高频实验指导讲义(版.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高频实验指导讲义(2011年版目 录高频电子线路实验教案马涛 詹华伟 2011年9月实验要求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方法及注意事项。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
2、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
3、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
4、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,参考仪器使用说明书一、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
5、-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;高频信号发生器示波器频率计频毫伏表信号类型频率画出波形周期T电压峰峰值Vp-p测量频率f测量电压V正弦波10.7M方波5M三角波15.4M2、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(0460pF)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
6、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高频信号发生器示波器频率计频毫伏表信号类型频率画出波形周期T电压峰峰值Vp-p测量频率f测量电压V正弦波10.7MHz方波5MHz三角波15.4MHz2、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
7、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线圈标称电感值电感测量值内部总电容值Q值(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(0460pF)的电容;(b) 用并联代替法测量电容值大于460pF的电容。表3电容标称值标准电感值电容测量值240pF680PF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
8、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、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11 单级单调谐放大器实验原理图实验原理图如图11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
9、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12 单级双调谐放大器实验原理图实验原理图如图12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1.8uH2.4uH,回路总电容为105 pF125pF(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
10、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Vi。1)输入信号Vi由正弦波振荡器
11、模块提供,参考实验五产生10.7MHz的正弦波信号Vi,操作步骤如下: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。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Vi,从TP5处引出。正弦波振荡器模块的TP5接小信号放大器模块的TP5
12、,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。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Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据,填表11。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Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据,填表1
13、1。表11Vip-p(V)Vop-p(V)电压增益(dB)(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
14、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 处的带宽或0.01处的带宽。则矩形系数,其中为放大器的通频带。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
15、此电压为5V。(3)测量放大器电压增益去掉TP5与地的连线,参考实验步骤2(3),产生10.7MHz的输入信号Vi(Vip-p约400mV)。将Vi输入到小信号放大器模块的TP5处。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Vo的峰峰值Vop-p最大不失真。记录各数据,填表12。表12Vip-p(V)Vop-p(V)电压增益(dB)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11、12。2、高频小信号放大器的主要技术指
16、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:学习仿真软件Multisim (EWB)的使用,掌握电路和系统仿真。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 知识准备预习有关MULTISIM(EWB)的有关内容,弄清MULTISIM(EWB)的基本操作。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
17、源RC选频网络仿真系统图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VO,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10KHz10MHz,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f(KHz)160UO(mV)传输系数分贝值图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
18、. 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图中,各元件的名称及标称值如表4-1所示。 序号元件名称及标号标称值1信号源Ui270mV/2MHz2负载RL10k3基极直流偏置电压VBB0.
19、2V4集电极直流偏置电压VCC12V5谐振回路电容C13pF6基极旁路电容Cb0.1uF7集电极旁路电容Cc0.1uF8高频变压器T1N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=09晶体管Q12N2222(3DG6)(二)性能测试 1、静态测试选择“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
20、 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 k、100 k,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
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