高频实验指导讲义(2011年版

高频电子线路实验 马涛詹华伟 2011年9月 1 实验要求 1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下： 1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。 2）熟悉实验步骤 3）复习实验中所用各仪器的使用及注意事项。 2．使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。 3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。 4．高频电路实验注意： 1）将实验板插入主机插座后，即已接通地线，但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。 2）由于高频电路频率较高，分布参数及相互感应的影响较大。所以在接线时连接线要尽可能短。接地点必须接触良好。以减少干扰。 3）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大。 5．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。6．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。 7．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据、波形、现象) 。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。 8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理9．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。 10.未经教师同意，不得私自搬动实验仪器。 11.实验分组后不经过教师同意不得私自调换小组和实验台座位。 实验项目 高频实验共9个实验项目，每个实验项目4学时（3小时） 项目中的选做部分（用红色字体标出）不作要求，除了选做部分其他为必做部分。实验一常用高频仪器使用 实验二高频小信号调谐放大器 实验三RC串并联电路的频率特性（EWB仿真软件的使用） 实验四高频谐振功率放大器仿真分析（EWB仿真软件的使用） 实验五高频振荡器（石英晶体振荡器、集成电路LC振荡器） 实验六模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB） 实验七调幅信号解调（包络检波，同步，小信号检波） 实验八晶体振荡器直接调频与相位鉴频器 实验九综合设计性实验（题目待定） 实验一常用高频仪器使用及高频Q表的元件测量 预习提示：复习串联谐振回路和并联谐振回路的特点，参考仪器使用 一、实验目的 1、掌握实验室常用高频仪器的使用； 2、利用高频Q表进行元件参数的测量； 二、实验内容 1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p）， 2、熟悉高频试验箱的面板，测量实验箱上的低频信号发生器，利用相关仪器测量电压和频率； 3、利用Q表进行元件参数测量 （1）熟悉Q表的使用。 （2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组； （3）利用Q表测量电容的电容值： (a) 用并联代替法测量电容值在（0~460pF）的电容； (b) 用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。 三、实验仪器 1、数字示波器一台 2、高频Q表一台 3、频率计一台 4、超高频毫伏表一台 5、高频信号发生器一台 6、高频实验箱一台 7、数字式万用表一块 四、实验基本原理 参见实验仪器说明书。 五、实验步骤 1、利用高频信号发生器产生一个高频信号，用示波器观察记录波形（测量周期T和电压峰峰值Vp-p）， 用频率计测量信号的频率f，用超高频毫伏表测量电压V，反复进行3组，并进行填入下表1； 表1 2、熟悉高频试验箱的面板，测量实验箱上的低频信号发生器，利用相关仪器测量电压和频率； 3、利用Q表进行元件参数测量 （1）熟悉Q表的使用。 （2）利用Q表测电感线圈的电感量和回路Q值，测量3组填入表2； 表2 （3）利用Q表测量电容的电容值填入表3（选择2个不同标准电感进行两次测量）： (a) 用并联代替法测量电容值在（0~460pF）的电容； (b) 用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。 表3 六、实验报告 1、按步实验并完成表1、 2、3； 2、理解并联替代法测量电容的基本原理； 3、请思考为什么电容的测量要以460pF为分界。 实验二高频小信号调谐放大器 预习提示：复习单调谐放大器的工作原理和相关参数的计算 一、实验目的 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 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、扫频仪的使用； 2、测量各放大器的电压增益（单级单调谐必做，单级双调谐选做）； 3、测量放大器的通频带与矩形系数； 4、测试放大器的频率特性曲线。 三、实验仪器 1、BT-3扫频仪一台 2、60MHz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TT2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（10 nF）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。 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为1.8uH ～2.4uH ，回路总电容为105 pF ～125pF （分布电容包括在内），根据公式 LC f π21= 计算谐振回路谐振频率0f 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，打开实验箱左侧的船形开关，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V i 。 1）输入信号V i 由正弦波振荡器模块提供，参考实验五产生10.7MHz 的正弦波信号V i ，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TT1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V i ，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V i 的峰峰值V ip-p 为400mV 左右。 ④用示波器在小信号放大器模块的TT2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TT2处信号V o 的峰峰值V op-p 最大不失真。记录各数据，填表1－1。 2）输入信号V i 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TT2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TT2处信号V o 的峰峰值V op-p 最大不失真。记录各数据，填表1－1。 表1－1 （4）测量放大器的通频带、矩形系数 放大器通频带的测量方法有两种：扫频法和逐点法。 扫频法即用BT-3扫频仪直接测试。使用BT-3扫频仪测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线（频率与相对放大倍数的关系曲线），从频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。 注意：扫频仪的输出不要太大以免超过放大器的动态范围，检波头的方向不要接反。 逐点法即用外置专用信号源做扫频源，用信号源输出幅度相同频率逐步变化的信号作为放大器的输入，逐点记录相应输出信号的大小，然后描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。 在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1 处的带宽1.02f ?或0.01处的带宽01.02f ?。则矩 形系数7.01.01.022f f K r ??= ，7 .001 .001.022f f K r ??=，其中7.02f ?为放大器的通频带。 3、单级双调谐放大器 （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 。TP6接TP13，TP7接TP11（选择C20为耦合电容），TP14接TP10。检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，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 TP5接地，用万用表测Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V 。 （3）测量放大器电压增益 ①去掉TP5与地的连线，参考实验步骤2（3），产生10.7MHz 的输入信号V i （V ip-p 约400mV ）。将V i 输入到小信号放大器模块的TP5处。 ②用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察，调节该模块的T2、T3、CC2、CC3，并适当调节该模块的W3，使TT2处信号V o 的峰峰值V op-p 最大不失真。记录各数据，填表1－2。 表1－2 注意：不要用示波器探头直接在耦合电容（C20、C21）的两侧测量，因为示波器探头的输入电容会影响谐振回路的特性。 六、实验报告 1、按步实验并完成表1－1、1－2。 2、高频小信号放大器的主要技术指标有那些？如何理解选择性与通频带的关系？ 3、画出单级单调谐放大器的频率特性曲线。 实验三 RC 串并联电路的频率特性 预习提示：自学仿真软件EWB ，复习RC 串并联电路的频率特性特点 一 实验目的:１．学习仿真软件Multisim (EWB)的使用，掌握电路和系统仿真。 ２．研究无源RC 选频网络的选频特性，理解文氏桥振荡器反馈网络的反馈特性。 二 知识准备１．预习有关MULTISIM(EWB)的有关内容，弄清MULTISIM(EWB)的基本操作。 ２．预习有关无源RC 选频网络的内容。 三 实验内容 根据材料学习ewb 的使用 １．打开仿真软件MULTISIM(EWB)，在工作区中建立如图3.1所示的无源RC 选频网络仿真系统。 图3.1无源RC 选频网络仿真系统图 ２．频率特性的测试 打开仿真开关，选择输入电压Uim=50mV ，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f 为 160KHz，保持输入电压Uim不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压V O，将测的数据填入表1。频率偏离范围可根据（各自）实测情况来确定（应至少包含10KHz~10MHz，以保证实验效果）。图3.2是由虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线。 表1 频率特性的测试记录 图3.2 虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线 四. 实验报告与思考: 1. 根据所测数据绘出幅频特性曲线。总结无源RC选频网络的选频特性。 2. 用你所绘出幅频特性曲线和由虚拟波特图仪测出的幅频特性曲线进行比较。 实验四高频谐振功率放大器仿真分析 预习提示：复习丙类高频功放的工作原理和特点，进一步熟悉EWB仿真软件 一、实验目的 1、进一步熟悉EWB仿真软件的使用方法； 2、测试高频谐振功率放大器的电路参数及性能指标； 3、熟悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。 二、实验内容及步骤 (一)构造实验电路 利用EWB软件绘制如图4-1所示的高频谐振功率放大器实验电路。 4-1高频谐振功率放大器实验电路 (二) 选择“Analysi”→“DC Operating Point”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如图4-2所示。 4-2 高频谐振功率放大器静态工作点 2、动态测试 (1)输入输出电压波形 当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图4-3所示的输入、输出波形。 4-3 高频谐振功率放大器输入输出波形图 (2)调整工作状态 1分别调整负载阻值为5 kΩ、100 kΩ，可观测出输入输出信号波形的差异。 2分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。 3分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。 4-4 高频谐振功率放大器工作于欠压状态输入输出波形图 4-5 高频谐振功率放大器工作于过压状态输入输出波形图 由图4-5可知，工作与过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。 三、实验报告 根据所仿真数据和波形，总结出高频谐振功率放大器的工作特点。 实验五高频振荡器（石英晶体振荡器和LC振荡器） 预习提示：复习石英晶体振荡器和LC振荡器的电路组成和工作原理 实验五-1 石英晶体振荡器 一、实验目的 1、掌握石英晶体振荡器的工作原理； 2、掌握石英晶体振荡器的设计方法； 3、掌握反馈系数对电路起振和波形的影响。 二、实验内容 1、观察反馈系数变化对输出波形的影响； 2、研究温度变化对振荡器频率稳定度的影响（选做）。 三、实验仪器 1、60MHz示波器一台 2、调试工具一套 四、实验原理及电路 石英晶体振荡器的实验原理图如图5.1－1所示。Q1组成振荡器，Q2组成隔离器，Q3组成放大器。图中，C6=100pF，C7=200pF，C8=330pF，C40=1nF。通过改变K6、K7、K8的拨动方向来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∑。 图5.1－1 石英晶体振荡器实验原理图 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。 本实验产生的10.7MHz信号将作为功放模块、小信号放大器模块、混频器模块、幅度调制与解调模块的输入信号。实际实验电路在C11与Q3之间还加有一级10.7MHz陶瓷滤波器电路，用来滤除晶体振荡器输出信号中的二次、三次谐波分量，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。本实验电路只涉及到振荡器和隔离器部分。 五、实验步骤 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、K5、K7、K8向下拨，K4、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，打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。 2、观察输出波形 用示波器在三极管Q2发射极（军品插座处）处观察反馈输出信号的波形，记录信号的频率f0。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V o峰峰值V op-p大小的变化情况及波形的非线性失真情况，填表5.1－1。 表5.1－1 3、观察温度变化对石英晶体振荡器频率稳定度的影响（选做） 用一热源（如加热的烙铁）靠近晶体CR1，在Q2发射极观察输出信号频率的变化情况。 六、实验报告 1、画出振荡器的交流等效电路图，按步实验完成表5.1－1； 2、讨论反馈系数对振荡器起振和输出波形非线性失真的影响。 实验五-2 集成电路LC振荡器 预习提示：预习集成电路振荡器的工作原理 一、实验目的 1、熟悉由运放组成集成电路振荡器的原理； 2、熟悉由运放组成集成电路振荡器的设计方法。 二、实验内容 观察振荡波形并测量波形的相关参数。 三、实验仪器 1、60MHz示波器一台 2、调试工具一套 四、实验原理及电路 用运算放大器和外接LC元件可组成三点式运放振荡器。三点式运放振荡器要求运放同相输入端与反相输入端、输出端之间是同性质电抗元件，运放反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件。为满足振幅起振条件，集成运放的单位增益带宽BW至少应比振荡器频率f0大1~2倍，为保证振荡器有足够高的频率稳定度，一般宜取BW≥（3～10）f0。集成运放的最大输出电压幅度和负载特性也应满足要求。本实验的实验原理图如图5.2－1所示。 图5.2－1 集成电路振荡器实验原理图 五、实验步骤 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，主板GND接模块GND，主板＋5V接模块＋5V，主板－5V接模块－5V。检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K11、K12向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4、LED5亮。 2、观察、测量振荡输出波形及其相关参数 （1）用示波器在TT3处测量，调节CC2使电路起振，即使TT3处有波形输出。 （2）将电位器W4调节在某一位置（注意不要将W4拧到两个最底端），调节T1使TT3处波形最大不失真。 （3）调节W4，用示波器观察TT3处波形幅度的变化情况。若波形不稳定，可能是振荡器与后级调谐放大器不匹配或W4拧到了最底端，可通过调节T1或W4改善。若波形上下不对称，则调节T1来改善。 （4）调节CC2，观察并记录TT3处波形频率f0的变化范围（注意CC2变化到一定范围电路会不起振），填表5.2－1。 表5.2－1 六、实验报告 1、按步实验并完成表5.2－1。 2、讨论设计振荡电路时应考虑哪些因素？ 实验六模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB） 预习提示：复习模拟乘法器组成的振幅调制电路的工作原理 一、实验目的 1、掌握AM、DSB和SSB调制的原理与性质； 2、掌握模拟乘法器的工作原理及其调整方法； 二、实验内容 1、产生并观察AM、DSB、SSB的波形； 2、观察DSB波和过调幅时的反相现象。 三、实验仪器 1、数字示波器一台 2、调试工具一套 3、数字式万用表一块 四、实验原理 实验原理图如图6－1所示。 图6－1 模拟乘法器调幅实验原理图 调制信号从TP2输入，载波从TP1输入。合理设置调制信号与载波信号的幅度以及乘法器的静态偏置电压（调节W1），可在TT1处观察普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅波（DSB）。FL1为10.7MHz的陶瓷滤波器，它的作用是对TT1处调幅波进行滤波，得到抑制载波单边带调幅波（SSB）。 为兼容检波电路的滤波网络，在进行调制与检波实验时，调制信号的频率选择为1KHz左右，载波信号的频率选择为10.7MHz。为了便于观察各种调幅波的频谱和DSB波的相位突变现象，调制信号的频率选择为500KHz，载波信号的频率选择为11.2MHz。 本实验所产生的普通调幅波和抑制载波双边带调幅波，是实验十九同步检波和实验二十小信号检波的输入信号。 五、实验步骤 1、连接实验电路 在主板上正确插好幅度调制与解调模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K1、K2向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1、LED2亮。 2、产生并观察AM波和DSB波 （1）输入调制信号V? 本步骤的调制信号可由正弦波振荡器模块的RC振荡器提供，也可由低频信号源提供。参考实验十或低频信号源的使用方法，用RC振荡器产生1.2KHz左右，峰峰值约700mV的正弦调制信号V?。或用低频信号源产生1KHz，峰峰值约700mV的正弦调制信号V?。连接调制信号V?和幅度调制与解调模块的TP2。 （2）输入载波信号V i 参考高频信号源的使用方法，用高频信号源产生10.7MHz，峰峰值约500mV的正弦载波信号V i。连接载波信号V i与幅度调制与解调模块的TP1。 （3）产生并观察AM波、DSB波 ①用示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，使TT1处出现如图6－2 ②用示波器在TT1处观察，适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，使TT1出现如图6－3所示的波形，即产生DSB波。 图6－3 抑制载波双边带调幅波（DSB波） ③用示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，使TT1出现如图6－4所示的波形，即产生过调幅波形。 图6－4 过调幅的波形 说明1：由于载波频率和调制信号的频率相差很大，DSB波和过调情况下调幅波的反相现象不明显。若要观察反相现象可在实验步骤4中进行。 说明2：观察AM波和DSB波波形时建议使用模拟示波器，若使用数字示波器，请选择存储空间足够大的数字示波器。 3、观察DSB波和过调制情况下的反相现象 （1）用低频信号源产生500KHz的正弦波信号，峰峰值约700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。载波信号频率为10.7MHz，由高频信号源产生（请参考高频信号源的使用方法）。 （2）用模拟示波器在TT1处观察，适当适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，直至出现图6－3所示的波形为止，即产生DSB波。观察调幅波幅度为0的瞬间，载波相位的变化情况。画出DSB波的波形。 （3）用模拟示波器在TT1处观察，适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，直至出现图6－4所示的波形为止，即过调制的情况。观察调幅波幅度为0的瞬间，载波相位的变化情况。画出过调时的波形。 4、观察SSB波的波形 （1）用低频信号源产生500KHz的正弦波信号，峰峰值约700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。用高频信号源产生11.2MHz的载波信号，输入到幅度调制与解调模块的TP1。 （2）用模拟示波器在TT1处观察，适当调节W1、调制信号和载波信号的幅度，直至出现图6－3所示的波形为止，即产生DSB波。 （3）参考实验一实验步骤2搭建单级单调谐放大器，操作步骤如下： ①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接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V。TP9接地，TP8接TP10。检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K5向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。 ②该模块TP5接地，用万用表测该模块三极管Q2发射极对地的直流电压，调节W3使此电压为5V。然后去掉TP5与地的连线。 （4）连接幅度调制与解调模块的TP4与小信号放大器模块的TP5，用示波器在小信号放大器模块的TT2处观察经放大的SSB波波形。适当调节幅度调制与解调模块的W1、调制信号的幅度以及小信号放大器模块的T2，使SSB波波形最大不失真，画出SSB波的波形。 说明1：经放大的SSB波为等幅波，频率为10.7MHz。 六、实验报告 1、按步实验并画出各种调幅波的波形图及频谱图； 2、讨论SSB调制时，减小载波频率与调制信号频率差别的好处； 3、讨论实际电路中无法达到绝对DSB调制和SSB调制的原因。 实验七调幅信号解调（包络检波，同步检波） 实验七-1 二极管峰值包络检波 预习提示：复习二极管峰值包络检波的工作原理 一、实验目的 1、掌握二极管峰值包络检波的原理； 2、掌握负峰切割失真和对角线失真的发生条件及改善方法。 二、实验内容 1、观察检波输出波形； 2、观察检波器的负峰切割失真和对角线失真。 三、实验仪器 1、60MHz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 实验原理图如图7.1－1所示。 图7.1－1 二极管峰值包络检波器实验原理图 调幅波从TP5处输入（本实验的调幅波由集电极调幅电路提供），检波器的直流负载电阻 115∑+=R R R L (R ∑1为电阻R16、R17的组合电阻)，检波器的交流负载电阻2 12 115∑∑∑∑Ω++ =R R R R R R (R ∑2为 电阻R18、R19、R20的组合电阻)。C9和检波器的负载电阻组成RC 低通滤波器，一方面作为检波器的负载，在其两端输出调制信号电压，另一方面起载频滤波作用。电容C8的作用是提高检波器的高频滤波能力。 五、实验步骤 1、连接实验线路 在主板上正确插好幅度调制与解调模块，主板GND 接模块GND 。 2、产生调幅波 参考实验六（AM 调幅），用集电极调幅电路产生调幅波，载波峰峰值约500mV ，频率10.7MHz ；调制信号峰峰值约5V ，频率1KHz 左右。 3、输入调幅波 将实验步骤2中产生的调幅波输入到幅度调制与解调模块的TP5。 4、观察解调输出信号 用示波器在幅度调制与解调模块的TT3处观察以下三种情况时检波器的输出波形。 （1）K3、K6向上拨，K4、K 5、K7向下拨，观察不失真检波输出波形。 （2）K4、K6向上拨，K3、K5、K7向下拨，观察“对角线切割失真”现象，若现象不明显可加大调制信号幅度或适当改变各开关的拨动方向。 （3）K3、K7向上拨、K4、K5、K6向下拨，观察“负峰切割失真”现象，若现象不明显可加大调制信号的幅度或适当改变各开关的拨动方向。 说明：实验中给出的开关K3、K4、K5、K6、K7的拨动方式为参考拨动方式，若对角线切割失真和负峰切割失真现象不明显可适当改变的K3、K4、K5、K6、K7的拨动方向，以获得最佳实验效果。 六、实验报告 1、按步实验并画出对角线失真和负峰切割失真情况下解调信号的波形形状。 2、讨论对角线失真和负峰切割失真的发生条件和改善方法。 实验七-2 同步检波 预习提示：复习同步检波电路的工作原理和特点 一、实验目的 1、掌握同步检波的原理； 2、掌握用模拟乘法器实现同步检波的方法。 二、实验内容 完成普通调幅波和抑制载波双边带调幅波的解调。 三、实验仪器 1、60MHz示波器一台 2、调试工具一套 四、实验原理 实验原理图如图7.2－1所示。 图7.2－1 同步检波实验原理图 同步载波信号从TP7输入，调幅波从TP8输入，解调信号从TT4输出。运放LF353对解调信号进行放大，R34和C20组成低通滤波器，改善解调输出信号的失真。 本实验所使用的调幅波由实验十七提供，调制信号频率1KHz左右，载波信号频率为10.7MHz。 五、实验步骤 1、连接实验电路 在主板上正确插好幅度调制与解调模块，开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K1、K2、K8、K9向右拨。若正确连接则模块上的电源指示灯LED1、LED2、LED3、LED4亮。 2、产生普通调幅波和抑制载波双边带调幅波 参考实验十七步骤2，产生普通调幅波和抑制载波双边带调幅波。调制信号峰峰值约500mV，频率约1KHz。载波信号峰峰值约400mV，频率10.7MHz。 3、普通调幅波和抑制载波双边带调幅波的解调 连接幅度调制与解调模块的TP3与TP8，连接幅度调制与解调模块的TP1与TP7，用示波器在TT4处观察，调节W2，使TT4处波形最大不失真，画出TT4处信号的波形，观察TT4信号的频率是否与调制信号频率相同。 六、实验报告 1、画出幅度调制与解调整个过程的原理框图，并画出框图中各电路的输出波形及频谱； 2、按步实验并画出TT4处信号的波形。 实验八晶体振荡器直接调频与相位鉴频器 实验八-1 直接调频 预习提示：复习直接调频工作原理 一、实验目的 1、掌握直接调频的原理； 2、掌握直接调频电路的设计方法。 二、实验内容 1、观察调频波的正弦带； 2、观察调制信号幅度对调频波频偏的影响。 三、实验仪器 1、60MHz示波器一台 2、调试工具一套 3、频谱分析仪（选做）一台 四、实验原理 在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。但由于晶体的串联谐振频率和并联谐振频率靠的很近，因而调频的频偏很小。为了扩大频偏，可在石英晶体支路中串联电感线圈，但同时使振荡频率的稳定度下降。直接调频的实验原理图如图8.1－1所示 图8.1－1 直接调频实验原理图 五、实验步骤 1、连接实验电路 在模块上正确插好角度调制模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，连接主板GND与模块GND，连接主板＋12V与模块＋12V，检查连线正确无误后打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨，若正确连接则模块上的电源指示灯LED1亮。 2、观察振荡器输出 用示波器在TT1处观察，调节T1使TT1处信号最大不失真，记录下振荡输出信号的频率f0和最大峰峰值V op-p，填表8.1－1。 表8.1－1 3、输入调制信号V? 参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生频率为1KHz，峰峰值约3V的正弦波调制信号V?。连接低频信号源的V out与角度调制模块的TP1。 4、观察调频波 用模拟示波器在TT1处观察，可看到如图8.1－2所示的正弦带。 图8.1－2 正弦带 5、观察调制信号幅度对正弦带宽度的影响（即调制信号幅度对频偏的影响） 逐渐增大调制信号的幅度，观察正弦带宽度的变化情况。 说明：本实验调频波的最大频偏约为几十KHz，相对与14MHz左右的载波来说太小，所以用数字示波器观察调频波的疏密现象时效果是很不好的（除非数字示波器的存储空间足够大），正确的观察方法是使用模拟示波器观察调频波的正弦带。如果想要观察疏密的调频波，可在锁相环调频实验中进行。 六、实验报告 1、按步实验并完成表8.1－1。 2、讨论扩大频偏的方法。 实验八-2 相位鉴频器 预习提示：复习相位鉴频器工作原理 一、实验目的 1、掌握相位鉴频器的工作原理； 2、熟悉相位鉴频器电路的设计方法。 二、实验内容 1、产生调频波 2、观察鉴频器的输出波形 三、实验仪器 1、60MHz示波器一台 2、调试工具一套 四、实验原理 相位鉴频器的实验图如图8.2－1所示。 图8.2－1 相位鉴频器实验原理图 调频波从TP5处输入，解调信号从TT4处输出。本实验的调频波由角度调制模块的石英晶体振荡器直接调频电路提供。调节T2使C37和T2谐振在载波频率，且将调频波的频率变化转换为两个电压之间的相位变化。调节CC3和CC2改善鉴频器输出波形的对称性。 五、实验步骤 1、连接实验电路 在主板上正确插好角度解调模块，开关K1、K2、K3、K4、K6、K7、K8、K9、K10、K11向左拨，连接主板GND与模块GND，连接主板+12V与模块＋12V。检查连线正确无误后，打开实验箱左侧的船形开关，K8向右拨，若正确连接则模块上的电源指示灯LED7亮。 2、产生调频波 本实验调频波由角度调制模块的晶体振荡器直接调频电路提供，参考上个实验，产生调频波，操作步骤如下： （1）在模块上正确插好角度调制模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨，连接主板GND与模块GND，连接主板＋12V与模块＋12V，检查连线正确无误后打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨，若正确连接则模块上的电源指示灯LED1亮。 （2）TP1处输入频率约1KHz，峰峰值为5V的正弦波调制信号。此信号可由正弦波振荡器模块的RC振荡电路或低频信号源提供，可参考实验十或低频信号源的使用方法。 （3）用示波器在TT1处测量，调节T1使TT1处信号幅度最大 （4）连接TP2与角度解调模块的TP5 3、观察鉴频器的输出 用示波器在TT4处观察，调节中周T2和T3使TT4处信号幅度最大，调节可调电容CC2和CC3改善TT4处信号波形的上下对称性。记录TT4处信号的频率f0和最大峰峰值V mp-p，填表8.2－1。 表8.2－1 说明：本实验使用了多个模块，在用示波器观察信号时，示波器探头的接地线应与信号所在的模块地相接。 六、实验报告 1、按步实验并完成表8.2－1； 2、讨论T2、T 3、CC2和CC3对解调输出信号的影响。 实验九综合设计性实验（题目待定） 附录1：高频电子线路实验箱总体介绍 一、概述 高频电子线路E型实验箱的实验内容主要是根据高等教育出版社出版的《高频电子线路》一书而设计的（作者张肃文），其中还参考了《电子线路－非线性部分》（作者谢嘉奎）、《高频电子线路》（作者曾兴雯）等教材的部分内容。 本实验箱由主机和14个模块组成，共设置了52项硬件实验和4项软件实验。实验箱采用“积木式”结构，将实验所需的直流电源、频率计、信号源（带简易扫频源）设计成一个公共平台。使用前请仔细阅读实验箱主板上的使用注意事项。 实验模块以插板的形式插在实验箱主板上，除需调节和拨动的元件外，其它元件均焊接在PCB板的反面。模块正面印有实验电路图，便于学生理解实验原理。反面使用透明盒罩，一方面便于学生观察元件，另一方面又可对元件加以保护。 二、主板简介 主机提供实验所需的直流电源、信号源（带简易扫频源）、频率计，它们作为实验工具不开设实验内容。各单元使用方法介绍如下： 1、直流电源 本实验箱提供的直流电源是基于本实验箱实验的需求而设计的。主机提供四路直流电源：+12V、+5V、－12V、－5V，共直流地。每路电源都有两个输出端口，分别放置在主板的左上方和右上方。实验时，用实验箱所配置的单相三极电源线，连接220V交流电源和实验箱上侧的电源插座，打开实验箱左侧的船形开关，若正确连接则主板上的电源指示灯LEDf9和LEDf11亮。此时，各直流电源端口均有相应的直流电压输出。实验时，应根据模块的位置就近选择所需的直流电源输出端口。 2、低频信号源 本实验箱提供的低频信号源是基于本实验箱实验的需求而设计的。可输出正弦波、三角波和方波信号，频率范围分别为：1Hz～10MHz、1Hz～1MHz、1Hz～1MHz。 数码管LED900～LED907用于显示输出信号的频率，单位为Hz。LED900～LED907依次为10MHz、MHz、100KHz、10KHz、KHz、100Hz、10Hz和Hz位。若输出信号频率为Hz级，则LED900～LED906不显示。若输出信号频率为10Hz级，则LED900～LED905不显示。输出信号频率为其它情况时以此类推。 本低频信号源带简易扫频源的功能，可产生扫频信号用于定性检测外部网络的频率特性，共有两个扫频频段，分别为10KHz～100KHz和100KHz～1MHz。 V out为正弦波、三角波、方波和扫频信号的输出端口，Vi和Vo分别为扫频源的检波输入端和检波输出端。将V out处扫频信号接到外部网络的输入，再将外部网络的输出与Vi连接，就可用示波器在Vo处定性观察外部网络的频率特性曲线。 低频信号源的使用方法介绍如下： （1）开机 接通主机电源，按下开关Power1和Power2，则信号源的电源指示灯D100和D101亮。数码管LED900～LED903不显示，LED904～LED907分别显示1、0、0、0，即开机默认输出1KHz的正弦波信号。 （2）波形选择 按键TYPE用于改变输出信号的波形，在正弦波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为三角波；在三角波输出情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为方波；在方波输出的情况下，按一次TYPE键，则输出信号变为正弦波。依此顺序按动TYPE键，则循环输出这三种波形。 （3）频率选择 按键RIGHT和LEFT用于选择当前需修改位，开机默认当前修改位为KHz位（LED904）。在非扫频输出的状态下，按一次RIGHT键则修改位右移一位；按一次LEFT键则修改位左移一位。被选中的当前修改位会闪烁显示。 按键UP和DOWN用于修改当前修改位的数值。在选中当前修改位的情况下，按一次UP键，则当前修改位的数值加1；按一次DOWN键，则当前修改位的数值减1。当当前修改位的数值为所需的数值时，按下ENTER键确定操作，当前修改位会停止闪烁，则V out处输出所需频率的信号。 在当前修改位的数值为9的情况下，按一次UP键，则当前修改位数值为0，其左边显示数值加1且当前修改位不变。如在显示频率为1999Hz且当前修改位为10Hz位时，按一次UP键，则显示频率变为2009Hz 且当前修改位仍为10Hz位。 在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值不为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位且原当前修改位不显示。如在显示频率为1100Hz且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为100Hz且当前修改位为100Hz位。 在当前修改位的数值为1，且当前修改为最高位、当前修改位右边第一位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位自动右移一位（且该位数值变为9）且原当前修改位不显示。如在显示频率为1000Hz 且当前修改位为KHz位时，按一次DOWN键，则显示频率变为900且当前修改位为100Hz位。 在当前修改位的数值为0的情况下，按一次DOWN键，则当前修改位的数值变为9且当前修改位左边显示的数值减1。如在显示频率为100Hz且当前修改位为Hz时，按一次DOWN键，则显示频率变为99Hz且当前修改位不变。 （4）幅度调节 双刀三掷开关U70用于选择输出信号幅度的衰减量，U70拨到最上端、中间和最下端时，衰减量分别为0dB、20dB和40dB。即U70用于输出信号幅度的粗调。 “幅度调节”电位器用于对输出信号的幅度进行细调，当衰减量为0dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为1.5V～15V；当衰减量为20dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为150mV～1.5V；当衰减量为40dB时，调节“幅度调节”电位器，则输出信号的峰峰值范围为80mV～150mV。 说明：当输出信号的峰峰值较小时，由于噪声干扰相对较大，输出信号波形会有抖动，属于正常现象。 （5）占空比调节 在输出信号为方波的情况下，调节“占空比调节”电位器可改变方波的占空比。 说明：严格地说，方波是指占空比为50％的矩形波，当占空比不为50％时，只能称为矩形波。本实验指导书此处不做区别。 （6）直流电平调节 在任意波形输出或扫频输出的情况下，调节“电平调节”电位器，可改变输出信号的直流量。 （7）扫频输出 在点频输出的情况下，按一次SWEEP键，则V out输出10KHz～100KHz的扫频信号；连续按两次SWEEP 键，则V out输出100KHz～1MHz的扫频信号；连续按三次SWEEP键，则回到输出扫频前的状态。 （8）复位 在通电后的任意情况下，按下RESET键，则信号源复位，恢复到输出1KHz正弦波信号的状态。 3、频率计 本实验箱提供的频率计是基于本实验箱实验的需要而设计的。它适用于频率范围为10Hz～100MHz，峰峰值Vp-p=100mV～5V的信号。 开关Power4为频率计部分的电源开关，LEDf10为电源指示灯。信号从“频率输入”处的二号台阶插座或射频座输入。测试高频信号源输出的较高频率信号时，需使用实验箱所配置的射频线进行连接。 开关Sf1用于给不同频段的信号选择输入匹配通道。当输入信号频率低于10MHz时，Sf1向下拨；当输入信号的频率高于10MHz时，Sf1向上拨。一般情况下Sf1向上拨即可。 数码管LEDf1～LEDf8用于显示所测信号的频率。其中，前6个数码管显示有效数字，第8个数码管显示10的幂，单位为Hz。第7个数码管显示“—”，用于间隔前6个数码管和第8个数码管（如显示10.7000—6，则频率为10.7MHZ）。 若输入信号频率为10MHz以上，则测试精度为50ppm；若输入信号为10MHz以下，则测试精度为20ppm。