高頻C實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

高頻電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

電子系電子實(shí)驗(yàn)室

高頻電子實(shí)驗(yàn)箱總體介紹

一、概述

本高頻電子實(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〉〉-書而設(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。

整機(jī)介紹

二、整機(jī)介紹

整機(jī)元件分布圖如圖0-1所示,整機(jī)測(cè)試點(diǎn)和各調(diào)試點(diǎn)分布圖如圖0-2所示,

在圖0-2中所列出的是測(cè)試點(diǎn)、調(diào)試點(diǎn)、電源開(kāi)關(guān)及電源指示等。

在實(shí)驗(yàn)板的右側(cè)為為實(shí)驗(yàn)所需而配備的高低頻信號(hào)源和頻率計(jì)。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。

?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=100mV~5V的信號(hào)。參看電原理圖G11和整機(jī)

分布圖（原理圖中的CG10用于校正顯示頻率的準(zhǔn)確度，WG1用于調(diào)節(jié)測(cè)量的

閾門時(shí)間，這兩個(gè)元件均在PCB板的另一面）。

使用的方法是：KG1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lOOKHz的信號(hào)時(shí)連接JG3、JG4（此時(shí)JG2應(yīng)為斷開(kāi)狀態(tài)）。當(dāng)測(cè)高于lOOKHz

的信號(hào)時(shí)連接JG2（此時(shí)JG3、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)箱中附帶的連線與頻率計(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的幕，單位為Hz（如顯示10.7000-6

時(shí)，則頻率為10.7MHz）0

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。

?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500Hz?2KHz信號(hào)；此信號(hào)可以以方波的形式輸出，也可以以

正弦波的形式輸出。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)頻輸出單元。

第二部分20KHz?lOOKHz信號(hào)；此信號(hào)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)源在整機(jī)中的位置見(jiàn)整機(jī)分布圖，電原理圖見(jiàn)附圖G8o

低頻信號(hào)源的使用方法如下：

電原理圖中的可調(diào)電阻WD5用于調(diào)節(jié)輸出方波信號(hào)的占空比；WD3、WD4

的作用是：在輸出正弦波信號(hào)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)WD3、WD4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。

電原理圖中的可調(diào)電阻WD6用來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率的大小;WD1用于調(diào)節(jié)輸出

方波信號(hào)的大小；WD2用于調(diào)節(jié)輸出正弦波信號(hào)大小。

在使用時(shí)，首先要按下開(kāi)關(guān)KD1。當(dāng)需輸出500Hz?2KHz的信號(hào)時(shí)，參照

電原理圖G8連接好JD1、JD4（此時(shí)JD2、JD3應(yīng)斷開(kāi)），則從TTD1處輸出

500Hz~2KHz的正弦波；斷開(kāi)JD4,連上JD3,則從TTD2處輸出500Hz~2KHz

的方波。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要用示波器觀察，通過(guò)調(diào)節(jié)WD1、WD2獲得需要信號(hào)的

大小，WD1調(diào)節(jié)方波的大小，WD2調(diào)節(jié)正弦波的大?。挥妙l率計(jì)測(cè)量，通過(guò)調(diào)

節(jié)WD6獲得需要信號(hào)的頻率。

當(dāng)需輸出20KHz~lOOKHz的信號(hào)時(shí)，參照電原理圖G8連接好JD2、JD4（此

時(shí)JD1、JD3應(yīng)斷開(kāi)）。從TTD1處輸出20KHz?lOOKHz的正弦波。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的

需要用示波器觀察，通過(guò)調(diào)節(jié)WD2獲得需要信號(hào)的大?。挥妙l率計(jì)測(cè)量，通過(guò)

調(diào)節(jié)WD6獲得需要信號(hào)的頻率。

?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G10和整機(jī)

分布圖。

高頻信號(hào)源的使用方法如下：

使用時(shí)，首先要按下開(kāi)關(guān)KF1。

當(dāng)需要輸出載波信號(hào)時(shí)，連接JF1（此時(shí)JF2、JF3、JF4斷開(kāi)），則10.7MHz

的信號(hào)由TTF1處輸出，WF1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JF2、JF3、JF4（此時(shí)JF1斷開(kāi)，

同時(shí)使低頻信號(hào)源處于輸出IKHz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，WF1用于調(diào)節(jié)輸出

信號(hào)的大??；低頻信號(hào)源處的WD2用于調(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。

實(shí)驗(yàn)一高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號(hào)

或微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)諧振回路的調(diào)試，對(duì)放大器處于諧

振時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進(jìn)一步掌握高

頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要

放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并

聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)

影響放大器輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RBI，RB2及RE

決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。

圖1-1小信號(hào)調(diào)諧放大器

放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2所示,晶體管的4個(gè)y參數(shù)yie,yoe,

yfe及yre分別為

ghe+初"

輸入導(dǎo)納21+赤，+-)(1-°

g，』bbjwce,./、

輸出導(dǎo)納y°eX——("b-------r+JWC.(1-2)

I+rb,h(gb.e+jwcb.e)

gm

正向傳輸導(dǎo)納yfe--1----------7------------：-W--C------(1-3)

++Jh'e)

~加。bZ

反向傳輸導(dǎo)納x上-------()

yre——7—1WCi-4

1+分Jb'e)

BC

UiP/e二二

UiP患L

I-

信號(hào)源晶體管負(fù)載回路

圖1-2放大器的高頻等效回路

式中，gm——晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為

={lE}mA

8m-26、(1-5)

gb'e——發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)0及IE有關(guān)，

其關(guān)系為g一十二鋁彩5

(1-6)

nA——基極體電阻，一般為兒十歐姆；

Cb'c——集電極電容，一般為幾皮法；

Cb'e-發(fā)射結(jié)電容，一般為兒十皮法至兒百皮法。

由此可見(jiàn)，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放

大系數(shù)B有關(guān)外，還與工作頻率3有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是

在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在fb=30MHz,IE=2mA,UCE=8V條件下測(cè)

得3DG6c的y參數(shù)為：

gie=—=2mS品=12pFg.e=L=25QmS

C,,e=4pF\yfe\=40mS|yrf|=350?5

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動(dòng)。因此，高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算

一般采用工程估算的方法。

圖1-2中所示的等效電路中，Pi為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

P、=N、IN2（1-7）

式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

尸2=%/愀(1-8)

式中，用為副邊（次級(jí)）的總匝數(shù)。

gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，gL=l/RLo通常小信號(hào)調(diào)諧放大器的下一

級(jí)仍為晶體管調(diào)諧放大器，則gL將是下一級(jí)晶體管的輸入導(dǎo)納gie2o

由圖1-2可見(jiàn)，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)gg的表達(dá)式為

22，?1一?

gg:PigjPM+M+m+G

；1

=Pg0e+pig,.+jwc+―T+G(1-9)

JWL

式中，G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其

阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無(wú)限大，則jwC與1/（jwL）的影響可以忽略。

三、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法

表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率場(chǎng)，諧振電壓放大倍

數(shù)A、.o,放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kg來(lái)表示）等。

放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下：

1、諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fo稱為放大器的諧振頻率，對(duì)于圖

1-1所示電路（也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路），fb的表達(dá)式為

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

Cg為調(diào)諧回路的總電容，Cg的表達(dá)式為

2

=C+P}Coe+P^Cie(1-11)

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。

諧振頻率啟的測(cè)量方法是：

用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器，用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T

的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)

2、電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電

壓放大倍數(shù)。Avo的表達(dá)式為

〃O=-P32)^_北

-PiP2y(1-12)

?,Pl8oe+Plgie+G

式中，g工為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)長(zhǎng)C并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的L和

C的并聯(lián)電抗為無(wú)限大，因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是yfe本身也是一個(gè)

復(fù)數(shù)，所以諧振時(shí)輸出電壓uo與輸入電壓5相位差為(180°+0fe)o

Avo的測(cè)量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測(cè)量圖1-1

中RL兩端的電壓uo及輸入信號(hào)w的大小，則電壓放大倍數(shù)Avo由下式計(jì)算：

Avo=u()/ui或Avo=201g(u0/Ui)dB(1-13)

3、通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大

倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)Avo的0.707倍

時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶Bw，其表達(dá)式為

BW=2Afb,7=fb/QL(1-14)

式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶Bw的關(guān)系為

LI

AVO?BW=-^-(1-15)

上式說(shuō)明，當(dāng)晶體管選定即yfc確定，且回路總電容Ci為定值時(shí)，諧振電壓

放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為

一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW的測(cè)量方法：是通過(guò)測(cè)量放

大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以

是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量

步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧

振，記下此時(shí)的諧振頻率為及電壓放大倍數(shù)

Avo然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率(保持

其輸出電壓us不變)，并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放

大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)

下降,所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。

由式(1-14)可得

BW=fH-fL=2^0J(1-16)

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越圖1-3諧振曲線

小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時(shí)乂能

提高放大器的電壓增益，由式(1-15)可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還

應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CEO如果放大器只用來(lái)放大來(lái)自接收天線的某

一固定頻率的微弱信號(hào)，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

4、選擇性——矩形系數(shù)

調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)KvO.l時(shí)來(lái)表示，如圖(1-3)

所示的諧振曲線，矩形系數(shù)KvO.l為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率

偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即

KvO.1=2Af^j/2Afb.7=2Afo.i/BW(1-17)

上式表明，矩形系數(shù)KvO.l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(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)KvO.l遠(yuǎn)大于1),為

提高放大器的選擇性，通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量調(diào)

諧放大器的諧振曲線來(lái)求矩形系數(shù)KvO.lo

四、實(shí)驗(yàn)參考電路

圖1一4單級(jí)調(diào)諧放大器

1、主要技術(shù)指標(biāo)：諧振頻率備=10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Avo210-15dB,

通頻帶Bw=lMHz,矩形系數(shù)KmVIO。因打比工作頻率f。大(5—10)倍，所

以選用3DG12C,選8=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得》b=70,Cbc=3PF,當(dāng)

k=L5mA時(shí)Cbe為25PF,取L^L8iiH,變壓器初級(jí)N?=23匝，次級(jí)為10匝。

P2=0.43,PI=0

2、確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器，如上圖l-4o

3、確定電路參數(shù)。

1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取

0.8—2mA為宜，現(xiàn)取k=L5mA,uEQ=3V,UCEQ=9V。

則RE=UEQ/IE=L5KQ則RA6=1.5KQ

取流過(guò)RA3的電流為基極電流的7倍，則有：

RA3=UBQ/7IBQ=UBQXB/7上p17.6KQ取18KQ

12-37

則RA2+WAI=———x18a40KQ

3.7

則取RA2=5.1KWAI選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。

2)計(jì)算諧振回路參數(shù)

由式(1-6)得g/e=§』L15

由式(1-5)得g,?="小"S?58mS

26

由式(1-1)~(1-4)得4個(gè)y參數(shù)

g,■+iwc.,,

V.=——2~--紅——r=1.373X10-3s+J2.88x10-3S

“l(fā)+rlh(g).+jwc,.)

bhheJbeJ

由于yie=gie+jwCie

則有g(shù)ic=l.373msrie=l/gic=728Q

l2.88mS?

C=------x22.5pF

iew

jW：b/b,cg，n

a0.216加S+jl.37nls

1+%*淀+加1)+小

因yoe=gOe+jwCoc則有

goe=0.216msCoe=1.37ms/W^10.2PF

計(jì)算回路總電容Cg，由(1-10)得

______________]

Cv-=-------?123/?F

Z(2/JL(2x3.14xl0.7xl06)2xl.8xl0-6

由(1-11)=C+P&+P；g得

C=Cg-P；C〃-P；Ci?=120-o.432x22.5-02xlO.2?119pF

則有CA3=119pF,取標(biāo)稱值120pF

3）確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合

電容CA2=0.01UF,旁路電容CA4=0.1UF,濾波電容CA5=0.1UF

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)中，用到BT-3和頻譜儀的地方選做。

參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路。

1）按照所附電原理圖G6,按下開(kāi)關(guān)KA1,接通12V電源，此時(shí)LEDA1點(diǎn)

鳧°

2）調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)：

在不加輸入信號(hào)（即Ui=0）,將測(cè)試點(diǎn)TTA1接地，用萬(wàn)用表直流電壓檔（20V

檔）測(cè)量三極管QA1射極的電壓（可以在電阻RA4靠近QA1一端測(cè)），調(diào)整可

調(diào)電阻WAL使UEQ=2.25V（即使lE=L5mA）,根據(jù)電路計(jì)算此時(shí)的UBQ,UCEQ，

UEQ及IEQ值。

3）調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz

方法是用BT-3頻率特性測(cè)試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路

的信號(hào)輸入端TTA1及測(cè)試端TTA2,通過(guò)調(diào)節(jié)y軸，放大器的“增益”旋鈕和

“輸出衰減”旋鈕于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的

“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動(dòng)變壓器的磁芯，使中

心頻率f0=10.7MHz所對(duì)應(yīng)的幅值最大。

如果沒(méi)有頻率特性測(cè)試儀，也可用示波器來(lái)觀察調(diào)諧過(guò)程，方法是：在TTA1

處由高頻信號(hào)源提供頻率為10.7MHz的載波（參考高頻信號(hào)源的使用），大小為

Vp-p-=20?100mV的信號(hào)，用示波器探頭在TTA2處測(cè)試（在示波器上看到的是

正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下

旋轉(zhuǎn)，波形幅度都減小）。

4）測(cè)量電壓增益Avo

在有BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下用頻率特性測(cè)試儀測(cè)Avo測(cè)量方法如下:

在測(cè)量前，先要對(duì)測(cè)試儀的y軸放大器進(jìn)行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié).“輸

出衰減”和“y軸增益“旋鈕，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時(shí)

的高度和此時(shí)“輸出衰減”的讀數(shù)NQB,然后接入被測(cè)放大器，在保持y軸增

益不變的前提下，改變掃頻信號(hào)的“輸出衰減”旋鈕，使諧振曲線清晰可見(jiàn)。記

下此時(shí)的“輸出衰減”的值NzdB,則電壓增益為

Avo=（N2-N1）dB

若用示波器測(cè)，則為輸出信號(hào)的大小比輸入信號(hào)的大小之比。如果Avo.較

小，可以通過(guò)調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)解決（即IE增大）。

在無(wú)BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下，可以由示波器直接測(cè)量。方法如下：

用示波器測(cè)輸入信號(hào)的峰峰值，記為Uio測(cè)輸出信號(hào)的峰峰值記為Uoo則

小信號(hào)放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Uio

5）測(cè)量通頻帶BW

用掃頻儀測(cè)量Bw：

先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋鈕，使相鄰兩個(gè)頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)

的格數(shù)，然后接入被測(cè)放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線

在縱軸占有一定高度，測(cè)出其曲線下降3dB處兩對(duì)稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度，

根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)就可以近似算出放大器的通頻帶

BW=BO.7=1OOKHZX（寬度）

6）測(cè)量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kg表示

用5）中同樣的方法測(cè)出Bo」即可得：

y__2紂0|

1\n,==----------

一由方處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要

求后的元件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時(shí)要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才

能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測(cè)試要保證接地良好。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線。

2、思考：引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激

現(xiàn)象，應(yīng)該怎樣消除？

七、實(shí)驗(yàn)儀器

-臺(tái)

1、BT-3(G)型頻率特性測(cè)試儀(選項(xiàng))

-臺(tái)

2、20MHz模擬示波器

-塊

、數(shù)字萬(wàn)用表

3套

-

4、調(diào)試工具

實(shí)驗(yàn)二二極管開(kāi)關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

進(jìn)一步掌握變頻原理及開(kāi)關(guān)混頻原理。掌握環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器組合頻率的測(cè)試

方法。了解環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器的優(yōu)點(diǎn)。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1、環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器的工作原理

變頻器的原理方框圖如圖2—1所示。

圖2—1變頻原理方框圖

圖中明為信號(hào)電壓，UL為本地振蕩電壓。當(dāng)這兩個(gè)不同頻率的正弦電壓,

同時(shí)作用到一個(gè)非線性元件上時(shí)，就會(huì)在它的輸出電流中，產(chǎn)生許多組合頻率分

量，選用適當(dāng)?shù)臑V波器取出所需的頻率分量3。，此時(shí)就完成了頻率變換，這就

是變頻原理。

根據(jù)所選用的非線性器件不同，可以組成不同的混頻器。如二極管混頻器、

晶體管混頻器、場(chǎng)效應(yīng)混頻器和差分對(duì)混頻器等。這些混頻器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨

著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到由二極管組成的平衡混頻器和環(huán)形混

頻器較之晶體管混頻器具有：動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲??；本地振蕩無(wú)輻射、組合頻率

少等優(yōu)點(diǎn)，因而目前被廣泛采用。

如果把本振電壓取得較大(約0.6—1伏)，使二極管工作在導(dǎo)通、截止的開(kāi)

關(guān)狀態(tài)，則這種由二極管組成的混頻器性能會(huì)更好。二極管的開(kāi)關(guān)作用可用以下

單位開(kāi)關(guān)函數(shù)式來(lái)描述：

flV>0.6V

S(/)=<°n

0Vo<0.6V

則二極管的電流可表示成：

i=gDS(t)?vD

go為二極管的導(dǎo)通電導(dǎo)，隊(duì)為加在二極管上的電壓。

下面就以圖2—2所示的環(huán)形混頻器為例，分析它工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的原理。

DW1

DW2

DK4

D%3

GND

圖2-2環(huán)形混頻原理圖

把本圖與典型的環(huán)形混頻器電路相比，本振輸出與中頻輸出的位置互換了；

?D］是經(jīng)挑選具有相同參數(shù)的二極管，則認(rèn)為它們都有相同跨導(dǎo)gu;兩個(gè)高

頻變壓器線圈匝數(shù)經(jīng)均為1：2,所以次級(jí)電壓為初級(jí)電壓的兩倍。

由于本振電壓起著開(kāi)關(guān)作用，在本振電壓的正半周，D?、D3導(dǎo)通；負(fù)半周，

匕、D,導(dǎo)通，其等效電路如圖2—3所示。

uL

(b)負(fù)半周

圖2-3工作原理圖

在本振電壓正半周的輸出電流為:

i'=i2-i3=2(vs-u0)S(t)gD

負(fù)半周的輸出電流為:

i"=ii-。=-2(us-uo)S*(t)gD

所以，總的輸出電流為：

,z

i=i'+i=2?sgD[S(t)—S*(t)]—2vogD[S(t)+S*(t)](2-1)

式中的S*(t)也是受本振電壓控制的單位開(kāi)關(guān)函數(shù)，只是S*(t)的時(shí)間比

S(t)落后To/2(相位落后口)。它們的變化周期就是本振電壓UL的周期，如圖

2—4所小。

V,

圖2-4S⑺與S*⑺的關(guān)系

設(shè)Us=VsmSin3stUL=VtmSin3Lt(2-2)

則S(t)和S*(t)可用付里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為:

17o

S(t)=-+—sinoLt+—sin3wLt

27t3%

2

+—sin5GOLt+....(2-3)

5/r

S*(t)=—+—sin(oLt+兀)+—sin(3Lt+3冗)

27i3兀

9

+—sin(5?Lt+5Ji)+....

5乃

177

=一--sinwLt-——sin3?Lt

27T3萬(wàn)^

2

--sin5?Lt-....(2-4)

5萬(wàn)

由(2-3)、(2-4)式可得：

S(t)+S*(t)=1(2-5)

*444

S(t)-S(t)=—sinwLt+——sin3Lt+——sin5(ott+...

7i37r5不

d4

=X—sin<oLt(n為奇整數(shù))(2-6)

，i〃萬(wàn)

將(2-5)、(2-6)式代入(2-1)式得:

?4

i=2gNsmSin3st?Y一sin<oLt-2gDVomsinuot(n為奇整數(shù))

,,=inn

44

+w

=—gi)Vsm[cos(3L-3s)t-COS(Ls)t]+—gi)Vsm[C0S(33「3$)t

71571

4

-COS(33L+3s)t]+—gI)v[cos(53「3s)t-C0S(5WL+ws)t]

57sm

+“-2gt)VomSin30t(2-7)

從(2-7)式可以看出：環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，輸出電流中的

組合頻率，只有本振電壓的奇次諧波與信號(hào)電壓頻率的基波的組合，用一通式表

示組合頻率為

(2p+l)3L±3S其中p=0、1、2、...o

即使環(huán)形混頻器不工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，它的輸出電流也只含有本振電壓的奇

次諧波與信號(hào)電壓的奇次諧波的組合，也可用通式

(2p+l)3L土(2q+l)3s來(lái)表示,其中p=l、2、3、……。較之其他的

混頻器，組合頻率干擾少是其突出的優(yōu)點(diǎn)之一。

從(2-7)式，我們還可以找出中頻電流分量為：

4

ii=-goVsmcos(coL-cos)t-2VimgDsin?it(2-8)

n

式中第二項(xiàng)是負(fù)載電壓反作用所引起的中頻電流。

同理，我們還可以從圖2—3中分析知道，總的輸入信號(hào)電流為：

ir=i'r+ii"

=2usgD-2vogD[s(t)-s*(t)]

從而可以得出信號(hào)電流成分為：

4

is=2VsmgDsin3st--gVcos(?-?)t(2-9)

71DimL0

把(2-8)、(2-9)兩式中的電流電壓寫成復(fù)數(shù)形式，得：

.4

4=2g。匕——gDv0

兀

4

‘0=-g。匕-2g。%

I71

與它對(duì)應(yīng)的等效電路如圖(2—5)所示：

圖2-5等效電路圖

4

圖中:g2=~g

71D

網(wǎng)絡(luò)特性阻抗g°=/g；+2g|g2=2g41

根據(jù)等效電路，不難求得此混頻器的增益：

。_om_o2

八丫。-77—-

嗑gl+g2+gL

當(dāng)環(huán)形混頻器的負(fù)載開(kāi)路時(shí)，即RL-8,gL-0這時(shí)

Kvc=一.一X0.64

gi+心

由此可見(jiàn),環(huán)形混頻器沒(méi)有變頻增益，只有衰減，最大的Kvc-0.64,這也是

它的缺點(diǎn)。

在全匹配條件下，即gL=gc，gs=gc，功率增益最大為：

/2\2

Kpc=K；c=----------*(0.32)2=0.1

[gi+g2+gcj

Kpc(dB)x—10dB

2、實(shí)驗(yàn)電原理圖，如附圖G7

圖中MIX41為集成環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器，型號(hào)為HSPL—1。其內(nèi)部電原理如圖

2-6o

圖2-6集成環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器內(nèi)部電原理圖

封裝外引腳功能如下:

其中，1腳為射頻信號(hào)輸入端，8腳為

?1?3?5?7本振信號(hào)輸入端，3腳、4腳為中頻信

?2?4?6?8號(hào)輸出端，2、5、6、7接地。

本混頻器的本振輸入信號(hào)在+3dBm—+13dBm之間，用高頻信號(hào)源輸入本

振信號(hào)，頻率選為10.7MHz,而射頻信號(hào)是由正弦振蕩部分產(chǎn)生的10.245MHz

的信號(hào)。輸出取差頻10.7-10.245=455KHz信號(hào)，經(jīng)過(guò)455KHz的陶瓷濾波器FL41

進(jìn)行濾波，選取中頻信號(hào)，因信號(hào)較弱，經(jīng)Q41進(jìn)行放大。此放大電路的靜態(tài)

工作電流為IcQ=7mA(VE=3.36V)o

選R4|4=RE=470Q,取Rc=R4i2=560Q。R4H=3.6KOR4io=5.1KoW4I=5.1KO

其中R41，R42?R43；&5，艮)4，R46；R48，&7，R49組成隔離電路。

因?yàn)轭l率較高，信號(hào)較強(qiáng)，且信號(hào)引入較長(zhǎng)，存在一定感應(yīng)，在輸出可能存

在一定強(qiáng)度的本振信號(hào)和射頻信號(hào)。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

因混頻器是一非線性器件，輸出的組合頻率較多，為了能更好地觀察輸出信

號(hào)，建議使用頻譜分析儀來(lái)對(duì)混頻器輸出端的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。

1、熟悉頻譜分析儀的使用。

2、調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)：按下開(kāi)關(guān)K41,調(diào)節(jié)電位器W41使三極管Q41的

UEQ=3.36V（可用萬(wàn)用表測(cè)量電阻R413靠近三極管Q41管腳的電壓值）。

3、參照附圖G7,接通射頻信號(hào)（從IN42輸入），射頻信號(hào)選用10.245MHz,

此信號(hào)由正弦振蕩部分產(chǎn)生（產(chǎn)生的具體方法是：參見(jiàn)正弦振蕩部分的原理圖

G5,連接J54、J53；其余插鍵斷開(kāi)，也就是說(shuō)，由10.245MHz晶體產(chǎn)生該信號(hào),

信號(hào)從TT51輸出）。

4、輸入本振信號(hào)：從IN41注入本振信號(hào)，本振信號(hào)由信號(hào)源部分提供，頻

率為10.7MHz的載波信號(hào)（產(chǎn)生的方法參考高頻信號(hào)源的使用），大小為：用示

波器觀測(cè)，Vp-p不小于300mVo

5、驗(yàn)證環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器輸出組合頻率的一般通式（選做）。

用頻譜儀在TT41處觀察混頻器的輸出信號(hào)，驗(yàn)證環(huán)形開(kāi)關(guān)混頻器輸出組合

頻率的一般通式為

（2p+l）fi±1（p=0、1、2........）

同時(shí)用示波器在TT41處觀察波形。

6、測(cè)量輸出回路：用頻譜儀在TT43處（測(cè)量點(diǎn)參看總體測(cè)量分布圖0-1）

觀察步驟5所測(cè)到的頻率分量，計(jì)算選頻回路對(duì)除中頻455KHz之外的信號(hào)的抑

制程度，同時(shí)用示波器在TT42處觀察輸出波形，比較TT41與TT42處波形形

狀。（輸出的中頻信號(hào)為信號(hào)源即IN41處信號(hào)和射頻信號(hào)IN42處信號(hào)的差值，

結(jié)果可能不是準(zhǔn)確的455KHZ,而在其附近）。

7、觀察混頻器的鏡像干擾

IN41處信號(hào)不變。由正弦振蕩單元的LC振蕩部分產(chǎn)生11.155MHz的信號(hào)

（產(chǎn)生的具體方法參見(jiàn)正弦振蕩部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容），作為IN42處的輸入信號(hào)。觀察

TT42處的信號(hào)是否也為455KHzo此即為鏡像干擾現(xiàn)象。

四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1、整理本實(shí)驗(yàn)步驟5、6中所測(cè)得的各頻率分量的大小，并計(jì)算選頻電路對(duì)

中頻以外的分量的抑制度。

2、繪制步驟5、6中分別從TT41、TT42處用示波器測(cè)出的波形。

3、說(shuō)明鏡像干擾引起的后果，如何減小鏡像干擾？

五、實(shí)驗(yàn)儀器

1、頻譜分析儀（選項(xiàng)）一臺(tái)

2、20MHz雙蹤模擬示波器一臺(tái)

3、萬(wàn)用表一塊

4、調(diào)試工具一?套

實(shí)驗(yàn)三高頻諧振功率放大器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、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、乙類、

丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角o愈小，放大器的效率n愈高。

如甲類功放的。=180,效率n最高也只能達(dá)到50%,而丙類功放的。＜90°,效

率n可達(dá)到80%,甲類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Q1組成甲類

功率放大器，晶體管Q2組成丙類諧振功率放大器，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、甲類功率放大器

1）靜態(tài)工作點(diǎn)

如圖3-1所示，晶體管Qi組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其

中RBI、RB2為基極偏置電阻；REI為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

RFI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（RFI+REI）"ICQREI（3-1）

式中，RFI一般為兒歐至兒十歐。

ICQ=3IBQ（3-2）

UBQ=UEQ+O.7V（3-3）

UCEQ=UCC-ICQ（RFI+REI）（3-4）

2）負(fù)載特性

如圖3-1所示，甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定，兩級(jí)

間通過(guò)變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率Po可表示為：

PO=PH，/HB（3-5）

式中，PH'為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率，QB為變壓器的傳輸效率，一般為

B

/UcESUCC-ICQRE1\\J

tTIAUcc

/Ucmj

M-------------

圖3-2甲類功放的負(fù)載特性

圖3-2為甲類功放的負(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稱為最佳負(fù)載電阻。

集電極的輸出功率Pc的表達(dá)式為：

2

匕=—外（3-6）

2Zi\H

式中，Ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，km為交流電流的振幅，它們的表

達(dá)式分別為

Ucm=ucc-ICQREi-UCES（3-7）

式中，UCES稱為飽和壓降，約IV

Icn^IcQ（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

N、_,BRH

比一(3-9)

式中，RH'為變壓器次級(jí)接入的負(fù)載電阻，即下級(jí)丙類功放的輸入阻抗。

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4.3.1所示

電路，甲類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=P("i(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

口曲=也￡(3-11)

式中，氐又可以表示為

R產(chǎn)hie+(1+hfe)RFI(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

電阻rbbohfe為晶體管共發(fā)接

法電流放大系數(shù)，在高頻情況

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)B。

2、丙類功率放大器

1)基本關(guān)系式

如圖3-1所示，丙類功率放大

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

射極電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來(lái)提供

的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大

器的輸入信號(hào)Ui'為正弦波時(shí)，則

集電極的輸出電流ic為余弦脈沖

波。利用諧振回路L2c2的選頻作

用可輸出基波諧振電壓Ucl,電流iclo圖3-3丙類功放的基極、集電

圖3-3畫出了丙類功率放大器的基

極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)極電流和電壓波形

系。分析可得下列基本關(guān)系式：

Uclm=IclmRo(3-13)

式中，Ucim為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；

Iclm為集電極基波電流振幅；R。為集電極回路的諧振阻抗。

Pc=、UClm【Clm=RllMo=3；〃'(3-14)

L22X\Q

式中，Pc為集電極輸出功率

PD=UCC1CO(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)付立葉級(jí)數(shù)分解，可得峰值1cm與分解系數(shù)%(6)的關(guān)系式

>(3-10)

，cO=1an?。0(”

分解系數(shù)％(。)與。的關(guān)系

如圖3-4所示。

放大器集電極的耗散功率Pc'為

Pc'=PD-PC(3-17)

放大器的效率n為

圖3-4電流脈沖的分解系數(shù)

PD2UccIc0

:i.％?)=tg?)

(3-18)

-2Ucc即⑻一廣”。⑻

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1的

波形關(guān)系。由圖可得:

U；一〃A

cos6=-^-（3-19）

即,“

式中：可為晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約為0.6V,錯(cuò)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)通電壓巧時(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Ln成線性關(guān)系，即滿足

Icm=hfelbm^B1bm（3-21）

因此基極電流脈沖的基波幅度Iblm及直流分量1b。也可以表示為

=//o⑻,

基極基波輸入功率Pi為

6=3"（3-23）

放大器的功率增益Ap為

Ap=?Mp=101g""8（3-24）

丙類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

所示，集電極諧振回路為部分接入,

諧振頻率為

W0=vb^°=2^Zc325）

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2?10。

兩類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。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗|Z,|為

Iz,|=(3-27)

（1一cos。）。/。）

式中，九為晶體管基極體電阻力W25Q。

bhbb

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或稱激勵(lì)電壓Usm

確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大