高頻電子線路實驗

高頻電子線路實驗講義侯長波宮芳編哈爾濱工程大學電工電子教學中心高頻課程組2014年9月目錄基礎實驗（一）小信號諧振放大器的設計 ····························1一、實驗目的 1二、實驗原理及電路 1三、實驗器材 8四、實驗內容及要求 9五、實驗步驟 9六、實驗預習要求 10七、實驗報告要求 10基礎實驗（二）丙類功率放大器的設計 ·····························11一、實驗目的 11二、實驗原理及電路 11三、實驗器材 13四、實驗內容及要求 13五、實驗步驟 13六、實驗預習要求 15七、實驗報告要求 15基礎實驗（三）LC振蕩器與晶體振蕩器的設計 ·························16一、實驗目的 16二、實驗原理及電路 16三、實驗器材 21四、實驗內容及要求 21五、實驗步驟 22六、實驗預習要求 23七、實驗報告要求 23基礎實驗（四）振幅調制與解調電路的研究 ···························24一、實驗目的 24二、實驗原理及電路 24三、實驗器材 29四、實驗內容及要求 29五、實驗步驟 30六、實驗預習要求 31七、實驗報告要求 31課程設計（一）調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計 ······························32一、實驗目的 32二、實驗原理及電路 32三、實驗器材 35四、實驗內容及要求 35五、實驗步驟 36六、實驗預習要求 37七、實驗報告要求 37課程設計（二）調幅接收系統(tǒng)的設計 ······························38一、實驗目的 38二、實驗原理及電路 38三、實驗器材 41四、實驗內容及要求 41五、實驗步驟 41六、實驗預習要求 43七、實驗報告要求 43課程設計（三）調頻發(fā)射系統(tǒng)的設計 ······························44一、實驗目的 44二、實驗原理及電路 44三、實驗器材 46四、實驗內容及要求 46五、實驗步驟 46六、實驗預習要求 47七、實驗報告要求 47課程設計（四）調頻接收系統(tǒng)的設計 ······························48一、實驗目的 48二、實驗原理及電路 48三、實驗器材 49四、實驗內容及要求 50五、實驗步驟 50六、實驗預習要求 51七、實驗報告要求 52附錄1調幅發(fā)射系統(tǒng)總體原理圖 ·······························53附錄2調幅接收系統(tǒng)總體原理圖 ·······························54附錄3調頻發(fā)射系統(tǒng)總體原理圖 ·······························55附錄4調頻接收系統(tǒng)總體原理圖 ·······························56參考文獻···········································57基礎實驗（一）小信號諧振放大器的設計一、實驗目的1、熟悉小信號諧振放大器的工作原理及工程估算的方法。2、掌握小信號諧振放大器主要性能指標（電壓增益、選擇性、通頻帶）的調試方法。3、研究電路參數對小信號諧振放大器技術指標的影響。4、了解函數/任意波形發(fā)生器、數字示波器、數字合成掃頻儀、高頻 Q表的基本原理，學習它們的使用方法。二、實驗原理及電路（一）實驗原 理高頻小信號諧振放大器是通信設備中常用的功能電路。 “高頻”是指被放大信號的頻率在數百千赫茲至數百兆赫茲， “小信號”是指放大器輸入信號小，可以認為放大器的晶體管（或場效應管）是在線性范圍內工作。諧振放大器的主要特點是晶體管的集電極負載不是純電阻，而是由 LC組成的并聯諧振回路。由于 LC并聯諧振回路的阻抗是隨頻率變化的，在諧振頻率f0 12 LC 處，其阻抗是純電阻且達到最大值， 此時放大器具有最大的電壓放大倍數，偏離諧振頻率，放大倍數就會迅速減少。因此，這種放大器可以有選擇性地放大所需要的頻率信號，而抑制不需要的信號或外界干擾噪聲。諧振放大器的主要性能指標有：1、諧振電壓放大倍數 Au0放大器諧振時輸出電壓與輸入電壓的比值，即最大的電壓放大倍數。2、通頻帶單諧振放大器的諧振特性如圖 1-1所示。通頻帶定義為電壓放大倍數下降到諧振電壓放大倍數的 0.707倍時所對應的上下限頻率之差。其理論計算公式為BW 2f0.7 f0QL

（式1-1）式1-1中，QL為諧振回路的有載品質因數，而QLRCL，其中R是與LC相并聯的回路等效損耗電阻。R增大，QL就越大，通頻帶變窄。1圖1-1 單諧振放大器的諧振特性3、選擇性選擇性是指放大器對不同失諧頻率的干擾信號的抑制能力。 理想情況下，通頻帶以外的信號應衰減為 0，在實際中通常用矩形系數來衡量放大器諧振曲線接近理想矩形的程度。它定義為電壓放大倍數下降到諧振電壓放大倍數的 0.1倍時對應的頻率帶寬2f0.1與電壓放大倍數下降到諧振電壓放大倍數的0.707倍時對應的頻率帶寬2f0.7之比，即KV0.12f0.12f0.72f0.1BW（式1-2）矩形系數越接近1，諧振放大器的選擇性也就越好。（二）實驗電路小信號諧振放大器實驗電路原理圖如圖1-2所示。圖1-2中，由三極管Q1及偏置電阻、集電極回路組成單級單諧振放大器，電路中的C4為輸入耦合電容，RP1、R3、R4是基極偏置電阻，調整RP1可改變靜態(tài)工作點，R5、C5為發(fā)射極偏置電阻及高頻旁路電容，諧振電路由變壓器T1的初級及電容C2、C3構成，C3為可變電容，調整C3可以改變諧振頻率，R1為回路阻尼電阻，可用來改變諧振回路的品質因數。2圖1-2 小信號諧振放大器實驗電路原理圖（三）電路調 試方法電路焊接完成之后，首先應調整電路的直流工作點。電路中基極偏置電阻和發(fā)射極電阻決定晶體管的靜態(tài)工作狀態(tài)。改變基極偏值電阻比值，可改變晶體管基極電壓，進而改變晶體管的靜態(tài)工作點，使晶體管工作在線性放大狀態(tài)，其調試方法與阻容耦合放大器相同。對于諧振放大器的頻率特性、增益的調整與測試，一般有兩種方法，一種是逐點法；一種是掃頻法，后者比較簡單、直觀。1、逐點法所謂逐點法，就是以高頻信號發(fā)生器為信號源，逐點改變信號源輸出頻率，用示波器或電壓表連接放大器的輸出端， 觀察和測量輸出電壓，進而得出被測電路的幅頻特性。（1）諧振頻率的調試為了使小信號諧振放大器處于諧振狀態(tài)，必須進行調諧。調諧時，首先將高頻信號發(fā)生器的輸出頻率置于f0上，輸出幅度調到適當大小，接到被測電路的輸入端，然后將示波器接到被測電路的輸出端，調整放大器諧振回路中的微調元件，使放大器的輸出電壓達到最大值，此時回路便被調諧于工作頻率 f0上。在調整過程中，應注意幾點：第一，信號源輸出幅度不能過大而使放大器進入非線性狀態(tài)，將使調諧不準；第二，當信號源輸出端接到輸入端時，應有隔直電容，否則信號源的接入會影響放大器的直流工作點；第三，在調諧回路的電感3或電容時，最好使用無感螺絲刀；第三，需要考慮測量儀器對諧振電路的影響，如示波器輸入電容對諧振電路諧振頻率的影響。（2）幅頻特性的調試當中心頻率調整好后，就可測試放大器的頻率特性了。 在輸出幅度不超過放大器線性動態(tài)范圍的條件下，保持輸入電壓幅度不變，在諧振頻率f0兩旁逐點改變信號頻率，用示波器測出相應的輸出電壓U0，計算出各頻率點的放大倍數Au，就可描出放大器的諧振曲線Auf，如圖1-1所示，從曲線上即可求出2f0.7和2f0.1。若這些指標的測量值與設計值相差較遠， 應根據它們的表達式分析。例如放大倍數Au0較小，可以通過調整靜態(tài)工作點 IC，接入系數p1或更換β較大的晶體管，使Auo增加。如果2f0.7過窄，可以通過減小阻尼電阻 R，從而增加插入損耗使2f0.7變寬。由于分布參數的影響，放大器的各項技術指標滿足要求后的元件參數與設計計算值有一定偏差。采用逐點法測量，調整起來比較麻煩，花費的時間也比較多。因此目前采用較多的方法是掃頻法，用頻率特性測試儀直接測量回路的諧振曲線。2、掃頻法掃頻測量法是將等幅掃頻信號加至被測電路輸入端，檢波探頭對被測電路的輸出信號進行峰值檢波，并將檢波所得信號送往示波器Y軸電路，該信號的幅度變化正好反映了被測電路的幅頻特性，因而在屏幕上能直接觀察到被測電路的幅頻特性曲線。由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，在示波器屏幕上可直接顯示出被測電路的幅頻特性。SP3000系列全數字頻率特性掃頻儀是一臺集網絡分析、掃頻測量、點頻信號等多種測量為一體的智能化測試儀器，用它可測定無線電設備（如寬帶放大器，中頻放大器，高頻放大器，濾波器等有源和無源四端網絡的幅頻特性，阻抗，-3dB帶寬，Q值等）的頻率特性。測試方法見下例。（1）典型測量順序第一步：輸入測量參數。操作者可使用儀器面板按鍵或旋鈕輸入自己需要的掃描信號源輸入通道及顯示參數等的具體測量參數。4第二步：校準掃頻儀。在開始使用儀器時，建議最好進行儀器的頻率校準，儀器可提供高精確的測量結果（校準是對當前設置的參數進行校準），如圖 1-3所示。圖1-3 SP3000系列全數字頻率特性掃頻儀校準連接圖第三步：連接設備，按圖 1-4a連接方式連接被測設備。第四步：觀察測量結果。連接完成后，調整儀器的信號輸出、顯示參數，利用儀器提供的頻標功能，以及-3dB帶寬，Q值測量等功能，來觀察和測量你所需要的參數數值。（2）具體的測量介紹①幅頻特性例：測量一個帶寬為 30M左右的放大器的增益和帶寬的操作如下。5圖1-4a圖1-4b圖1-4c圖1-4SP3000系列全數字頻率特性掃頻儀幅頻特性測量連接圖第一步：按【頻率】鍵，進入頻率參考設置菜單，起始頻率設置為1MHz，終止頻率設置為 40MHz。第二步：按【顯示】鍵，進入顯示參數設置菜單，顯示方式置 log顯示刻度10dB/div，參考電平置-30dBm，參考位置4，顯示格式為絕對方式（ ABS）。第三步：按【電平】鍵，進入電平參數設置菜單，輸出電平置為 -30dBm，輸出阻抗50歐/75歐根據負載選擇。第四步：將射頻輸出與輸入用射頻電纜連接。第五步：按【校正】鍵，進入校正設置菜單，進行頻率自動校準，校準后，掃描曲線如圖1-4b所示，這時A的位置如圖1-4b所示。6第六步：按圖1-4a所示連接被測網絡，此時增益線由A到B的位置如圖1-4c所示。第七步：進入【頻標】菜單，使用旋鈕或數字輸入，設置需要讀數的頻率點，顯示格式選擇REL狀態(tài)，然后就可以在屏幕的右上角讀出相應頻率點的增益數。用旋鈕調整頻率標記的頻率點，可以測量放大器的帶寬，也可以直接打開-3dB帶寬測量。-3dB寬帶測量和Q值測量如：測一個455k的陶瓷諧振器圖1-5a圖1-5b圖1-6SP3000系列全數字頻率特性掃頻儀測量連接圖第一步：將輸出輸入用 BNC相接。按【頻率】鍵，進入頻率設置參數菜單，起始頻率設置為 440k，終止頻率設置為 460k。7第二步：按【顯示】鍵，進入顯示設置菜單，顯示方式置 log，顯示刻度10dB\div。第三步：按【電平】鍵，進入電平設置菜單，輸出電平置 -10dBm。第四步：按【校正】鍵，進入校正設置，按頻率校正，進行頻率校正。第五步：將被測件按圖 1-5a方式連接。第六步：按【頻標 】鍵，進入頻標功能設置菜單，后按【峰值搜尋】復用鍵搜尋最大值和最小值。第七步：按【自動居中】復用鍵，把最大值移動到中心位置。第八步：按【Q值測量】鍵，打開 Q值測量功能，儀器自動測量器件的 Q值，并在屏幕的下方顯示數值。注：以上測試方式，須將輸出電平置合適的位置，以免影響測量值。三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4SP301201臺數字合成掃頻儀（共用）5QBG-3D1臺高頻Q表（共用）6數字萬用表1塊自備（二）實驗材料序號型號數量說明1印制萬用板1塊小信號諧振放大器實驗板2NXO-1001個繞制變壓器390141個45-30pF可調電容1個5100k電位器1個6碳膜電阻若干自取7瓷片電容若干自取8導線、焊錫若干自取8四、實驗內容及要求1、實驗電路技術指標要求： f0 10MHz，Auo 20dB，2f0.7 (1~2)MHz。2、在印制電路板上焊接電路，焊接完畢檢查無誤后方可進行通電調試。3、調整并測試三極管的靜態(tài)工作點。4、用逐點法測試并調整放大器的各項技術指：中心頻率 f0、電壓增益Au0、通頻帶2f0.1，矩形系數Kr0.1，使其符合技術指標要求。5、研究電路參數（靜態(tài)工作點、回路阻尼電阻）對放大器技術指標Au0和2f0.7的影響。6、用數字頻率特性掃頻儀測量放大器的各項技術指標。（選作）五、實驗步驟1、使用磁環(huán)NXO-100繞制高頻變壓器 T1，初級次級比為 3:1。2、在印制電路板上焊接電路。焊接前，需測量電阻值是否取用正確；焊接完畢后，使用萬用表檢查焊接有無短路， 變壓器是否焊接可靠，檢查無誤后方可進行通電調試。3、測量晶體管的靜態(tài)工作點：調整可調電阻RP1，使IEQ1~4mA，測量相應的基極電位UBQ和集電極電位UCQ，并完成表1所要求的項。表1靜態(tài)工作點的測試數據實測值 由實測值計算 判斷三極管 Q1是否工作在放大狀態(tài)UBQ/V UEQ/V UCQ/V ICQ/mA UCEQ/V 是/否注：放大區(qū)應滿足的條件是： UBEQUBQUEQ0.6V~0.7V，UCEQUCQUEQ1V。4、調整放大器諧振頻率（ 10MHz）由信號發(fā)生器輸出頻率為 10MHz的高頻信號（VPP=20～100mV，保證輸出信號不失真），接至諧振放大器的輸入端，用示波器在輸出端觀察輸出電壓，慢慢微調可變電容 C3使輸出波形幅度最大。此時，增大和降低信號源輸出頻率，檢驗放大器是否調諧于 10MHz。5、測量諧振電壓放大倍數諧振時，用示波器測量放大器的輸入和輸出電壓，計算電壓放大倍數。6、測量放大器的幅頻特性曲線9在保持輸入信號幅度不變的條件下，記錄輸出電壓為最大輸出電壓的 0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1倍時所對應的上下邊頻，填入表2，繪出諧振曲線，并求通頻帶和矩形系數。表2諧振特性曲線的測量結果Uo/VUo/Uomax0.10.20.30.40.50.60.70.80.91fin上邊頻/MHzf0fin下邊頻/MHz相對電壓放大倍數Auo7、自擬實驗方案，研究靜態(tài)工作點、回路阻尼電阻對放大電路的影響。8、用數字頻率特性掃頻儀測量放大器的各項技術指標。（選作）六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計方法，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：（1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗步驟；（5）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）為什么提高電壓增益時，通頻帶會減小？可采用哪些措施提高電壓增益？（ 2）使用高頻信號源，如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài)？怎樣測量幅頻特性曲線？七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。10基礎實驗（二）丙類功率放大器的設計一、實驗目的1、了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調諧特性，熟悉主要技術指標的測量方法。2、了解高頻功率放大器丙類工作過程以及當激勵信號、負載、電源電壓變化對功率放大器工作狀態(tài)的影響， 加深對欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)的理解。3、掌握丙類放大器的計算與設計方法。二、實驗原理及電路（一）基本原 理放大器按照電流導通角 的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型。功率放大器電流導通角 越小，放大器的效率 越高。甲類功率放大器的 180，效率 最高只能達到50%，適用于小信號低功率放大，一般作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。非線性丙類功率放大器的電流導通角 90，效率可達到 80%，通常作為發(fā)射機末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。 特點：非線性丙類功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的 1％或更小)，基極偏置為負值，電流導通角 90，為了不失真地放大信號，它的負載必須是LC諧振回路。下面介紹丙類功放的工作原理及基本關系式。1、基本關系式丙類功率放大器的基極偏置電壓 VBB是利用發(fā)射極電流的直流分量 IEO（≈ICO）在射極電阻上產生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號ui為正弦波時，集電極的輸出電流 iC為余弦脈沖波。利用諧振回路 LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓 Vc1。Vc1mIc1mRP（式2-1）式2-1中，Vc1m為集電極輸出的基波電壓的振幅；Ic1m為集電極基波電流振幅；RP為集電極回路的諧振阻抗。PO1Vc1mIc1m1Ic21mRP1Vc1m2（式2-2）222RP式2-2中，PO為集電極輸出功率。11VCCICO

（式2-3）式2-3中，P為電源VCC供給的直流功率；ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。放大器的效率為1Vc1mIc1m2VCCICO

（式2-4）2、負載特性當放大器的電源電壓VCC，基極偏壓VBB，輸入電壓(或稱激勵電壓)Uim確定后，如果電流導通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負載電阻RP。當放大器處于臨界工作點時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VCES，集電極電流脈沖接近最大值 Icm，此時集電極輸出的功率 PC和效率 都較高。RP所對應的值稱為最佳負載電阻，用 R0表示，即R0

(VCC VCES)22P0（式2-5）當Rp﹤R0時，放大器處于欠壓狀態(tài)，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 Rp＞R0時，放大器處于過壓狀態(tài)，集電極電壓雖然比較大，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：VCC Vcm VCES

（式2-6）（二）實驗電 路電路原理圖如圖2-1所示，其中L1、C7、R3、R2組成自給負偏置電路，C5不焊接，T1為高頻變壓器，采用中周變壓器TTF2-2，負載電阻可通過電阻R4、R6、RP1設置，可改變回路Q值，用來研究負載變化對工作狀態(tài)的影響，R2為發(fā)射極電流的采樣電阻，TP1測試點用來觀察發(fā)射極電流的波形。C1和C6為集電極電源濾波電容。12圖2-1高頻丙類功率放大器實驗原理圖三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4SP301201臺數字合成掃頻儀5萬用表1塊自備（二）實驗材 料序號 型號 數量 說明1 高頻丙類功率放大器實驗板 1塊四、實驗內容及要求1、實驗電路技術指標要求： f0 460 10kHz。2、研究激勵電壓、負載、電源電壓對功率放大器工作狀態(tài)的影響。五、實驗步驟1、連接電路連接直流電源（注意電源電壓 VCC 12.0V，以萬用表測量為準），取諧振功放輸出負載電阻 RL 150 。2、調諧特性的測試（中心頻率 450kHz）13將高頻信號發(fā)生器的輸出峰峰值調至約 1.8V，接至放大器的輸入端。示波器連接功率放大器輸出，測量輸出電壓大小，調節(jié)可調電容使諧振回路調諧于450kHz。3、研究激勵電壓變化對工作狀態(tài)的影響將高頻信號發(fā)生器的輸出頻率調至諧振頻率， 改變輸出信號幅度，示波器接于測試點，觀察集電極電流的脈沖形狀，研究工作狀態(tài)，記錄三種狀態(tài)下的信號源輸出電壓值，并測試在這三種狀態(tài)下的效率，填入表 1。表1激勵電壓對工作狀態(tài)影響（VV，RL150）CC12.0狀態(tài)欠壓臨界過壓Ui(VPP)UO(VPP)4、研究負載特性對工作狀態(tài)的影響在臨界狀態(tài)下（RL 150 ，高頻信號源輸出幅度為步驟 3中臨界狀態(tài)下信號源輸出幅度），示波器接于測試點，觀察集電極電流的脈沖形狀，改變負載電阻，研究工作狀態(tài)，記錄三種狀態(tài)下的信號源輸出電壓值， 并測量在這三種狀態(tài)下的效率，填入表2。表2負載特性對工作狀態(tài)影響（VVCC12.0）狀態(tài)欠壓臨界過壓RL()150UO(VPP)電源輸出電流 ICO電源輸出功率 P輸出功率 PO集電極效率5、研究電源電壓對工作狀態(tài)的影響在臨界狀態(tài)下（RL 150 ，高頻信號源輸出幅度為步驟 3中臨界狀態(tài)下信號源輸出幅度），示波器接于測試點，觀察集電極電流的脈沖形狀，改變電源電壓，研究工作狀態(tài)，記錄三種狀態(tài)下的電源電壓和輸出電壓值，填入表 3。表3 電源電壓對工作狀態(tài)影響（ RL 150 ）VCC（V）工作狀態(tài)UO(VPP)14六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：撰寫實驗預習報告：（ 1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗步驟；（5）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）如何驗證功放處于丙類？（ 2）如何調節(jié)功放工作在臨界狀態(tài)？七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。15基礎實驗（三）LC振蕩器與晶體振蕩器的設計一、實驗目的1、通過本實驗，加深對LC三點式正弦波振蕩器和晶體振蕩器工作原理及特點的理解。2、熟悉和掌握克拉潑振蕩器、西勒振蕩器和晶體振蕩器的設計及調試方法。二、實驗原理及電路（一）基本原 理正弦波振蕩電路是高頻電路中最常用的功能電路， 振蕩器是一種不需要輸入信號控制，能自動將直流電源的能量轉換為一定波形、 一定頻率的交變能量的電路。在眾多類型的振蕩電路中， LC三點式正弦波振蕩器是目前應用最廣泛的振蕩電路。振蕩電路由諧振放大器和正反饋網絡構成， LC振蕩器振蕩應滿足起振條件和平衡條件。振蕩的建立與振蕩器的起振條件：A0F＞1 (式3-1)A+ F =2nπ(n=0，1，2，?，n) (式3-2)其中，A0為當電源接通時的電壓增益。式 3-1是起振的振幅條件，其物理意義是振蕩為增幅振蕩。即振蕩從弱小電壓能夠經過多次反饋后增大， 說明自激振蕩能夠建立起來。式 3-2是起振的相位條件。其物理意義是振蕩器閉環(huán)相位差為零，即為正反饋。正反饋加增幅振蕩就能保證振蕩能建立起來。振蕩的建立與振蕩器的起振條件：AF=1(式3-3)A+F=2nπ(n=0，1，2，?，n)(式3-4)式3-3稱為振幅平衡條件，其物理意義是振蕩為等幅振蕩。式3-4稱為相位平衡條件，其物理意義是振蕩器閉環(huán)相位差為零，即為正反饋。振蕩器有一個LC并聯諧振回路，由于其選頻作用，所以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。在三點式振蕩電路中，LC選頻網絡應和晶體管的三個極分別相連，根據電路結構不同分為電容三點式和電感三點式。目前電容三點式振蕩器應用比較廣泛，其中應用較多的是改16進型的電容三點式振蕩器，即“克拉潑振蕩器”和“西勒振蕩器”。若用石英晶體作為振蕩回路元件，則構成晶體振蕩器。1、克拉潑振蕩電路原理如圖3-1所示為克拉潑振蕩電路，與普通電容三點式振蕩器的最明顯的區(qū)別是在LC諧振回路中串入了電容C3，由于C3較小，所以它可以有效地減小振蕩管極間電容的變化而引起的振蕩頻率的變化，能有效地提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度。由于C3C1，C3C2，則回路的諧振頻率主要C3決定，即振蕩器的振蕩頻率為：1(式3-5)f0LC3圖3-1克拉潑振蕩電路及等效電路2、西勒振蕩電路原理圖3-2為西勒振蕩器原理圖，西勒振蕩電路與克拉潑振蕩電路的形式與頻率穩(wěn)定度基本相同，只是在回路的電感兩端并聯一個可變電容C4。因此工作頻率主要由3、4和L的并聯諧振頻率決定，振蕩頻率為：f01，調節(jié)電容C4CC2L(C3C4)就可調節(jié)振蕩頻率。圖3-2西勒振蕩電路及等效電路173、晶體振蕩電路原理圖3-3所示為一種典型的晶體振蕩器電路，晶體連接在集電極與基極之間，構成并聯型晶體振蕩器。當振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯諧振頻率和并聯諧振頻率之間時，晶體呈感性，該電路滿足三點式振蕩器的組成原則，為電容三點式振蕩器。需要注意的是石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前，在石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測定的，實際使用時外加負載電容要與晶體的負載電容相匹配，因此在實際電路中可以在晶體的支路上串接一個可變電容， 經微調后才能獲得標稱頻率。圖3-3晶體振蕩器原理圖（二）實驗電 路正弦波振蕩器實驗總電路原理圖如圖 3-4所示，圖3-5、3-6、3-7分別是基于實驗總電路圖連接完成的克拉潑振蕩器電路、 西勒振蕩器電路、晶體振蕩器電路。圖3-4中，電路中RP1、R1、R2是基極偏置電阻，調整RP1可改變靜態(tài)工作點，R4為發(fā)射極偏置電阻，C3和C4決定反饋系數，一般反饋系數F取0.1～0.5。圖3-4 正弦波振蕩器實驗板電路原理圖18圖3-5克拉潑振蕩器電路圖圖3-6西勒振蕩器電路圖19圖3-7晶體振蕩器電路圖（三）電路調 試方法1、振蕩器靜態(tài)工作點的調試按照所設計的電路圖焊接電路板， 接通直流電源后，首先調試三極管的靜態(tài)工作點，可以通過調節(jié)滑動變阻器 RP1來調整電路的靜態(tài)工作點，使晶體管工作在合適的工作狀態(tài)，以滿足振蕩器動態(tài)特性的要求， 此時用示波器在輸出端可觀察到有不失真的正弦波輸出電壓波形。2、振蕩頻率的調整與測試振蕩頻率調整的主要方法是調節(jié)振蕩回路中的L或C，在調試的過程中應注意過大的調節(jié)L或C時會引起反饋系數F的變化，使輸出電壓的波形和幅度發(fā)生變化，因此在調試的過程中要始終觀察示波器上的振蕩波形。振蕩頻率的測量使用數字頻率計進行。3、振蕩幅度的調整與測試振蕩電路加上直流電源后，在輸出端的示波器上可觀察到輸出波形，若無振蕩波形則說明電路沒有起振，此時應首先檢查直流工作點是否合適，反饋極性是否正確，反饋系數是否合適。若輸出幅度不符合設計要求，則可通過改變靜態(tài)工作點和反饋系數來調整。4、振蕩器頻率穩(wěn)定度的測試振蕩電路經過以上調整后，波形、頻率和幅度均達到設計要求后，即可測量振蕩器的頻率穩(wěn)定度，一般測量其短期穩(wěn)定度，例如測量半小時的穩(wěn)定度，用數20字頻率計每3分鐘測量一次，共測量10次，用10次的平均值作為 f0求出相對變化量，然后計算出振蕩器 30分鐘的頻率穩(wěn)定度 fmax。f0三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DS1104Z1臺數字示波器3NFC-1000C-11臺頻率計4QBG-3D1臺高頻Q表（共用）5萬用表1塊自備（二）實驗材料序號型號數量說明1印制萬用板1塊正弦波振蕩器實驗板2NXO-1001個繞制振蕩電感390141個46MHz晶體1個55-30pF可調電容1個6100k電位器1個7碳膜電阻若干自取8瓷片電容若干自取9導線、焊錫若干自取四、實驗內容及要求1、技術指標要求：振蕩頻率 f0 6MHz，頻率穩(wěn)定度fmax110-4f0振蕩幅度Vom。0.22、在印制電路板上焊接電路，制作一個克拉潑振蕩器，進行靜態(tài)工作點調試和動態(tài)調試，使振蕩頻率、頻率穩(wěn)定度和振蕩幅度符合設計要求。3、改變反饋電容的大小，研究反饋系數對振蕩波形的影響。4、在克拉潑振蕩電路的基礎上進行電路修改，制作一個西勒振蕩器，并測出其頻率范圍和頻率穩(wěn)定度。5、在克拉潑振蕩電路的基礎上進行電路修改，制作一個晶體振蕩器，并測出其振蕩頻率和振蕩幅度。21五、實驗步驟1、電感的繞制及測量。要求：均勻繞 11圈左右，測量電感量和 Q值。指標要求：Q≥100，電感量10uH左右。2、焊接、調試克拉潑振蕩器。（1）焊接實驗電路。（2）調整靜態(tài)工作點使輸出波形滿足技術指標要求。表3-1靜態(tài)工作點的測試數據實測值由實測值計算判斷三極管Q1是否工作在放大狀態(tài)UBQ/VUEQ/VUCQ/VICQ/mAUCEQ/V是/否（3）測量輸出電壓幅度UOm和頻率穩(wěn)定度。UOm②頻率穩(wěn)定度測量記錄表3-2 頻率穩(wěn)定度測量表格f0/MHzf01f02f03f04f05f06f07f08f09f10f0測量值f0平均值ffmax/f03、焊接、調試西勒振蕩器。（1）焊接實驗電路。（2）調整靜態(tài)工作點使輸出波形滿足技術指標要求。表3-3靜態(tài)工作點的測試數據實測值由實測值計算判斷三極管Q1是否工作在放大狀態(tài)UBQ/VUEQ/VUCQ/VICQ/mAUCEQ/V是/否（3）測量輸出電壓幅度UOm和頻率穩(wěn)定度。UOm②頻率穩(wěn)定度測量記錄表3-4頻率穩(wěn)定度測量表格f0/MHzf01f02f03f04f05f06f07f08f09f10f0測量值f0平均值ffmax/f0224、焊接、調試晶體振蕩器。（1）焊接實驗電路。（2）調整靜態(tài)工作點使輸出波形滿足技術指標要求。表3-5靜態(tài)工作點的測試數據實測值由實測值計算判斷三極管Q1是否工作在放大狀態(tài)UBQ/VUEQ/VUCQ/VICQ/mAUCEQ/V是/否（3）測量輸出頻率和電壓幅度 UOm。foUOm六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：撰寫實驗預習報告：（ 1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗步驟；（5）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）如果電路不起振，是什么原因？應怎樣調試？（ 2）為了提高振蕩器的輸出幅度， 除了增加振蕩管的工作電流外， 還可以調試那些元件？七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。23基礎實驗（四）振幅調制與解調電路的研究一、實驗目的1、熟悉集成模擬乘法器MC1496的電路組成和基本工作原理，能夠正確使用MC1496構成調幅電路，實現普通調幅和雙邊帶調幅。2、研究已調波與二個輸入信號的關系，掌握調幅指數的測試方法。3、通過實驗熟悉大信號檢波器的電路組成和工作原理。4、掌握檢波器技術指標的測試方法，研究電路參數對檢波特性的影響。二、實驗原理及電路（一）基本原 理1、集成模擬乘法器 MC1496芯片介紹集成模擬乘法器是完成兩個模擬量(電壓或電流)相乘的電子器件，它是一個多用途的器件，不僅用于模擬信號的運算，而且已經應用到頻譜變換的各種電路中。MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器，其內部電路如圖4-1所示。T1、T2與T3、T4組成雙差分放大器，T5、T6組成單差分放大器用于激勵T1~T4，T7、T8及其偏置電路構成恒流源電路。引腳8和10接輸入電壓ux，引腳1和4接另一輸入電壓uy，輸出電壓從引腳6和12輸出。引腳2和3外接電阻可調節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓的動態(tài)范圍。引腳5外接電阻，用來調節(jié)恒流源電流。引腳14在雙電源供電時為負電源端，在單電源供電時為接地端。圖4-1MC1496內部電路圖2、MC1496電路原理圖24由MC1496構成的振幅調制電路如圖 4-2所示，載波信號由芯片的引腳 8和10輸入，調制信號由引腳 1和4輸入，引腳6接帶通濾波器，帶通濾波器的中心頻率應與載波的頻率相同。 偏置電阻RB使I0=2mA；R1和R2電阻分壓給8端和10端提供直流偏壓，8端為交流地電位；51Ω電阻為與傳輸電纜特性阻抗匹配；兩只10kΩ電阻與RP構成的電路，用來對載波信號調零。圖4-2MC1496應用電路圖（1）平衡調幅輸出（DSB調幅波）實驗中通過調節(jié) RP使引腳1、4兩端的直流電位差為零，那么 1、4兩端輸入的調制信號為um Umcos t；引腳8、10兩端輸入的載波信號為uc Ucmcosct，載波信號和調制信號相乘的結果為平衡調幅信號：uo(t)KucuKUcmUmcosccost1M[cos(c)tcos(c)t]KUcmU2

（式4-1）（2）普通調幅輸出（AM調幅波）實驗中通過調節(jié)RP使引腳1、4兩端的直流電位差不為零，那么相當于1、4兩端輸入的調制信號為umV直流Umcost；引腳8、10兩端輸入的載波信號為ucUcmcosct，載波信號和調制信號相乘的結果為普通調幅波信號：25uo(t) Kucu KUccos ct(V直流 U cos t）1KV直流Uccos ct KUcU[cos(c )t cos(c )t]2

（式4-2）3、大信號包絡檢波器原理調幅波的解調即是從調幅信號中取出調制信號的過程，通常稱之為檢波。調幅波解調方法有二極管包絡檢波器、同步檢波器，本實驗任務主要研究大信號包絡檢波器。圖4-3所示為大信號二極管峰值包絡檢波器電路，它是由信號源、二極管和RC低通濾波器和負載組成。適用于解調普通調幅波，輸入信號振幅大于 0.5V，利用二極管正向導通時對電容C充電，反向截止時，電容C上電壓對電阻R放電這一特性實現檢波。圖4-3 包絡檢波器原理圖（1）性能指標①檢波效率（電壓傳輸系數 Kd）檢波效率或電壓傳輸系數 Kd等于輸出低頻電壓的振幅與輸入高頻電壓包絡線的振幅之比。當輸入為高頻等幅波時，即uiUimcosit時，檢波輸出為直流電壓U0，則電壓傳輸系數KdUo。Uim當輸入為單音頻普通調幅波， 即ui Uim(1 macost)cosit時，則電壓傳輸系數Kd Um ，式中，UΩm為檢波器輸出的低頻信號振幅， maUim為輸入普通調幅波maUim包絡的振幅。②輸入電阻Ri對于高頻信號源來說，檢波器相當于一個負載，此負載就是檢波器的等效輸入阻抗，一般可用電阻和電容表示。通常把電容部分都計入到前級高頻諧振回路26電容內，因此只考慮等輸入電阻 Ri。如果二極管的耗損可以忽略不計， 則可近似認為檢波器的輸入電阻Ri1R。2（2）檢波失真①惰性失真檢波器的低通濾波器RC的數值對檢波器的特性有較大影響。電阻R越大，檢波器的電壓傳輸系數Kd越大，等效輸入電阻Ri越大，但是隨著負載電阻R的增大，RC電路的時間常數將增大，就有可能產生惰性失真。為了克服這種失真1ma2就要滿足RCmax。ma②負峰切割失真為了將調制信號傳送到負載RL上，采用了隔直電容CC來實現，由于交直流負載電阻的不同，有可能產生負峰切割失真。為了避免負峰切割失真，應滿足ma

RL RR RL R式中RRRL。RRL4、降低負峰切割失真的包絡檢波器原理圖圖4-4 包絡檢波器實驗電路圖因信號源、二極管D與負載電阻R串聯故稱為串聯檢波器。電路中直流負載電阻RLR1R25.51k交流負載電阻RR1R2R33.84kR2R3從上式可以看出R1越大，交、直流電阻差別就越小，負峰切割失真就不易產生。但是R1與R2的分壓作用，使輸出電壓減小，因此兼顧二者，R1=（0.1~0.2）27R2。為了提高檢波器的高頻率波能力，在電路中的 R2上并接了電容C3=C2=0.01μF。為了避免對輸出低頻信號產生分壓， CC取10μF。（二）實驗電 路1、振幅調制部分振幅調制實驗原理圖如圖4-5所示。P13為載波輸入接口，P15為音頻信號輸入接口。模擬乘法器的輸出采用變壓器T1將雙端信號轉變?yōu)閱味溯敵?，可提高調幅信號的平衡性。C27、C26、T1初級調諧于載波中心頻率。跳線P5和P6在短路時，可增大引腳1和4的直流電壓差，可增大調幅指數。圖4-5MC1496振幅調制實驗電路圖2、振幅解調部分振幅解調實驗原理圖如圖4-6所示。在無失真解調調幅信號時，P3選擇R2，P4選擇R14，P7選擇R9。在觀看惰性失真時，P4選擇R8；在觀察負峰切割失真時，P7選擇R7。圖4-6 大信號包絡檢波器實驗電路圖28三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4萬用表1塊自備（二）實驗材 料序號 型號 數量 說明1 實驗電路板 1塊 振幅調制與解調實驗板四、實驗內容及要求（一）振幅調制部分1、用模擬乘法器實現普通調幅（1）改變載波信號幅度或調制信號幅度，觀察對調幅信號的影響。（2）觀察并記錄ma=30%、ma=100%和ma=300%三種調制度的波形情況。2、用模擬乘法器實現抑制載波的雙邊帶調幅（平衡調幅）（1）調節(jié)滑動變阻器 R45使電路輸出雙邊帶波形；改變輸入信號的幅度，觀察并記錄輸出波形。（2）比較分析雙邊帶調幅與調幅指數 ma=100%調幅波波形。（二）振幅解調部分1、技術指標：調幅信號載頻 fc 1MHz調制信號頻率 F 500Hz~1kHz調幅指數ma 0.3~0.5檢波器負載RL 10k2、實驗內容（1）分別測試檢波器在輸入等幅波和 AM波時的電壓傳輸系數，并畫出檢波器的輸出波形。（2）改變電路參數使輸出波形產生惰性失真，畫出波形，并分析產生失真的原因。（3）改變電路參數使輸出波形產生負峰切割失真，畫出波形，并分析產生失真的原因。29五、實驗步驟（一）調制電 路的研究1、正確連接+12V，-8V直流電源。圖4-7電源連接示意圖2、靜態(tài)工作點調整。調節(jié)滑動變阻器R45，使1、4引腳電位差為0V，然后用萬用表測量MC1496各管腳直流電位。（注：此時跳線P5、P6連接。）表4-1MC1496靜態(tài)工作點測量表3、逐點法測量帶通濾波器中心頻率。將電路板中調制電路和解調電路之間的連接斷開。在載波輸入端加入峰值為 100～300mV，頻率為3～5MHz的正弦信號（步進為100kHz），用示波器測量輸出端波形，記錄數據。（ fo ）注：此時需要調整滑動變阻器 R45，使MC1496引腳1、4直流電位差最大。4、實現普通調幅波。將信號源輸出的高頻信號（載波信號）頻率調到濾波器的中心頻率，用示波器測量幅度 200mV左右，加入載波輸入端，然后加入低頻信號（調制信號），調制信號在加入前也要在示波器上觀察，頻率調至 1kHz，幅度合適（300mV），波形不失真。用示波器測量輸出波形，觀察并記錄ma=30%、ma=100%、ma=300%的波形，分別記錄以下數據：（1）UCm=；Um=（2）ma=；U14=5、實現雙邊帶調幅波。調節(jié)滑動變阻器 R47使輸出雙邊帶波形，改變載波幅度UCm和調制信號幅度Um，研究影響波形的因素。注：此時跳線P5、P6斷開。分別記錄以下數據：30（1）UCm= ；Um=（2）U14=（二）解調電 路的研究1、將信號源輸出的高頻信號（等幅波）加入檢波器輸入端，測試其輸出電壓和電壓傳輸系數。記錄以下數據：輸入等幅波時，Uim= UO= Kd= 。2、將信號源輸出的調幅信號加入檢波器輸入端，測試其輸出電壓和電壓傳輸系數。記錄以下數據：輸入調幅波時，maUim= Um= Kd= 。3、惰性失真研究。記錄產生惰性失真時的電路參數，并畫下波形。4、負峰切割失真研究。記錄產生負峰切割失真時的電路參數， 并畫下波形。六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：撰寫實驗預習報告：（ 1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗步驟；（5）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）研究振幅調制電路時，如何區(qū)分調制波形是 100%普通波和平衡調幅波形？（2）研究振幅解調電路時，當輸入信號為高頻等幅波時，在電路的什么位置測量輸出， 使用什么儀器？當輸入信號為普通調幅波時， 在電路的什么位置測量輸出，使用什么儀器？（ 3）研究振幅解調電路時，不改變電路參數，只改變輸入的 AM波形能否產生惰性失真和負峰切割失真，分析原因。七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。31課程設計（一）調幅發(fā)射系統(tǒng)的設計一、實驗目的1、了解一個典型調幅發(fā)射機的構成和工作原理。2、掌握幅度調制、功率放大器的原理及設計與調試。3、掌握調幅發(fā)射機技術指標的定義及測試方法。4、掌握系統(tǒng)設計和調試技能，培養(yǎng)綜合工程能力。二、實驗原理及電路（一）基本原 理1、調幅發(fā)射系統(tǒng)總體設計圖5-1為調幅發(fā)射系統(tǒng)的基本組成框圖，表示的是直接調幅發(fā)射機。本實驗項目主要研究直接調幅發(fā)射系統(tǒng)，電路總體原理圖如附錄1所示。主振器 緩沖器 振幅調制 高頻功放音頻信號圖5-1 直接調幅發(fā)射系統(tǒng)組成框圖調幅發(fā)射機是利用振幅調制器將音頻信號加入到主振器產生的高頻載波信號中，去控制高頻載波的幅度，再經過高頻功放將已調信號進行功率放大， 最后由天線輻射到空間進行傳播。2、單元電路設計2.1主振器及緩沖器電路設計主振器有多種電路實現形式，如 LC三點式正弦波振蕩器、石英晶體振蕩器等，由于系統(tǒng)要求有較高的頻率穩(wěn)定度， 因此選用石英晶體振蕩器來實現， 緩沖器采用射極跟隨器，避免負載對主振器特性的影響。主振器及緩沖器電路如圖5-2所示。32圖5-2主振器及緩沖器電路圖5-2中，Q1為振蕩級，電路形式為共集極組態(tài)考畢茲型石英振蕩電路，Q2為緩沖級，緩沖器的負載為 50歐電阻。振蕩級中，Q1的靜態(tài)工作點由電阻 R3、R7、R10決定。振蕩器的靜態(tài)工作電流ICQ通常選在0.5～4mA。ICQ越大，可使輸出電壓幅度增加，但波形失真會增大；ICQ偏小，會使振蕩器停振。 C6、C10、C13、C14為晶體的負載電容，為使晶體能夠起振，負載電容范圍一般在 10～30pF。緩沖級中，Q2的靜態(tài)工作點由電阻 R7、R8、R11決定。緩沖器靜態(tài)的設計需要考慮輸出電壓的大小。2.2振幅調制電路設計振幅調制有多種電路實現形式，如二極管平衡調幅、二極管環(huán)形調幅、模擬乘法器調幅、集電極調幅、基極調幅等，本系統(tǒng)選用模擬乘法器來實現振幅調制，模擬乘法器芯片選用MC1496。振幅調制電路如圖5-3所示。圖5-3 振幅調制電路33圖5-3中，P6為載波輸入接口，P2為音頻信號輸入接口。模擬乘法器的輸出采用變壓器T1將雙端信號轉變?yōu)閱味溯敵?，可提高調幅信號的平衡性。C8、C9、T1初級調諧于載波中心頻率。為使模擬乘法器的非線性失真較小，要求載波信號≤600mVPP，音頻信號≤1VPP。2.3高頻功放電路設計高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲類（導通角=360度）、乙類（導通角=180度）、甲乙類（導通角=180度～360度）、丙類（導通角小于180度）。本系統(tǒng)選用甲類功率放大器作為末級高頻功放，其電路如圖 5-4所示。圖5-4 高頻功放電路設計圖5-4中，Q3為高頻功放的功率管，其靜態(tài)由 R19、R20、R24決定，靜態(tài)設置需綜合考慮負載要求輸出的功率大小。 L2、L3、C25、C26為匹配網絡，其作用是實現濾波和阻抗匹配。 L6為扼流電感，C21、C22在實際使用可不焊接。34三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4QBG-3D1臺高頻Q表（共用）5數字萬用表1塊自備（二）實驗材料序號型號數量說明1印制萬用板1塊調幅發(fā)射系統(tǒng)實驗板2MC14961片模擬乘法器3NXO-1001個繞制變壓器4NXO-201個繞制電感590143個65-30pF可調電容1個747k電位器1個86M晶體1個9碳膜電阻若干自取10瓷片電容若干自取11導線、焊錫若干自取四、實驗內容及要求1、設計技術指標要求：（1）載波頻率：6MHz，頻率穩(wěn)定度： 10-4。（2）功率放大器：發(fā)射功率 PO≥30mW（在50歐負載上測量）。（3）系統(tǒng)整機效率 10%。（4）在50歐假負載電阻上測量，輸出無失真調幅信號。2、根據實驗技術指標要求，設計主振器及緩沖器電路、幅度調制電路和高頻功放電路參數，并采用電路仿真軟件（推薦 Multisim12.0）仿真、優(yōu)化電路參數，驗證設計，撰寫設計報告。3、焊接調試電路，并測試電路各項技術指標。4、根據調試過程和測試數據，撰寫實驗報告。35五、實驗步驟1、焊接及調試晶體振蕩電路，用示波器測量輸出波形，記錄輸出電壓大小，用頻率計測量輸出頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度表格如表 5-1所示，每間隔1分鐘測量一次。表5-1晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度測量表格（單位：MHz）f0f01f02f03f04f05f06f07f08f09f10測量值f0平均值ffmax/f02、焊接緩沖器電路，注意一定要焊接 R9，R9是緩沖器負載電阻，用示波器測量輸出波形，記錄輸出電壓大小，緩沖器輸出≤ 600mVP-P。3、焊接振幅調制電路，先調試靜態(tài)，在靜態(tài)工作點正確的基礎上，加入射頻和音頻信號進行動態(tài)測試。（1）調節(jié)滑動變阻器 RP1，使1、4引腳電位差為0V，然后用萬用表測量MC1496各管腳直流電位，MC1496各引腳靜態(tài)電壓如表 5-2所示。表5-2MC1496各引腳靜態(tài)電壓（單位： V）（2）用高頻信號源加入音頻信號，音頻信號頻率為 1kHz，電壓峰峰值為 1V，調節(jié)滑動變阻器 RP1，使輸出調幅波調幅指數為 30%，記錄波形。4、焊接調試高頻功放，并測量高頻功放在 50歐假負載上的輸出功率。（注：可用高頻信號源加入射頻信號， 改變信號源的輸出頻率，來檢驗高頻功放的匹配網絡設計。）5、測量系統(tǒng)的整機效率。6、系統(tǒng)聯調。高頻功放輸出連接天線，斷開50歐假負載，從耳機接口輸入音樂信號，從高頻接收平臺收聽音樂信號。36六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計方法，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：（1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗電路參數設計；（5）實驗步驟；（6）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）調幅發(fā)射系統(tǒng)高頻功放電路可以選用丙類功率放大器電路嗎，為什么？（2）調幅發(fā)射系統(tǒng)中，調幅指數如何選?。浚?）如何提高系統(tǒng)的整機效率？七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。37課程設計（二）調幅接收系統(tǒng)的設計一、實驗目的1、了解一個典型調幅接收機的構成和工作原理。2、掌握小信號諧振放大器、包絡檢波器的原理及設計與調試。3、掌握調幅接收機技術指標的定義及測試方法。4、掌握系統(tǒng)設計和調試技能，培養(yǎng)綜合工程能力。二、實驗原理及電路1、調幅接收系統(tǒng)總體設計圖6-1為調幅接收系統(tǒng)的基本組成框圖，表示的是直接調幅接收機。本實驗項目主要研究直接調幅接收系統(tǒng)，電路總體原理圖如附錄2所示。小信號調包絡喇叭諧放大器音頻功放檢波器圖6-1 直接調幅接收系統(tǒng)組成框圖天線接收到的射頻信號經過小信號諧振放大器選頻放大，濾除帶外信號，然后經過包絡檢波器解調出音頻信號，再經過音頻功放放大驅動低阻抗喇叭，將音頻播放出來。2、單元電路設計2.1小信號諧振放大器電路設計小信號諧振放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，是通信機收端的前端電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大，常見電路形式有單諧振放大器和雙諧振放大器。單諧振放大器是采用諧振回路為負載的放大器，稱為諧振放大器，它不僅具有放大的作用，還同時具有濾波的和選頻的作用，是小信號放大器的最常用形式。雙諧振放大器具有通頻帶較窄、選擇性較好的優(yōu)點。雙調諧回路諧振放大器是將單調諧回路放大器的單調諧回路改用雙調諧回路，其原理基本相同。本系統(tǒng)采用單諧振放大器，其電路圖如圖6-2所示。38圖6-2小信號諧振放大器電路圖6-2所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號諧振放大器。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻 R9、R5、R6及R7決定靜態(tài)電流ICQ。靜態(tài)工作電流ICQ通常選在1～4mA。ICQ越大，增益越大。 C5、C6和變壓器T1初級調諧于調幅波的中心頻率，變壓器 T1采用NXO-100的磁環(huán)繞制，初級和次級匝數影響調諧回路的Q值和增益。2.2包絡檢波器電路設計調幅信號的解調是振幅調制的相反過程，是從高頻已調信號中取出調制信號，通常將這種解調稱為檢波。根據輸入的調幅信號的不同特點， 檢波電路可分為兩大類，包絡檢波和同步檢波。包絡檢波是指檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調幅波包絡變化規(guī)律的一種檢波方式。根據調幅波的波形特點，它適用于普通調幅波的解調。同步檢波主要是用于雙邊帶調幅波和單邊帶調幅波的檢波。本系統(tǒng)需要解調普通調幅波信號，因此選用包絡檢波，其電路如圖6-3所示，電路形式為減小交直流負載差別的檢波電路。圖6-3 包絡檢波器電路392.3音頻功放電路設計音頻功放的主要作用是將輸入的較微弱音頻信號進行放大后，產生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。按功放中功放管的導電方式不同，可以分為甲類功放（又稱A類）、乙類功放（又稱B類）、甲乙類功放（又稱AB類）和丁類功放（又稱D類）。按功放輸出級結構，可以分為單端放大器和推挽放大器。本系統(tǒng)音頻功放電路選用集成音頻功放芯片LM386。LM386是集成OTL型功放電路的常見類型，與通用型集成運放的特性相似，是一個三級放大電路：第一級為差分放大電路；第二級為共射放大電路；第三級為準互補輸出級功放電路。其電路圖如圖6-4所示。圖6-4音頻功放電路在LM386引腳中，引腳1和8是增益設定端，內部有1個1.35kΩ的負反饋電阻。當引腳1、8開路時，負反饋最大，電壓放大倍數最小，此時Aumax20；當引腳1、8之間接入10μF電容，內部負反饋電阻被交流短路，電壓放大倍數最大，為Aumax200；若將R與C串聯后接在引腳1、8之間，電阻R取值不同可使Au在20～200之間調節(jié)，R值越大電壓放大倍數越高。引腳7（BYPASS）外接一個電解電容到地，起濾除噪聲的作用。圖6-4中，RP1是音量調節(jié)滑動變阻器，R2、C10為輸入級的低通濾波器，可抑制高頻噪聲；C7是耦合電容，它的作用是隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈，它與揚聲器負載構成了一階高通濾波器。40三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4QBG-3D1臺高頻Q表（共用）5數字萬用表1塊自備（二）實驗材料序號型號數量說明1印制萬用板1塊調幅接收系統(tǒng)實驗板2LM3861片3NXO-1001個繞制變壓器490141個52AP91個610k電位器1個7碳膜電阻若干自取8瓷片電容若干自取9導線、焊錫若干自取四、實驗內容及要求1、設計技術指標要求：（1）接收機中心頻率：6MHz；（2）接收機靈敏度：≥30mVPP；（ma=30%，音頻信號輸出UOPP≥0.5V）（3）接收機通頻帶≤1MHz；（4）包絡檢波器解調輸出無明顯失真；（5）接收音頻信號無明顯失真（音頻功放后測量）。2、根據實驗技術指標要求，設計小信號諧振放大器、包絡檢波器電路參數，并采用電路仿真軟件（推薦 Multisim12.0）仿真、優(yōu)化電路參數，驗證設計，撰寫設計報告。3、焊接調試電路，并測試電路各項技術指標。4、根據調試過程和測試數據，撰寫實驗報告。五、實驗步驟1、焊接小信號諧振放大器及包絡檢波器電路（ RP1為包絡檢波器負載，需要焊接），用高頻信號源輸出調幅指數為 30%，射頻信號頻率為 6MHz，電壓峰41峰值為100mVPP，調制信號頻率為 1kHz，用示波器測量包絡檢波器解調輸出的音頻信號，此時，調節(jié)可調電容 C6，使輸出音頻信號最大。2、改變信號源輸出射頻信號頻率，測量在 5～7MHz范圍內，輸出音頻信號的幅度，檢測小信號諧振放大器是否調諧在 6MHz。如果未能調諧在 6MHz，需要根據測量數據改變固定電容 C5的大小。3、經過步驟1和2之后，調幅接收機的中心頻率為 6MHz。此時，改變信號源輸出射頻信號頻率，測量在 5～7MHz范圍內，輸出音頻信號的幅度，測量接收機的通頻帶。測量接收機通頻帶表格如表 6-1所示。表6-1接收機通頻帶測量表格f0/MHz解調輸出音頻信號電壓/VPPf0/MHz解調輸出音頻信號電壓/VPP4、焊接音頻功放電路，測量音頻功放在 300Hz～3.4kHz范圍內的幅頻特性，測量表格如表6-2所示。表6-2音頻功放幅頻特性測量表格f0/kHz輸出音頻信號電壓/VPPf0/kHz輸出音頻信號電壓/VPP5、測量接收機靈敏度。靈敏度定義：在接收機輸出端得到額定信號功率和額定信噪比的條件下，接收機天線上所需要的最小的感應電動勢。 所需要的感應電動勢越小，則靈敏度越高，說明接收信號的能力越強。電子設備接收機的靈敏度一般都在微伏數量級。靈敏度測量方案如下：42圖6-5接收機靈敏度測量方案圖（1）設置信號源輸出信號（工作頻率、調制參數、輸出電平值等）；（2）保持射頻、中頻增益最大，調節(jié)被檢設備的音量直至音頻信號輸出的電平為規(guī)定的電平值 US。（3）關閉調制信號，從音頻毫伏表中讀取噪聲電平值 UN。當US、UN的單位均為dBm時，US與UN之差即為輸出信噪比。（4）調節(jié)信號源輸出電平，重復（ 2）、（3），直至輸出信噪比等于設備的技術要求規(guī)定值時為止，此時被檢設備輸入端電平值即為被檢設備在該工作頻率上的靈敏度值。考慮到實驗條件限制，本實驗約定調幅接收機靈敏度測量方案如下：（1）設置信號源輸出信號（工作頻率=6MHz、ma=30%、輸出電壓50mVPP）；（2）保持射頻、中頻增益最大，用示波器測量接收機輸出音頻信號大小，調節(jié)信號源輸出信號幅度，當接收機輸出音頻信號幅度為UOPP=0.5V，此時射頻信號源輸出的射頻信號大小即為接收機靈敏度。6、系統(tǒng)聯調。小信號諧振放大器前端連接天線，從耳機接口連接耳機，收聽從高頻發(fā)射平臺發(fā)送的音樂信號。六、實驗預習要求1、預習實驗相關原理，掌握電路參數的設計方法，明確電路調試方法。2、撰寫實驗預習報告：（1）實驗目的；（2）實驗原理及電路；（3）實驗內容及要求；（4）實驗電路參數設計；（5）實驗步驟；（6）回答預習思考題。3、閱讀高頻電子儀器使用說明。4、預習思考題：（1）調幅接收系統(tǒng)能接收調頻信號嗎，為什么？（2）如何提高接收機的靈敏度？（3）如何改進接收機結構，可實現變頻接收？七、實驗報告要求1、撰寫實驗報告：（1）實驗數據處理；（2）實驗結果分析；（3）實驗總結，包含實驗結論及實驗心得。43課程設計（三）調頻發(fā)射系統(tǒng)的設計一、實驗目的1、了解一個典型調頻發(fā)射機的構成和工作原理。2、掌握頻率調制、功率放大器的原理及設計與調試。3、掌握調頻發(fā)射機技術指標的定義及測試方法。4、掌握系統(tǒng)設計和調試技能，培養(yǎng)綜合工程能力。二、實驗原理及電路1、調頻發(fā)射系統(tǒng)總體設計圖7-1為調幅發(fā)射系統(tǒng)的基本組成框圖，表示的是直接調頻發(fā)射機。本實驗項目主要研究直接調頻發(fā)射系統(tǒng)，電路總體原理圖如附錄3所示。圖7-1 直接調頻發(fā)射系統(tǒng)組成框圖調頻發(fā)射機是利用音頻信號去控制高頻載波的振蕩頻率， 使其不失真地反映調制信號變化規(guī)律，然后再經過高頻功放將已調信號進行功率放大， 最后由天線輻射到空間進行傳播。2、單元電路設計2.1頻率調制電路設計實現調頻的方法可分為直接調頻和間接調頻兩大類。直接調頻是利用調制信號直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調制信號變化規(guī)律。一般來說，要用調制信號去控制載波振蕩器的瞬時頻率，也就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的可變電抗元件的電抗值，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變，這樣就能夠實現直接調頻。可變電抗元件可以采用變容二極管或電抗管電路。目前，最常用的是變容二極管。間接調頻是先將調制信號積分，然后通過調相的方法實現調頻。本系統(tǒng)采用直接調頻方式，通過音頻信號去改變變容二極管的結電容來實現調頻，載波的產生選用西勒振蕩器，其電路如圖7-2所示。44圖7-2頻率調制電路圖7-2中，首先不加入調制信號時，通過調節(jié)電位器RP1改變變容二極管的反偏電壓，進而改變變容二極管結電容，產生符合要求的載波中心頻率，然后加入音頻信號就可實現調頻。2.2高頻功放電路設計為了提高調頻發(fā)射機的效率，高頻功放選用丙類高頻功率放大器，其電路形式如圖7-3所示。圖7-3高頻功放電路設計圖7-3中，Q1為推動級，Q2為輸出級。變壓器T1實現級間匹配，L2、L3、C19、C20為負載和輸出級匹配電路。 Q1的靜態(tài)由R1、R2、R3、R5決定。T1初45級和L2為晶體管Q1、Q2的集電極扼流電感。負載和輸出級匹配電路的設計需根據輸出級輸入信號和負載需要獲取的功率來整體設計。三、實驗器材（一）實驗儀器序號型號數量說明1DP8321臺數字可編程直流穩(wěn)壓電源2DG41021臺函數/任意波形發(fā)生器3DS1104Z1臺數字示波器4QBG-3D1臺高頻Q表（共用）5數字萬用表1塊自備（二）實驗材料序號型號數量說明1印制萬用板1塊調頻發(fā)射系統(tǒng)實驗板2NXO-1001個繞制變壓器390141個45-30pF可調電容1個5100k電位器1個6碳膜電阻若干自取7瓷片電容若干自取8導線、焊錫若干自取四、實驗內容及要求1、設計技術指標要求：（1）載波頻率：6MHz，頻率穩(wěn)定度： 10-3。（2）功率放大器：發(fā)射功率PO≥30mW（在50歐負載上測量），效率 40%。（3）在50歐假負載電阻上測量，輸出無失真調頻信號。2、根據實驗技術指標要求，設計頻率調制電路、低通濾波電路和高頻功放電路參數，并采用電路仿真軟件（推薦 Multisim12.0）仿真、優(yōu)化電路參數，驗證設計，撰寫設計報告。3、焊接調試電路，并測試電路各項技術指標。4、根據調試過程和測試數據，撰寫實驗報告。五、實驗步驟1、焊接及調試頻率調制電路，在不加音頻信號時，用示波器測量輸出波形，調節(jié)滑動變阻器RP2，使輸出載波信號頻率為6MHz，記錄輸出電壓大小，用頻46率計測量輸出頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度表格如表 7-1所示，每間隔1分鐘測量一次。表7-1壓控振蕩器頻率穩(wěn)定度測量表格（單位：MHz）f0f01f02f03f04f05f06f07f08f09f10測量值f0平均值ffmaxf02、焊接低通濾波器電路，用示波器測量低通濾波器輸出波形，記錄輸出電壓大小，與頻率調制電路輸出波形對比。3、焊接調試高頻功放，用高頻信號源加入射頻信號，射頻信號