高频电路实验指导书

前言..............................................................................................................................错误!未定义书签。实验一高频小信号调谐放大器实验.......................................................................................................2实验二高频丙类功率放大器...............................................................................................................13实验三LC正弦波振荡器......................................................................................................................22实验四石英晶体振荡器.......................................................................................................................36实验五模拟乘法器应用.........................................................................................................................39实验六变容二极管调频振荡器及相位鉴频.......................................................................................49实验七集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器...........................................................................63实验八集成电路(锁相环)构成的频率解调器...................................................................................66实验九上变频混频器实验...................................................................................................................69实验十下变频混频器实验...................................................................................................................73实验十一中频AGC放大器实验........................................................................................................76实验十二调幅/调频发射机与接收机系统综合实验.........................................................................80实验十三晶体振荡—混频器设计性实验.......................................................................................86附录1：实验要求及注意事项........................................................................................................................89实验一高频小信号调谐放大器实验一．实验目的及预习要求1．了解频谱仪的使用方法。2．了解和掌握典型高频谐振放大器的构成。3．了解和掌握谐振放大器幅频特性曲线（谐振曲线）的绘制及通频带BW的测量。4．研究谐振回路的并联电阻R对通频带及选择性的影响。5.了解和掌握利用频谱仪观察谐振放大器的谐振曲线及测量通频带BW。6．掌握放大器的动态范围及其测试方法。二、实验预习要求1.复习谐振回路的工作原理2.掌握高频小信号调谐放大器静态工作点的选择原则3.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。4.通过仿真实验了解参数变化对放大器性能的影响（通频带，增益，）仿真要求：1、Multisim10中按图1-1构建电路2、改变射极电阻，测试放大器增益3、改变集电极电阻，测试放大器增益和通频带4、改变谐振回路电容或电感大小，测量通频带及谐振放大倍数三、实验内容1、测量及调整单调谐、双调谐小信号放大器的静态工作点2、测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益3、测量单调谐、双调谐小信号放大器的通频带4、测量单调谐、双调谐小信号放大器的选择性5、测量单调谐、双调谐小信号放大器动态特性四、实验原理高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号，以便作进一步变换或处理。所谓“小信号”，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频小信号放大器的基本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。单调谐实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管V7001、选频回路二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS＝10.7MHz。基极偏置电阻R7001、R7002和射极电阻Re决定晶体管的静态工作点。实验中通过改变射极电阻改变射极静态电流。图：1-1单调谐小信号放大电路表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。放大器在高频情况下的等效电路如图1-2所示，晶体管的4个y参数iey，oey，fey及rey分别为输入导纳ebebbbebebiejwcgrjwcgy'''''1（1-1）输出导纳ebebebbbebbbmoejwcjwcgrjwcrgy''''''1（1-2）正向传输导纳ebebbbmfejwcgrgy'''1（1-3）R7001R700210K2K4701K2K510J7001M7002GNDC7003C7002C7004V7001CT2002J7002P7001C7001RLP7002+12VRcReL7002J7003C7005GND反向传输导纳ebebbbebrejwcgrjwcy''''1（1-4）图1-2放大器的高频等效回路式中，mg——晶体管的跨导，与发射极电流的关系为SmAIgEm26（1-5）ebg/——发射结电导，与晶体管的电流放大系数β及IE有关，其关系为SmAIrgEebeb261''（1-6）bbr/——基极体电阻，一般为几十欧姆；cbC/——集电极电容，一般为几皮法；ebC/——发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流EI，电流放大系数有关外，还与工作频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在of30MHz，EI=2mA，CEU=8V条件下测得3DG6C的y参数为：mSrgieie21pFCie12mSrgoeoe2501pFCoe4mSyfe40uSyre350如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算的方法。图1-2中所示的等效电路中，1p为晶体管的集电极接入系数，即211/NNP（1-7）式中，2N为电感L线圈的总匝数。2p为输出变压器T的副边与原边的匝数比，即232/NNP（1-8）式中，3N为副边（次级）的总匝数。Lg为调谐放大器输出负载的电导，LLRg1。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则Lg将是下一级晶体管的输入导纳2ieg。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导g的表达式为GjwLjwcgpgpGjwLjwcgpgpgLoeieoe11222122221（1-9）式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响可以忽略。1、放大器各项性能指标及测量方法如下：①谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为LCf210（1-10）式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，C的表达式为ieoeCPCPCC2221（1-11）式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。②电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为GgpgpyppgyppvvAieoefefeiV2221212100式中，g为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º而是为180º+Φfe。AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：AV0=V0/Vi或AV0=20lg(V0/Vi)dB③通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为BW=2△f0.7=f0/QL式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为CyBWAfeV20上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-3所示。可得：7.02fffBWLH通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。④选择性——矩形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1AV0