通信电子电路 实验二.docx
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通信电子电路实验二
一、实验目的
1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理;
2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。
二、实验内容
1、测量各放大器的电压增益;
2、测量放大器的通频带与矩形系数(选做);
3、测试放大器的频率特性曲线(选做)。
三、实验仪器
1、BT-3扫频仪(选做)一台
2、20MHz示波器一台
3、数字式万用表一块
4、调试工具一套
四、实验基本原理
1、单级单调谐放大器
图1-1单级单调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1-1所示,本实验的输入信号(10.7MHz)由正弦波振荡器模块的石英晶体振荡器或高频信号源提供。
信号从TP5处输入,从TP10处输出。
调节电位器W3可改变三极管Q2的静态工作点,调节可调电容CC2和中周T2可改变谐振回路的幅频特性。
2、单级双调谐放大器
图1-2单级双调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1-2所示,单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。
两个谐振回路通过电容C20(1nF)或C21(10nF)耦合,若选择C20为耦合电容,则TP7接TP11;若选择C21为耦合电容,则TP7接TP12。
3、双级单调谐放大器
图1-3双级单调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1-3所示,若TP5处输入信号的峰峰值为几百毫伏,经过第一级放大器后可达几伏,此信号幅度远远超过了第二级放大器的动态范围,从而使第二级放大器无法发挥放大的作用。
同时由于输入信号不可避免地存在谐波成分,经过第一级谐振放大器后,由于谐振回路频率特性的非理想性,放大器也会对残留的谐波成分进行放大。
所以在第一级与第二级放大器之间又加了一个陶瓷滤波器(FL3),一方面滤除放大的谐波成分,另一方面使第二级放大器输入信号的幅度满足要求。
实验时若采用外置专用函数信号发生器,调节第一级放大器输入信号的幅度,使第一级放大器输出信号的幅度满足第二级放大器的输入要求,则第一级与第二级放大器之间可不用再经过FL3。
4、双级双调谐放大器
图1-4双级双调谐放大器实验原理图
实验原理图如图1-4所示,第一级放大器两谐振回路的耦合电容(C20、C21)可选,第二级放大器两谐振回路的耦合电容不可选(固定为C26,1nF),两级放大器之间是否接FL3及相应原因与两级单调谐放大器相同。
五、实验步骤
1、计算选频回路的谐振频率范围
若谐振回路的电感量L=1.8uH~2.4uH,回路总电容C=105pF~125pF(分布电容包括在内),根据公式
计算谐振回路谐振频率
的范围。
2、单级单调谐放大器
(1)连接实验电路
在主板上正确插好小信号放大器模块,开关K1、K2、K3、K5向左拨,主板GND接模块GND,主板+12V接模块+12V。
TP9接地,TP8接TP10。
检查连线正确无误后,打开实验箱右侧的船形开关,K5向右拨。
若正确连接,则模块上的电源指示灯LED4亮。
(2)静态工作点调节
K5向左拨(即关闭电路电源),TP5接地,然后K5向右拨。
用万用表测三极管Q2发射极对地的直流电压,调节W3使此电压为5V。
说明:
本实验箱的所有实验,改接线的操作均要在断电的情况下进行,以后关于断电改接线的操作步骤不再重复说明。
(3)测量放大器电压增益
去掉TP5与地的连线,由正弦波振荡器模块或高频信号源提供输入信号Vi。
1)输入信号Vi由正弦波振荡器模块提供,参考实验九产生10.7MHz的正弦波信号Vi,操作步骤如下:
①在主板上正确插好正弦波振荡器模块,该模块开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨,K2、K3、K5、K7、K8向下拨,K4、K6向上拨。
主板GND接该模块GND,主板+12V接该模块+12V,检查连线正确无误后,开关K1向右拨。
若正确连接,则该模块上的电源指示灯LED1亮。
②用示波器在正弦波振荡器模块的TP5处测量,输出信号应为正弦波,频率为10.7MHz。
调节该模块的W2可改变TT1处信号的幅度(注意W2不要调到两个最底端)。
此信号即为本实验的输入信号Vi,从TP5处引出。
③正弦波振荡器模块的TP5接小信号放大器模块的TP5,调节正弦波振荡器模块的W2使小信号放大器模块TP5处信号Vi的峰峰值Vip-p为400mV左右。
④用示波器在小信号放大器模块的TP10处观察,调节小信号放大器模块的T2、CC2,适当调节该模块的W3,使TP10处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。
记录各数据,填表1-1。
2)输入信号Vi由高频信号源提供,参考高频信号源的使用方法,用高频信号源产生频率为10.7MHz,峰峰值约400mV的正弦信号,将此信号输入到小信号放大器模块的TP5。
用示波器在小信号放大器模块的TP10处观察,调节小信号放大器模块的T2、CC2,适当调节该模块的W3,使TP10处信号Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。
记录各数据,填表1-1。
表1-1
Vip-p(V)
Vop-p(V)
电压放大倍数
150mv
250mv
1.667
用高频信号源产生频率为10.7MHz,峰峰值约400mV的正弦信号:
输入信号:
正弦信号有衰减,峰峰值约150mV
输出信号:
峰峰值约250mV
实验八三点式LC振荡器及压控振荡器
一、实验目的
1、掌握三点式LC振荡器的基本原理;
2、掌握反馈系数对起振和波形的影响;
3、掌握压控振荡器的工作原理;
4、掌握三点式LC振荡器和压控振荡器的设计方法。
二、实验内容
1、测量振荡器的频率变化范围;
2、观察反馈系数对起振和输出波形的影响;
3、观察温度变化对振荡器频率稳定度的影响(选做)。
三、实验仪器
1、20MHz示波器一台
2、数字式万用表一块
3、调试工具一套
四、实验原理
1、三点式LC振荡器
三点式LC振荡器的实验原理图如图8-1所示。
图8-1三点式LC振荡器实验原理图
图中,T2为可调电感,Q1组成振荡器,Q2组成隔离器,Q3组成放大器。
C6=100pF,C7=200pF,C8=330pF,C40=1nF。
通过改变K6、K7、K8的拨动方向,可改变振荡器的反馈系数。
设C7、C8、C40的组合电容为C∑,则振荡器的反馈系数F=C6/C∑。
反馈电路不仅把输出电压的一部分送回输入端产生振荡,而且把晶体管的输入电阻也反映到LC回路两端。
F大,使等效负载电阻减小,放大倍数下降,不易起振。
另外,F的大小还影响波形的好坏,F过大会使振荡波形的非线性失真变得严重。
通常F约在0.01~0.5之间。
同时,为减小晶体管输入输出电容对回路振荡频率的影响,C6和C∑取值要大。
当振荡频率较高时,有时可不加C6和C∑,直接利用晶体管的输入输出电容构成振荡电容,使电路振荡。
忽略三极管输入输出电容的影响,则三点式LC振荡器的交流等效电路图如图8-2所示。
图8-2三点式LC振荡器交流等效电路图
图8-2中,C5=33pF,由于C6和C∑均比C5大的多,则回路总电容C0可近似为:
(8-1)
则振荡器的频率f0可近似为:
(8-2)
调节T2则振荡器的振荡频率变化,当T2变大时,f0将变小,振荡回路的品质因素变小,振荡输出波形的非线性失真也变大。
实际中C6和C∑也往往不是远远大于C5,且由于三极管输入输出电容的影响,在改变C∑,即改变反馈系数的时候,振荡器的频率也会变化。
本模块的实际实验电路在C11与Q3之间还有一级10.7MHz陶瓷滤波器电路,用来滤除石英晶体振荡器输出信号中的二次、三次谐波分量,以给其它模块提供载波信号。
由于受到模块大小的限制,故没有在模块上画出这部分电路图。
若LC振荡所产生信号的频率不在陶瓷滤波器的通带内,则在TP5处将不会有波形输出或输出信号幅度较小。
若想利用LC振荡器所产生的信号来进行二次开发,则可在TP4处取信号。
三点式LC振荡器实验电路只涉及到振荡器和隔离器部分。
2、压控振荡器
压控振荡器的实验原理图如图8-3所示。
图8-3压控振荡器实验原理图
Q1、Q2、Q3的作用与三点式LC振荡器相同,TP2和TP3是为自动频率控制实验二次开发留出的接口,在做压控振荡器实验的时候,连接TP2与TP3。
TP1是为实验二十一(变容二极管调频)留出的调制信号输入接口,C1、L1为调制信号耦合隔离电路,压控振荡器实验不涉及此部分电路。
R2、R3、W1为变容二极管D1提供直流反偏压VD。
C2、C3为变容二极管的接入电容(C2=5pF,C3=10pF),设C2、C3的组合电容为CN,C7、C8、C40的组合电容为CM,忽略三极管输入输出电容的影响,则压控振荡器的交流等效电路如图8-4所示。
图中,C5=33pF,由于C6和CM均比C5大的多,则回路总电容C0可近似为:
(8-3)
则振荡器的频率f0可近似为:
(8-4)
由图8-3可得,变容二极管的接入系数P为:
(8-5)
其中,CjQ是直流反偏压为VD时变容二极管的容量。
调节W1,则VD变化,CjQ也变化。
由式8-5可知,CN越大,变容二极管的接入系数P也越大,单位直流反偏压变化所引起的频偏也越大。
但为了减小高频电压对D1的作用和中心频率的漂移,常将CN取的较小。
图8-4压控振荡器的交流等效电路图
五、实验步骤
1、三点式LC振荡器
(1)连接实验电路
在主板上正确插好正弦波振荡器模块,开关K1、K9、K10、K11、K12向左拨,K2、K3、K4、K7、K8向下拨,K5、K6向上拨。
主板GND接模块GND,主板+12V接模块+12V。
检查连线正确无误后,打开实验箱右侧的船形开关,K1向右拨。
若正确连接,则模块上的电源指示灯LED1亮。
(2)测量LC振荡器的频率变化范围
用示波器在三极管Q2的发射极(军品插座处)观察反馈输出信号的波形,调节T2,记录输出信号频率f0的变化范围,比较波形的非线性失真情况,填表8-1。
表8-1
f0(MHz)
最小值
最大值
9.89MHZ
13.92MHZ
波形非线性失真(大、小)
小
大
f0最小值为9.89MHZ时:
f0最大值为13.92MHZ时:
(3)观察反馈系数对输出信号的影响
用示波器在三极管Q2的发射极观察反馈输出信号Vo的波形,调节T2,使Vo的频率f1为10.7MHz左右,改变反馈系数F的大小(通过选择K6、K7、K8的拨动方向来改变),观察Vo峰峰值Vop-p、振荡器频率的变化情况,填表8-2。
表8-2
反馈系数
Vop-p(V)
振荡器频率(MHz)
F=1/2
1.08V
10.7MHz
F=1/3
0.72V
11.15MHz
F=1/5
0.6V
10.76MHz
F=1/10
0.3V
10.68MHz
调试时,先使反馈系数F=1/2,调节T2使Q2发射极处信号的频率为10.7MHz左右,记录Q2发射极处信号的频率和峰峰值。
然后,不再调节T2,改变反馈系数的大小,记录Q2发射极处信号的频率和峰峰值,直至F=1/2、F=1/3、F=1/5、F=1/10的情况都做完。
F=1/2
Vop-p(V):
1.08V振荡器频率(MHz):
10.7MHz
F=1/3
Vop-p(V):
0.72V振荡器频率(MHz):
11.15MHz
F=1/5
Vop-p(V):
0.6V振荡器频率(MHz):
10.76MHz
F=1/10
Vop-p(V):
0.3V振荡器频率(MHz):
10.68MHz
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