通信电子电路实验教案.docx
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通信电子电路实验教案
小信号调谐放大器[1][2]
一.实验目的
1.了解调谐放大器的选频放大特性;
2.熟悉谐振回路的幅频特性分析——通频带与选择性的测量方法;
3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,正确选择测量仪器和测试点;
4.掌握放大器动态范围的测试方法。
二.实验原理
调谐放大器的主要特点是放大器的负载不是纯电阻,而是由L、C组成的并联谐振回路。
由于L、C并联谐振回路的阻抗是随频率变化的,在谐振频率点f0=
处,其阻抗呈现纯电阻性,且达到最大值,因此放大器具有最大的放大倍数,稍离开谐振频率,放大倍数就会迅速减小。
因此,用这种放大器可以有选择性地放大所需要的某一频率信号,而抑制不需要的信号或外界干扰噪声。
所以,调谐放大器在无线电通讯等方面被广泛用作高频和中频的选频放大器。
调谐放大器的电路形式很多,但基本的单元电路有两种:
一种是单调谐放大器,另一种是双调谐放大器。
本实验分别讨论讨论单调谐放大器和双调谐放大器。
三.实验重点
1.放大倍数AV的测量
2.通频带Δf0.7、矩形系数Kr0.1及Q值的测量
3.如何理解“小信号”
4.实验过程中连接线问题。
其中R=10kΩ,2kΩ,470Ω;Re=2kΩ,1kΩ,500Ω
图1单调谐放大器
四.实验内容与步骤
1.按图1、2连接好实验电路(禁止带电操作);
图2接线图
2.静态工作点测试
实验电路中选Re=1KΩ,测量各静态工作点,计算并完成表1内容的测试。
3.动态研究
1)回路频率f0调谐
选Re=1KΩ,R=10KΩ,输入端输入正弦信号
,其频率
,幅度
mV。
示波器接至输出端
处,调节回路电容
,使回路进入谐振状态,此时示波器上显示输出波形的幅度最大。
本实验中,由于回路电容
的调节不太方便,故采用调节信号源频率,使信号源输出频率
与回路本身的固有频率
相等来完成调谐过程。
要求记录谐振频率值
。
表1
实测值
由实测值计算
根据Vce判断Q1是否工作在放大区
VBQ
VEQ
VCQ
ICQ
VceQ
是
否
注:
放大区应满足的条件:
VBEQ即VBQ-VEQ≈0.6V~0.7V,VCEQ即VCQ-VEQ应大于1V且小于电源电压。
2)放大倍数AV的测量
在谐振状态下,用示波器或高频毫伏表测出
和
的值,则
。
3)通频带Δf0.7、矩形系数Kr0.1及Q值的测量
(1)在上述电路谐振的状态下,保持输入信号的幅度不变,改变信号源的频率
,由中心频率
向左右两边逐点偏离,用示波器或毫伏表测得不同频率
时对应的输出电压,并将测量结果填入表2中。
频率偏离范围可根据(各自)实测情况而定,但应包含Δf0.7和Δf0.1的频率点。
表2
频率点
f0.1L
f0.3L
f0.5L
f0.7L
f0
f0.7H
f0.5H
f0.3H
f0.1H
R=10KΩ
fS(MHz)
Uo
R=470Ω
fS(MHz)
Uo
(2)改变回路电阻R=470Ω,测量Δf0.7对应的频率点,从而了解通频带的展宽问题。
完成表2的填写内容。
幅频特性如图3所示,其中:
图3幅频特性
通频带:
Δf0.7=fH-fL
矩形系数:
Kr0.1=
4)双调谐放大器实验(选作,参照上面的设计方案完成)
五.实验报告要求
1.整理实验数据;
2.计算直流工作点,与实验测得的结果相比较;
3.画出不同回路电阻R时的幅频特性曲线,并说明不同R对通频带的影响;
4.根据表2内容,计算f0时的电压放大倍数、回路通频带Δf0.7、矩形系数Kr0.1和Q值;
5.比较单调谐回路和双调谐回路。
六.思考题
1.调谐放大器与阻容耦合放大器有哪些特点?
2.实验过程中,回路的阻尼电阻
增大或减小对放大器的增益有何影响?
3.
大小变化,对放大器的输出波形有什么影响?
4.试用9018设计谐振频率为100M的调谐放大器(要求,增益尽可能大,空心电感绕制见附录1)
七.参考文献
[1]周南生译.晶体管电路设计(上),科学出版社,2006
[2]邓学译,高低频电路设计与制作,科学出版社,2006
实验二高频功率放大器[1]
一.实验目的
1.进一步了解高频功率放大器(丙类)的基本工作原理;
2.掌握高频功率放大器的调整方法和性能指标的测试方法;
3.了解电源电压Vcc、激励信号Ubm及负载RL对高频功率放大器的影响。
二.实验原理
高频功率放大器是发射机的一个重要组成部分。
研究高频功率放大器的主要任务是怎样以较高的效率得到一定的输出功率。
由于高频功放往往是放大高频窄带信号,用谐振回路作为集电极的负载,因此,高频功率放大器几乎都采用导通角为θ≤900的丙类工作状态。
虽然功率增益比甲类和乙类小,但效率却比甲类和乙类高。
本实验电路见图1所示,基极没有直流偏置,电路工作于丙类状态。
L5、C6、C7构成谐振回路作为放大器的负载,其谐振频率约为6.5MHz。
图1高频功率放大器(丙类)
高频功率放大器的主要性能指标:
输出功率:
是指放大器负载上得到的最大不失真功率。
即Po=
(UL为有效值)
效率:
是指输出功率和电源提供功率的比值。
即η=
=
功率增益:
是指输出功率Po与输入功率Pi的比值。
即AP=
(dB)
三.实验重点
1.导通角θC、输出功率Po及效率η的测量
2.负载特性的测试
3.回路调谐。
4.如何预防自激。
四.实验内容与步骤
1.回路调谐:
1)按图1连接好实验电路。
集电极回路中C、D两点串入万用表,并把万用表置于直流200mA档。
调谐前最好将Vcc降为规定值的
~
,调谐好后再加到规定值12V。
2)在输入端B点处输入正弦信号:
频率f约为6.5MHz,幅度Vip-p≈2V。
3)示波器接至输出端OUT处。
微调信号源的频率,使输出波形为最大不失真波形,Ico指示最小。
(但由于回路Q值、分布参数等因素的影响,Ico最小点和电压最大点可能会有所差异,实验中以输出波形幅度最大为准。
)此时对应的频率即为谐振频率点(记录该频率值)。
2.三种工作状态的观测:
三种工作状态是指:
欠压、临界和过压。
测试条件:
Vcc=12V,RL=75Ω,Vip-p≈1.5V。
示波器接在发射极电阻Re两端(因为发射极电压波形与集电极电流波形相似)。
逐渐改变激励电压(即改变信号源的输出电压幅度),可观察到欠压、临界、过压时的集电极电流余弦波波形,如图2所示。
图2三种工作状态波形
3.导通角θC、输出功率Po及效率η的测量:
测试条件:
Vcc=12V,RL=75Ω,回路谐振并在临界状态下进行(临界状态是通过改变输入信号Ubm的值得到)。
1)θC的测量
示波器测量发射极电阻Re上的电压波形(临界状态),测量结果如图1-4-6所示,则
θC=
图3θC的测量图
2)输出功率Po的测量
Po=
(Uo为有效值)
3)效率ηC的测量
ηC=
(PE为电源供给功率,PE=Ico.Vcc,Ico为万用表的读数。
)
4.负载特性的测试
负载特性曲线如图4所示。
它反映了高频功率放大器的各个电流、电压、功率与效率等随负载
变化的特性曲线,是高频功率放大器的重要特性之一。
图4负载特性曲线
测试条件:
Vcc=12V,RL先用75Ω,回路谐振并在临界状态下进行。
分别改变RL的值,完成表1的测试内容。
表1(Vcc=12V)
RL(Ω)
51
75
120
Ico(mA)
Uo(V)
Po(mW)
η
5.激励信号Ubm对高频功率放大器工作状态影响的测试(选做)
测试条件:
Vcc=12V,RL=75Ω,回路谐振。
分别改变Uip-p的值,完成表2的测试内容。
表2
Uip-p(V)
1.0
1.5
临界点(约2V)
2.5
3.0
Ico(mA)
Uo(V)
Po(mW)
η
五.实验报告要求:
1.数据整理;
2.说明Ubm、RL对高频功放工作状态的影响。
3.谈谈对三种工作状态的理解。
4.高频功放对晶体管有哪些要求,在multisim上仿真本实验内容(要求在实验前完成)?
六.思考题
1.实验过程中,调谐前为什么将电源
降为规定值的
左右?
2.三种状态(欠压、临界、过压)的测试点为什么选在发射极电阻上测量?
3.
七、参考文献
[1]何中庸,高频电路设计与制作,科学出版社,2006
实验三LC三点式正弦波振荡器[1]
一.实验目的
1.进一步了解LC三点式振荡器电路的工作原理;
2.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响;
3.了解振荡器的反馈系数不同时,静态工作电流IEQ对振荡器起振及振幅的影响。
二.实验原理
LC三点式振荡器有两种基本组成形式,即电感三点式振荡器和电容三点式振荡器,可用图1进行判定。
(a)电容三点式(b)电感三点式
图1LC三点式振荡器基本组成形式
本实验主要研究电容三点式振荡器,电路如图2所示。
其中R=110kΩ,10kΩ,1kΩ;C=100pF,120pF,680pF;
C/=1200pF,680pF,120pF;CT=50pF,100pF,150pF;
图2LC三点式振荡器
电路采用串联式电容反馈三点式振荡器的改进型电路,也称克拉泼电路。
采用分压式电流负反馈偏置电路,调整Rp,可获得合适的静态工作点。
C1、C2为交流耦合电容,正反馈电压取自C/两端,改变C和C/的比值,可以改变反馈深度,以满足振荡的振幅条件。
此电路的振荡频率为:
f0=
若电容CT比电容C、C/小得多,则振荡频率为:
f0≈
,C、C/对震荡频率的影响大大减小,而晶体管的结电容Cce、Cbe又均并在C、C/上,则结电容对频率的影响可以忽略。
三.实验重点
1.振荡频率与振荡幅度电路参数的关系
2.回路Q值和IEQ对频率稳定度的影响
3.电路的起振
四.实验内容与步骤
1.按图2接好线路。
先不接C1,用万用表测量此振荡器停振时的发射极电压UE,调节电位器
Rp,测出UE的变化范围,计算IE的值并记录。
IE=
(RE=1KΩ)
2.振荡频率与振荡幅度的测试
测试条件:
IE=2mA、C=120pF、C/=680pF、RL=110KΩ。
示波器接至输出端OUT处,改变CT的值,当CT分别为50pF、100pF、150pF时,记录相应的振荡频率值f和振荡电压的幅度Vop-p(示波器测峰峰值),填入表1-4-5中。
表1
CT
f(MHz)
Vop-p
50pF
100pF
150pF
3.测试当反馈深度C、C/比值不同时起振点、振幅与工作电流IEQ之间的
关系:
取CT=100Pf,C、C/分别为:
C=C3=100Pf、C/=C4=1200Pf
C=C5=120pF、C/=C6/=680Pf
C=C7=680pF、C/=C8=120Pf
三组数据,调节电位器Rp,使IEQ(静态值,即断开C1后调IEQ,调好后再接上C1)分别为表2所标的各值,示波器测出各相应的振荡幅度Vp-p。
4.回路Q值和IEQ对频率稳定度响应的研究
1)Q值变化时,对振荡频率稳定度的影响
测试条件:
=
,IEQ=2mA,CT=50pF,分别改变L的并联电阻R,使其值分别为1KΩ、10KΩ、110KΩ,记录电路的振荡频率,填入表3中。
注意观察频率后几位数的跳动情况
表2CT=100pF
IEQ(mA)
0.5
0.8
2.0
3.0
4.0
5.0
VP-P(V)
C=100p
C/=1200p
C=120p
C/=680p
C=680p
C/=120p
表3
R
1KΩ
10K
110K
f(MHz)
稳定性(好、差)
2)IEQ变化对频率稳定度的影响
测试条件:
=
,CT=100pf,调节RP,使IEQ分列为表4所标各值。
记录各震荡频率。
填入表4中。
注意观察频率后几位数的跳动情况。
表4
IEQ(mA)
1
2
3
4
f(MHz)
稳定性(好、差)
5.石英晶体-振荡器
1)按电路连好线路;
2)静态工作点测试,记录IEQmin~IEQmax;
3)测量当工作点在上述范围内(至少3个点)的振荡频率及振荡幅度(RL取110KΩ);
4)RL分别取110K,10K,1K时,测出振荡频率f,填入表1-4-9中,并观察频率的稳定度。
(与LC三点式振荡器相比较)。
表5
RL
110K
10K
1K
f(MHz)
稳定性(好、差)
五.实验报告要求
1.整理各步骤的实验数据,并与理论值相比较,分析误差原因。
2.IEQ为横轴,输出的峰峰值Vp-p为纵轴,将在不同C、C/的值下测试的三组数据,在同一坐标纸上绘制成三组曲线,并说明由此得出什么结论。
3.说明图2振荡电路的特点。
六.思考题
3.测试静态工作点时,应在停振的状态下进行。
为使振荡器停振,可采取哪些措施?
4.不同的反馈深度,对振荡器的性能有哪些影响?
5.回路Q值和
的变化对频率稳定度有何影响?
6.比较LC振荡电路和晶体振荡电路?
7.试采用9018设计制作中心频率为100M左右的单管无线话筒(可加一级射随器,增加功率)
七、参考文献
[1]何西才,振荡电路的设计与应用,科学出版社,2006
[2]彭军,晶体管电路设计(下),科学出版社,2006
实验四模拟乘法器的应用(振幅调制器)
一.实验目的
1.掌握用集成模拟乘法器F1496实现普通调幅和抑制载波的双边带调幅的方法与过程;
2.掌握调幅系数的测量方法。
二.实验原理
集成模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流)相乘的电子器件。
高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调过程,均可视为两个信号相乘的过程。
F1496是双平衡四象限模拟乘法器,电路如图1所示。
引脚⑧与⑩接输入电压Ux,①与④接另一输入电压Uy,输出电压Uo从引脚⑥与⑿输出。
引脚②与③外接电阻
为电流负反馈电阻,可调节乘法器的信号增益,并扩展输入电压Uy的线性动态范围。
引脚⒁为负电源(双电源供电时)或接地端(单电源供电时)。
本实验将完成普通调幅和抑制载波调幅的内容。
三.实验重点与难点
1.抑制载波调幅波。
2.电路平衡调整。
四.实验内容与步骤
实验电路如图1所示,按图接好电路。
1.载波输入端平衡调节
在调制信号输入端IN2输入调制信号UΩ(t),UΩ(t)为f=1KHz幅度为100mV
(VP-P)的正弦信号。
将示波器接至OUT处,调节电位器RP2,使示波器上输出的波形幅度最小。
(然后去掉输入信号UΩ)。
2.抑制载波调幅(在载波输入端平衡的状态下进行)
1)输入端IN1输入载波信号UC(t),UC(t)为f=465KHz,幅度UC(p-p)=30mv的正弦信号,将示波器接至OUT处。
调节RP1,使输出电压Vo最小。
2)入端IN2输入调制信号UΩ(t),其频率为1KHz,幅度由零逐渐增大,当UΩ(p—p)为几百毫伏时,将出现如图1-4-11所示的抑制载波的调幅信号。
由于器件内部参数不可能完全对称,致使输出波形出现漏载信号。
可通过调节电位器RP2来改善波形的对称性。
记录波形并测出VO(p-p)值。
图1模拟乘法器
图2抑制载波调幅波
3.普通调幅(全载波调幅)
1)调节RP1使UAB=0.1V(万用表直流电压测得)。
输入端IN1输入载波信号UC(t),为f=465KHz,幅度UC(P-P)=100mV的正弦信号;输入端IN2输入低频调制信号UΩ(t),其频率为1KHz,幅度UΩ(P-P)由零逐渐增大。
示波器接至输出端OUT处,此时可观察到输出信号Uo(t)的幅度发生变化。
当UΩ(P-P)增大到一定程度时,将出现如图1-4-12所示的普通调幅信号波形,记录波形,并测出调幅系数m。
图3普通调幅波
2)载波信号UC(t)不变,将调制信号改为f=1KHz,幅度为20mV(VP-P)的方波,
察并记录UAB=0.1V和UAB=0.2V时的已调波波形。
4.普通调幅信号的解调
1)二极管包络检波器电路,如图1-4-13所示:
图4二极管包络检波器
2)将普通调幅信号的输出通过导线接至图4的IN输入端,示波器测量输出端OUT的波形,并与低频调制信号UΩ(t)的波形相比较。
2)画出输入、输出波形图。
五.实验报告要求
1.画出各实验步骤的波形图;
2.分析普通调幅波及抑制载波的双边带调幅波信号特点;
3.对F1496应用的体会。
六.思考题
1.抑制载波调幅和普通波调幅的波形各有什么特点?
2.在普通波调幅的实验过程中,增大调制信号的幅度,会出现与抑制载波调幅时类似的波形。
此时,是否可理解为抑制载波调幅过程?
实验五变容二极管调频振荡器
一.实验目的
1.了解变容二极管的特性;
2.掌握调频器调制特性及性能指标的测量方法;
3.了解分布参数对高频电路的影响。
二.实验原理
所谓调频,就是把所要传送的信息(例如语言、音乐等)作为调制信号去控制载波信号的频率,使其按照调制信号幅度的大小变化。
调频电路中,最简单的办法是采用变容二极管调频,利用变容二极管结电容的改变来控制振荡器振荡频率的变化。
实验电路如图1所示。
三极管V1组成电容三点式振荡器的改进型电路,即克拉泼电路。
变容二极管DC部分接入振荡回路中,是调频电路的主要元件。
电位器RP1、电阻R2、电感L1为变容二极管提供静态时的反向直流偏置,调节RP1可改变主振荡器的振荡频率。
V2为放大级,对振荡信号进行放大,以保证有足够的振荡幅度输出。
调节RP3,可调节输出幅度的大小。
V3为射随器,以提高带负载的能力。
调制信号由IN处输入,经变容二极管DC和主振荡调频后,再经V2、V3放大后由OUT处输出。
图1变容二极管调频振荡器
三.实验重点与难点
1.最大频偏的测量。
2.静态调制特性曲线。
四.实验内容与步骤
按图1连接好电路
1.静态调制特性的测试
输入端不接调制信号,调节
使得
为0.6v,
为1.2v左右,示波器接至输出端OUT处,然后调节电位器RP1使Ed=4V(万用表直流电压档测该点对地电压),此时示波器将显示振荡波形,其f0在6.5MHz附近。
适当调整振荡器的静态工作点使波形最好,调节RP3使输出幅度为UOP-P=2V,然后重新调节电位器RP1,使Ed在0.5V~8V范围内变化。
将对应的振荡频率填入表1中。
表1
Ed(V)
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
f0(MHz)
接C3
不接C3
根据表格画出静态调制特性曲线。
调制灵敏度S=
(静态)
2.最大频偏的测量
最大频偏是指在一定的调制电压作用下能达到的最大频率偏移值Δfm,调频广播、移动式电台的频偏一般在50KHz~75KHz的范围内。
1)C3先不接,调节RP1使Ed=4V,使振荡频率f0=6.5MHz(幅度为UOP-P=1V);
2)输入端IN处输入f0=2KHz、幅度Um从0~1V可调的正弦低频调制信号UΩ;
3)输出端OUT处接入调制度仪射频2.5~30MHz输入口,调节调制信号的幅度即可观察对应的频偏。
完成表2内容的测试。
表2
Um(V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
不接C3
Δf(KHz)
上
下
接C3
Δf(KHz)
上
下
4.调制灵敏度计算(选做)
单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度,以Sf表示,单位为KHz/V,
即:
Sf=
UΩm为调制信号的幅度,Δfm为变容二极管的结电容ΔCj引起的最大频偏。
通过推导可得:
Sf=
(动态)
式中,ΔC∑为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量,ΔCθ∑为静态时谐振回路的总电容量。
Sf越大,说明调制信号的控制作用越强,产生的频偏越大。
五.实验报告要求
1.整理各步骤的实验数据;
2.画出静态调制特性曲线;
3.分析变容二极管(如2CC1C)的特性曲线,掌握变容二极管性能参数VQ、ΔCjo、
ΔCj及Q点处的斜率KC的估算;
4.调频器实验的体会。
六.思考题
1.振荡器波形的好坏与哪些因素有关?
2.实验过程中,接入
和断开
对调频振荡器有什么影响?
实验六晶体振荡—混频器综合实验或无线调频话筒制作
一.实验目的
1.综合应用已学通信电子电路课程的知识;
2.掌握高频振荡器和高频混频器的设计、制作与调试;
3.对无线发射机的设计有初步的了解
4.熟悉Protel的PCB板制作过程。
二.实验原理
变频电路由本机振荡器、混频器和选频回路三部分组成,其方框图如图1-4-15所示:
本机振荡器产生比外来的高频信号高出一个中频的本振信号f本。
高频信号f外与本振信号f本同时加到晶体管的输入端,利用晶体管的非线性作用,其输出端除了输出原来输入的f外、f本的信号外,还将按照一定的规律,输出频率为f本+f外、f本-f外……等多种信号。
在超外差式接收机中,通常选取f本-f外的信号频率。
只要在输出端(集电极所接负载)采用调谐回路,并使回路的谐振频率为f本-f外,就能获得其差频的输出。
图1变频电路
三.实验重点与难点
1.电路设计及参数计算
2.电路的制作与调试
四.实验内容步骤
1.主要器件
石英晶体:
17.73MHz,20Mhz1只
三极管:
9018,90142只
中周:
6.5MHz1只
电阻电容:
若干
2.技术指标要求:
(1)混频器
2)接收频率(点频):
11.23MHz
3)本振频率:
17.73MHz
4)混频输出(中频):
6.5MHz
(2)无线话筒
1)发射频率100M左右
2)接收距离〉20m
3)若用分立元件,至少采用3管和4管电路。
3.完成形式
1)选定实验电路(课前完成)
图2为参考电路图,供同学们参考。
五.实验报告要求
1
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