 ic

13、ic B Icm Ibm ICQ Q ib UCES UCC-ICQRE1 0 t A Ucc Ucm 圖3-2 甲類(lèi)功放的負(fù)載特性 圖3-2為甲類(lèi)功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點(diǎn)Q應(yīng)選在交流負(fù)載線AB的中點(diǎn)，此時(shí)集電極的負(fù)載電阻RH稱(chēng)為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率PC的表達(dá)式為： (3-6) 式中，ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，Icm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式分別為ucm = ucc - ICQRE1 - uCES （3-7）式中，uCES稱(chēng)為飽和壓降，約1V IcmICQ（3-8）如果變壓器的初級(jí)線圈匝數(shù)為N1，次級(jí)線圈匝數(shù)為N2，則 (3-9)式中，RH為變

14、壓器次級(jí)接入的負(fù)載電阻，即下級(jí)丙類(lèi)功放的輸入阻抗。3）功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定的功率增益，對(duì)于圖3.1所示電路，甲類(lèi)功率放大器不僅要為下一級(jí)功放提供一定的激勵(lì)功率，而且還要將前級(jí)輸入的信號(hào)，進(jìn)行功率放大，功率增益Ap的表達(dá)式為 Ap = Po/Pi （3-10）其中，Pi為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓uim及輸入電阻Ri的關(guān)系為 (3-11) 式中，Ri又可以表示為 o t Rihie+（1+hfe）RF1 （3-12） 式中，hie為共發(fā)接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時(shí)，可 認(rèn)為它近似等于晶體管的基極體 Ibm電阻rbb。hfe為晶體管共發(fā)接 Ibo法電流放大

15、系數(shù)，在高頻情況 otIcm下它是復(fù)數(shù)，為方便起見(jiàn)可取晶 體管直流放大系數(shù)。 2、丙類(lèi)功率放大器 Ico Ic1m 1）基本關(guān)系式 o t如圖3-1所示，丙類(lèi)功率放大 Uc1m Uc1(t) 器的基極偏置電壓uBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在 Ucc射極電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來(lái)提供的，故稱(chēng)為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，則 o t集電極的輸出電流ic為余弦脈沖 圖3-3 丙類(lèi)功放的基極、集電極電流和電壓波形波。利用諧振回路L2C3的選頻作用可輸出基波諧振電壓uc1,電流ic1。圖3-3畫(huà)出了丙類(lèi)功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān) 系。分析可得下列基本

16、關(guān)系式：uc1m=Ic1mRo （3-13）式中, uc1m為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；Ic1m為集電極基波電流振幅；Ro為集電極回路的諧振阻抗。 (3-14)式中，PC為集電極輸出功率 PD=uccICO （3-15）式中，PD為電源ucc供給的直流功率； ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。電流脈沖ic經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)分解，可得峰值Icm與分解系數(shù)的關(guān)系式a1 (3-16) 分解系數(shù)與的關(guān)系 a0 如圖3-4所示。 a2 放大器集電極的耗散功率PC為00 400 800 1200 1600圖3-4 電流脈沖的分解系數(shù) PC=PD - PC （3-17） 1.00.90.80.70

17、.6 0.50.40.6 0.50.40.30.2 0.1放大器的效率為 (3-18)式中：稱(chēng)為電壓利用系數(shù)。 Icm Uj UB o ube o 2 wt ube=Ubmcoswtwt 圖3-5 輸入電壓與集電極電流波形 圖3-5為功放管特性曲線折線化后的輸入電壓ube與集電極電流脈沖ic的波形關(guān)系。由圖可得： （3-19）式中：uj為晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約為0.6V，鍺管約為0.3V） ubm為輸入電壓（或激勵(lì)電壓）的振幅。 uB為基極直流偏壓。 uB = - ICORE2 （3-20）當(dāng)輸入電壓ube大于導(dǎo)通電壓uj時(shí)，晶體管導(dǎo)通，工作在放大狀態(tài)，則基極電流脈沖Ibm與集電極電流脈沖Ic

18、m成線性關(guān)系，即滿(mǎn)足 Icm = hfeIbmIbm （3-21）因此基極電流脈沖的基波幅度Ib1m及直流分量Ibo也可以表示為 （3-22）基極基波輸入功率Pi為 (3-23)放大器的功率增益Ap為 (3-24)丙類(lèi)功率放大器的輸出回路采用了變壓器耦合方式，其等效電路如圖3-6圖3-6 變壓器耦合電路所示，集電極諧振回路為部分接入，諧振頻率為 (3-25)諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為 (3-26)式中，N1為集電極接入初級(jí)匝數(shù)。 N2為初級(jí)線圈總匝數(shù)。 N3為次級(jí)線圈總匝數(shù)。QL為初級(jí)回路有載品質(zhì)因數(shù)，一般取210。兩類(lèi)功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級(jí)輸出阻抗匹配

19、。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗為 (3-27) 式中，為晶體管基極體電阻25。2）負(fù)載特性當(dāng)功率放大器的電源電壓+ucc，基極偏壓ub，輸入電壓C或稱(chēng)激勵(lì)電壓usm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖3-7所示，由圖可見(jiàn)，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過(guò)靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降uCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。 (欠壓) (臨界) C C AA(過(guò)壓) B BUCES UCC o uce o wt Ucc 0 B A C 圖3-7 諧振功放的負(fù)載特性此時(shí)，集電極輸出的功率Pc

20、和效率都較高，此時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對(duì)應(yīng)的值稱(chēng)為最佳負(fù)載電阻值，用R0表示，即 (3-28)當(dāng)Rq< R0放大器處于欠壓工作狀態(tài)，如C點(diǎn)所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)Rq > R0時(shí)，放大器處于過(guò)壓狀態(tài)，如B點(diǎn)所示，集電極電壓雖然較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是： ucc - ucm = uCES （3-29）式中，ucm集電極輸出電壓幅度。uCES晶體管飽和壓降。三、主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法1、

21、輸出功率高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負(fù)載RL上得到的最大不失真功率。對(duì)于圖3-1所示的電路中，由于負(fù)載RL與丙類(lèi)功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合方式，實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗RO上的功率等于負(fù)載RL上的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻放大器的輸出功率，即測(cè)量功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)的連接電路如圖3-8所示，其中高頻信號(hào)發(fā)生器提供激勵(lì)信號(hào)電壓與諧振頻率，示波器監(jiān)測(cè)波形失真，直流毫安表mA測(cè)量集電極的直流電流，高頻電壓表V測(cè)量負(fù)載RL的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時(shí)才能進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量?？梢酝ㄟ^(guò)高頻電壓表V及直流毫安表mA的指針來(lái)判斷集電極回路是否諧振

22、，即電壓表V的指示為最大，毫安表mA的指示為最小時(shí)集電極回路處于諧振。當(dāng)然用掃頻儀測(cè)量回路的幅頻特性曲線，使中心頻率處的幅值最大也可以。圖3-8 高頻功放的測(cè)試電路放大的輸出功率可以由下式計(jì)算： (3-30) 式中，uL為高頻電壓表V的測(cè)量值。2、效率高頻功率放大器的總效率由晶體管集電極的效率和輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率決定。而輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率通常是由電感、電容在高頻工作時(shí)產(chǎn)生一定損耗而引起的。放大器的能量轉(zhuǎn)換效率主要由集電極的效率所決定。所以常將集電極的效率視為高頻功率放大器的效率，用表示，即 (3-31) 利用圖3-8所示電路，可以通過(guò)測(cè)量來(lái)計(jì)算功率放大器的效率，集電極回路諧振時(shí)，的值由下式計(jì)算

23、： (3-32)式中，uL為高頻電壓表的測(cè)量值；ICO為直流毫安表的測(cè)量值。3、功率增益放大器的輸出功率Po與輸入功率Pi之比稱(chēng)為功率增益，用Ap（單位：dB）表示，見(jiàn)式（3-10）。四、電路的確定1、本實(shí)驗(yàn)由兩級(jí)組成：激勵(lì)級(jí)由甲類(lèi)功放組成，功放級(jí)由丙類(lèi)功放組成，電源供電為12V，功放管使用3DG12C。本實(shí)驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率P0 125mw，工作中心頻率f0 = 10.7MHz，負(fù)載RL=50。2、確定電路和參數(shù)激勵(lì)級(jí)QE1采用甲類(lèi)放大，因此基極偏壓采用固定偏壓形式，靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ=7mA。直流負(fù)反饋電阻為300，交直流負(fù)反饋電阻為10，集電極輸出由變壓器耦合輸出到下一級(jí)。諧振電容取

24、120P，根據(jù)前面的理論推導(dǎo)，變壓器TE1的參數(shù)為N初級(jí)N次級(jí)=2.56， 初級(jí)取18匝，次級(jí)取7匝。功放級(jí)QE2采用丙類(lèi)放大。導(dǎo)通角為70º，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，其中直流反饋電阻為30，交直流反饋電阻為10，集電極諧振回路電容為120P，負(fù)載為50，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N3=6匝 N1=9匝 N2=23匝最終電路如附圖G1所示。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參看附圖G1，在主箱上正確插好發(fā)射模塊，對(duì)照發(fā)射模塊中的高頻諧振功放部分，正確連接電路電源線，12V孔接+12V， GND接GND（從電源

25、部分+12V和GND插孔用連接線接入），接上電源通電(若正確連接了,擴(kuò)展板上的電源指示燈將會(huì)亮)。1、開(kāi)關(guān)K2向右撥，調(diào)節(jié)WE1，使QE1的發(fā)射極電壓VE=2.2V（即用萬(wàn)用表測(cè)量QE1的發(fā)射極對(duì)地的電壓）。2、連接JE3、JE6。3、使用BT3型頻率特性測(cè)試儀，調(diào)整TE1、TE2，使得TE1初級(jí)與CE7，TE2初級(jí)與CE4諧振均在10.7MHz，同時(shí)測(cè)試整個(gè)功放單元的幅頻特性曲線，使峰值在10.7MHz處（如果沒(méi)有BT-3型頻率特性測(cè)試儀，則這一步不作要求）。4、從INE1處輸入10.7MHz的載波信號(hào)（此信號(hào)由高頻信號(hào)源提供，參考高頻信號(hào)源的使用），信號(hào)大小為VP-P=250mV左右。用示

26、波器探頭在TTE1處觀察輸出波形，調(diào)節(jié)TE1、TE2，使輸出波形不失真且最大。5、觀察放大特性：從INE1處輸入10.7MHz載波信號(hào)，信號(hào)大小從VP-P=0mV開(kāi)始增加,用示波器探頭觀察QE2的發(fā)射極電壓波形，直至觀察到有下凹的電流波形為止，此時(shí)說(shuō)明QE2進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)（如果下凹的電流波形左右不對(duì)稱(chēng)，則微調(diào)TE1可使其非對(duì)稱(chēng)性得到適當(dāng)?shù)馗纳疲?。如果再繼續(xù)增加輸入信號(hào)的大小，則可以觀測(cè)到下凹的電壓波形的下凹深度增加。（20Mhz示波器探頭，如果用×1檔看下凹不明顯，則用×10檔看。）6、觀察負(fù)載特性：輸入信號(hào)為Vp-p=250mV左右 （由高頻信號(hào)源提供的載波）。調(diào)中周TE1

27、、TE2（此時(shí)負(fù)載應(yīng)為50，JE3、JE6均連上），使電路諧振在上（此時(shí)從TTE1處用示波器觀察，波形應(yīng)不失真，且最大）。微調(diào)輸入信號(hào)大小，在QE2的發(fā)射極處觀察，使放大器處于臨界工作狀態(tài)。改變負(fù)載（組合JE3、JE4、JE5的連接）使負(fù)載電阻依次變?yōu)?5（51|51）51100。用示波器在QE2的發(fā)射極處能觀察到不同負(fù)載時(shí)的電流波形（由欠壓、臨界至過(guò)壓）。在改變負(fù)載時(shí)，應(yīng)保證輸入信號(hào)大小不變（即在最小負(fù)載50時(shí)處于臨界狀態(tài)）。同時(shí)在不同負(fù)載下，電路應(yīng)處于最佳諧振（即在TTE1處觀察到的波形應(yīng)最大且不失真。20Mhz示波器探頭，如果用×1檔看下凹不明顯，則用×10檔看。）7

28、、測(cè)量負(fù)載特性（選做）用高頻電壓表測(cè)量負(fù)載電阻上的電壓，改變負(fù)載電阻RL（參照步驟4），記下相應(yīng)的電流ICO和電壓VL，并且計(jì)算當(dāng)RL=50時(shí)的功率和效率。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、畫(huà)出放大器三種工作狀態(tài)的電流波形。2、繪出負(fù)載特性曲線。七、實(shí)驗(yàn)儀器1、BT-3頻率特性測(cè)試儀（選項(xiàng)） 一臺(tái)2、高頻電壓表（選項(xiàng)） 一臺(tái)3、20MHz雙蹤模擬示波器 一臺(tái)4、萬(wàn)用表 一塊5、調(diào)試工具 一套實(shí)驗(yàn)二 正弦波振蕩器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握晶體管（振蕩管）工作狀態(tài)、反饋大小對(duì)振蕩幅度與波形的影響。2、掌握改進(jìn)型電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測(cè)量方法。3、研究外界條件變化對(duì)振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。4、比

29、較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度高的原因理解。二、 實(shí)驗(yàn)原理與線路正弦波振蕩器是指振蕩波形接近理想正弦波的振蕩器，這是應(yīng)用非常廣泛的一類(lèi)電路，產(chǎn)生正弦信號(hào)的振蕩電路形式很多，但歸納起來(lái)，不外是RC、LC和晶體振蕩器三種形式。在本實(shí)驗(yàn)中，我們研究的主要是LC三端式振蕩器及晶體振蕩器。LC三端式振蕩器的基本電路如圖（4-1）所示：根據(jù)相位平衡條件，圖中構(gòu)成 振蕩電路的三個(gè)電抗中間，X1、X2必須為同性質(zhì)的電抗，X3必須為異性質(zhì)的電抗，且它們之間應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系式：X3 = （X1+X2） （4-1） 這就是LC三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則。圖4-1 三端式振蕩器的

30、交流 等效電路若X1和X2均為容抗，X3為感抗，則為電容三端式振蕩電路；若X1和X2均為感抗，X3為容抗，則為電感三端 式振蕩器。 下面以電容三端式振蕩器為例分析其原理。1、 電容三端式振蕩器共基電容三端式振蕩器的基本電路如圖4-2所示。圖中C3為耦合電容。由圖可見(jiàn)：與發(fā)射極連接的兩個(gè)電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極連接的為兩個(gè)異性質(zhì)的電抗元件C2和L，根據(jù)前面所述的判別準(zhǔn)則，該電路滿(mǎn)足相位條件。若要它產(chǎn)生正弦波，還須滿(mǎn)足振幅，起振條件，即：圖4-2 共基組態(tài)的“考華茲”振蕩器 AO·F1 (4-2)式中AO為電路剛起振時(shí)，振蕩管工作狀態(tài)為小信號(hào)時(shí)的電壓增益；F是反饋系數(shù)

31、，只要求出AO和F值，便可知道電路有關(guān)參數(shù)與它的關(guān)系。為此，我們畫(huà)出圖4-2的簡(jiǎn)化，y參數(shù)等效電路如圖4-3所示，其中設(shè)yrb0 yob0，圖中GO為振蕩回路的損耗電導(dǎo)，GL為負(fù)載電導(dǎo)。 圖4-3 簡(jiǎn)化Y參數(shù)等效電路由圖可求出小信號(hào)電壓增益AO和反饋系數(shù)F分別為 式中： 經(jīng)運(yùn)算整理得 式中： 當(dāng)忽略yfb的相移時(shí)，根據(jù)自激條件應(yīng)有 N=0 及 (4-3)由N=0，可求出起振時(shí)的振蕩頻率，即 則X1X2X3gibGp=X1+X2+X3將X1X2X3的表示式代入上式，解出： 當(dāng)晶體管參數(shù)的影響可以忽略時(shí)，可得到振蕩頻率近似為 (4-4) 式中： 是振蕩回路的總電容。由式(4-3)求M，當(dāng)時(shí) 則反饋

32、系數(shù)可近似表示為： (4-5)則 由式（4-3）可得到滿(mǎn)足起振振幅條件的電路參數(shù)為： (4-6)此式給出了滿(mǎn)足起振條件所需要的晶體管最小正向傳輸導(dǎo)納值。式（4-6）也可以改寫(xiě)為 不等式左端的 是共基電壓增益，顯然F增大時(shí)，固然可以使TO增加，但F過(guò)大時(shí)，由于gib的影響將使增益降低，反而使TO減小，導(dǎo)致振蕩器不易起振，若F取得較小，要保證TO1，則要求Yfb很大，可見(jiàn)，反饋系數(shù)的取值有一合適的范圍，一般取F=1/81/2。2、 振蕩管工作狀態(tài)對(duì)振蕩器性能的影響對(duì)于一個(gè)振蕩器，當(dāng)其負(fù)載阻抗及反饋系數(shù)F已經(jīng)確定的情況，靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)振蕩器的起振以及穩(wěn)定平衡狀態(tài)（振幅大小，波形好壞）有著直接的影

33、響，如圖4-4中（a）和（b）所示。 (a)工作點(diǎn)偏高 (b)工作點(diǎn)偏低圖4-4 振蕩管工作態(tài)對(duì)性能的影響圖4-4（a）工作點(diǎn)偏高，振蕩管工作范圍易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗的降低將會(huì)使振蕩波形嚴(yán)重失真，嚴(yán)重時(shí)，甚至使振蕩器停振。圖4-4（b）中工作點(diǎn)偏低，避免了晶體管工作范圍進(jìn)入飽和區(qū)，對(duì)于小功率振蕩器，一般都取在靠近截止區(qū)，但是不能取得太低，否則不易起振。一個(gè)實(shí)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。在實(shí)際中，我們將會(huì)看到輸出幅度隨著靜態(tài)電流值的增加而增大。但是如靜態(tài)電流取得太大，不僅會(huì)出現(xiàn)圖4-4（a）所示的現(xiàn)象，而且由于晶體管的輸入電阻變小同樣會(huì)使振蕩幅度變小

34、。所以在實(shí)用中，靜態(tài)電流值一般取ICO = 0.5mA5mA。為了使小功率振蕩器的效率高，振幅穩(wěn)定性好，一般都采用自給偏壓電路，我們以圖4-2所示的電容三端式振蕩器電路為例，簡(jiǎn)述自偏壓的產(chǎn)生。圖中，固定偏壓VB由R1和R2所組成的偏置電路來(lái)決定，在忽略IB對(duì)偏置電壓影響的情況下，可以認(rèn)為振蕩管的偏置電壓UBE是固定電壓VB和Re上的直流電壓降共同決定的，即由于Re上的直流壓降是由發(fā)射極電流IE建立的，而且隨IE的變化而變化，故稱(chēng)自偏壓。在振蕩器起振之前，直流自偏壓取決于靜態(tài)電流IEO和Re的乘積，即 VBEQ=VB-IEQ·Re一般振蕩器工作點(diǎn)都選得很低，故起始自偏壓也較小，這時(shí)起始

35、偏壓VBEQ為正偏置，因而易于起振，如圖4-5（a）所示，圖中Cb上的電壓是在電源接通的瞬間VB對(duì)電容Cb充電在上建立的電壓；Rb是R1與R2的并聯(lián)值。根據(jù)自激振蕩原理，在起振之初，振幅迅速增大，當(dāng)反饋電壓Uf對(duì)基極為正半周時(shí)，基極上的瞬時(shí)偏壓UBE=UBEQ+Uf變得更正， ic增大，于是電流通過(guò)振蕩管向Ce充電，如圖4-5（b）所示。電流向Ce充電的時(shí)間常數(shù)充=RD·Ce，(a) (b) 圖 自給編壓形成RD是振蕩管BE結(jié)導(dǎo)通時(shí)的電阻，一般較?。◣资綆装贇W），所以充較小，Ce上的電壓接近Uf的峰值。當(dāng)Uf負(fù)半周，偏置電壓減小，甚至成為截止偏壓，這時(shí)，Ce上的電荷將通過(guò)Re放電，

36、放電的時(shí)間常數(shù)為放=Re·Ce，顯然放>>充，在Vf的一周期內(nèi)，積累電荷比釋放的多，所以隨著起振過(guò)程的不斷增強(qiáng)，即在Re上建立起緊跟振幅強(qiáng)度變化的自偏壓，經(jīng)若干周期后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在Ce上建立了一個(gè)穩(wěn)定的平均電壓IEO·Re，這時(shí)振蕩管BE之間的電壓：VBEO=VBIEO·Re因?yàn)镮EOIEQ，所以有UBEOUBEQ，可見(jiàn)振蕩管BE間的偏壓減小，振蕩管的工作點(diǎn)向截止方向移動(dòng)。這種自偏壓的建立過(guò)程如圖4-6所示。由圖看出，起振之初，（0t1之間），振幅較小，振蕩管工作在甲類(lèi)狀態(tài)，自偏壓變化不大，隨著正反饋?zhàn)饔?，振幅迅速增大，進(jìn)入非線性工作狀態(tài)，自偏壓急劇

37、增大，使UBE變?yōu)榻刂蛊珘?。振蕩管的非線性工作狀態(tài)，反過(guò)來(lái)又限制了振幅的增大?？梢?jiàn)，這種自偏壓電路起振時(shí)，存在著振幅與偏壓之間相互制約、互為因果的關(guān)系。在一般情況下，若ReCe的數(shù)值選得適當(dāng)，自偏壓就能適時(shí)地緊跟振幅的大小而變化。正是由于這兩種作用相互依存、又相互制約的結(jié)果。如圖4-6所示，在某一時(shí)刻t2達(dá)到平衡。這種平衡狀態(tài)，對(duì)于自偏壓來(lái)說(shuō)，意味著在反饋電壓的作用下，Ce在一周期內(nèi)其充電與放電的電量相等。因此，b、e兩端的偏壓UBE保持不變，穩(wěn)定在UBEZ。對(duì)于振幅來(lái)說(shuō)，也意味著在此偏壓的作用下，振幅平衡條件正好滿(mǎn)足輸出振幅為UFZ的等幅正弦波。圖4-6 起振時(shí)直流偏壓的建立過(guò)程3、 振蕩器

38、的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，這表示在一定的時(shí)間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度、振蕩頻率的相對(duì)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(lái)說(shuō)就是力求減小振蕩頻率受溫度、負(fù)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變化時(shí)保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)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(fù)溫度系數(shù)的電容，以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償作用，或采用部分接入

39、的方法以減小不穩(wěn)定的晶體管極間電容和分布電容對(duì)振蕩頻率的影響。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(dá)百萬(wàn)數(shù)量級(jí)，所以晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器高很多。4、 實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)附圖G4電源供電為12V，振蕩管Q1為3DG12C。隔離級(jí)晶體管Q2也為3DG12C，LC振工作頻率為10.7MHz，晶體振為10.245MHz。1）靜態(tài)工作電流的確定選ICQ=2mA VCEQ=6V =60則有R3+R4=為提高電路的穩(wěn)定性RE值適當(dāng)增大，取R4=1K則R3=2K則uEQ=ICQ·RE=2×1=2V IBQ=

40、ICQ/=1/30mA取流過(guò)R2的電流為10IBQ 則R2=7.8K （取=0.6V） 取R2=5.1K，則R1+W1=30.9K取R1=10K， W1為47K的可調(diào)電阻。2）確定主振回路元器件 當(dāng)為L(zhǎng)C振蕩時(shí)， f0=10.7MHz 設(shè)L =2.2H 則 C=C6+C5|C4|C1+CC2 取C5為24P，C6為68P，CC2為525P的可調(diào)電容。 而C4/（C1+C4）=1/21/8 則取C1=100P 而對(duì)于晶體振蕩，只并聯(lián)一可調(diào)電容進(jìn)行微調(diào)即可。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參照附圖G4，在主箱上正確插好環(huán)形混頻模塊，對(duì)照環(huán)形混頻模塊中的正弦波振蕩器部分，正確連接電路電源線，12V孔接+12V， GN

41、D接GND（從電源部分+12V和GND插孔用連接線接入），接上電源通電(若正確連接了,擴(kuò)展板上的電源指示燈將會(huì)亮)。1、 開(kāi)關(guān)K2向下?lián)?，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)：斷開(kāi)J52、J53，調(diào)W1使VE=2V(即測(cè)R4兩端的電壓)。2、 （1）連接好J54、J52，調(diào)節(jié)可調(diào)電容CC2，通過(guò)示波器和頻率計(jì)在TT1處觀察振蕩波形，并使振蕩頻率為10.7MHz；然后調(diào)節(jié)W2，使輸出信號(hào)最大且不失真。（2）斷開(kāi)J52、J54，連接J53、J55，微調(diào)CC1，使振蕩頻率為10.245MHz。3、 觀察振蕩狀態(tài)與晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系。斷開(kāi)J53，連好J52、J55，用示波器在TT1觀察振蕩波形，調(diào)節(jié)W1，觀察TT1處波形

42、的變化情況，并測(cè)量波形變化過(guò)程中振蕩管的發(fā)射極電壓（多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)）且計(jì)算對(duì)應(yīng)的IE。4、 觀察反饋系數(shù)對(duì)振蕩器性能的影響（只作LC振蕩）。用示波器在TT1處觀察波形。分別連接J54、J55、J56或組合連接使反饋系數(shù)等于1/2、1/3、1/4、1/100時(shí)，觀察幅度的變化并實(shí)測(cè)，反饋系數(shù)是否與計(jì)算值相符，同時(shí)，分析反饋大小對(duì)振蕩幅度的影響。5、 比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度。分別接通J53、J52，在TT1處用頻率計(jì)觀察頻率變化情況。6、 觀察溫度變化對(duì)振蕩頻率的影響。分別接通J53、J52，用電吹風(fēng)在距電路15cm處對(duì)著電路吹熱風(fēng)，用頻率計(jì)在TT1處觀察頻率變化情況。四、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

43、1、 整理實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，并用所學(xué)理論加以分析。2、 比較LC振蕩器與晶體振蕩器的優(yōu)缺點(diǎn)。3、 分析為什么靜態(tài)電流Ieo增大，輸出振幅增加，而Ieo過(guò)大反而會(huì)使振蕩器輸出幅度下降？五、 實(shí)驗(yàn)儀器1、雙蹤示波器 一臺(tái)2、萬(wàn)用表 一塊3、調(diào)試工具 一套實(shí)驗(yàn)三 集電極調(diào)幅與大信號(hào)檢波一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 進(jìn)一步加深對(duì)集電極調(diào)幅和二極管大信號(hào)檢波工作原理的理解；2、 掌握動(dòng)態(tài)調(diào)幅特性的測(cè)試方法；3、 掌握利用示波器測(cè)量調(diào)幅系數(shù)ma的方法；4、 觀察檢波器電路參數(shù)對(duì)輸出信號(hào)失真的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理與線路1、 原理(1) 集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過(guò)集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個(gè)集電極電源受調(diào)制信號(hào)控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類(lèi)工作狀態(tài)。集電極調(diào)幅的基本原理電路如圖51所示：圖51 集電極調(diào)幅原理電路 圖中，設(shè)基極激勵(lì)信號(hào)電壓（即載波電壓）為：o = Vocosot則加在基射極間的瞬時(shí)電壓為B = VBE + Vocosot調(diào)制信號(hào)電壓 加在集電極電路中，與集電極直流電壓VCC串聯(lián)，