高频电子实验精选文档.ppt
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1、高频电子实验本讲稿第一页,共五十八页实验一单调谐放大电路实验一单调谐放大电路 一实验目的一实验目的1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱熟悉电子元器件和高频电路实验箱2.熟悉谐振回路的幅频特性分析熟悉谐振回路的幅频特性分析-通频带与选择性通频带与选择性3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,从而了解频带扩展熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,从而了解频带扩展4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法本讲稿第二页,共五十八页二实验原理二实验原理晶体管集电极负载通常是一个由晶体管集电极负载通常是一个由LC组成的并组成的并联谐振电路。由于联谐振电路。由于LC并联
2、谐振回路的阻抗是并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化。理论上可以分析,并随着频率变化而变化。理论上可以分析,并联谐振在谐振频率处呈现纯阻,并达到最大联谐振在谐振频率处呈现纯阻,并达到最大值,即放大器在回路谐振频率上将具有最大值,即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率,输出增益减的电压增益。若偏离谐振频率,输出增益减小。小。总之,调谐放大器不仅具有对特定频率信号的总之,调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用,同时一也起着滤波和选频的作用。放大作用,同时一也起着滤波和选频的作用。其电路如图其电路如图-所示。所示。图图-单调谐放大电路单调谐放大电路 本讲稿第三页,共五十八
3、页质量指标质量指标谐振频率谐振频率谐振增益谐振增益通频带通频带选择性选择性本讲稿第四页,共五十八页三实验仪器三实验仪器 1.双踪示波器双踪示波器2.扫频仪扫频仪 3.高高频频信号信号发发生器生器4.高高频频毫伏表毫伏表 5.万用表万用表 6.实验板实验板本讲稿第五页,共五十八页四实验内容及步骤四实验内容及步骤1.实验电实验电路路见图见图1-1(1)按按图图1-1所示所示连连接接电电路路(注意接(注意接线线前先前先测测量量+12V电电源源电压电压,无,无误误后关断后关断电电源再接源再接线线)。)。(2)接接线线后仔后仔细检查细检查,确,确认认无无误误后接通后接通电电源。源。、静静态测态测量量实验
4、电实验电路中路中选选Re=1K,测测量各静量各静态态工作点,工作点,计计算并填表算并填表1.1实 测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因VBVEICVCE是否表表1.1本讲稿第六页,共五十八页 3.动态动态研究研究 (1).测测放大器的放大器的动态动态范范围围ViV0(在在谐谐振点振点)选选R=10K,Re=1K。把高。把高频频信号信号发发生器接到生器接到电电路路输输入端,入端,电电路路输输出端接高出端接高频频毫毫伏表,伏表,选择选择正常放大区的正常放大区的输输入入电压电压Vi,调节频调节频率率f使其使其为为10.7MHz,调节调节CT使回路使回路谐谐振,振,使使输输出出电压电压幅度幅
5、度为为最大。此最大。此时调节时调节Vi由由0.02伏伏变变到到0.8伏,逐点伏,逐点记录记录V0电压电压,并填入,并填入 表表1.2(仅仅供参考供参考)。Vi的各点的各点测测量量值值可根据可根据(各自各自)实测实测情况来确定。情况来确定。表表1.2Vi(V)0.020.080.10.20.30.40.50.60.70.8V0(V)Re=1kRe=500Re=2K本讲稿第七页,共五十八页(2).当当Re分分别为别为500、2K时时,重复上述,重复上述过过程,将程,将结结果填入表果填入表1.2。在同一坐。在同一坐标纸标纸上画上画出出IC不同不同时时的的动态动态范范围围曲曲线线,并,并进进行比行比较
6、较和分析。和分析。(3).用用扫频仪调扫频仪调回路回路谐谐振曲振曲线线。仍仍选选R=10K,Re=1K。将。将扫频仪扫频仪射射频输频输出送入出送入电电路路输输入端,入端,电电路路输输出接至出接至扫频仪扫频仪检检波器波器输输入端。入端。观观察回路察回路谐谐振曲振曲线线(扫频仪输扫频仪输出衰减档位出衰减档位应应根据根据实际实际情况来情况来选择选择适适当位置当位置),调调回路回路电电容容CT,使,使f0=10.7MHz。本讲稿第八页,共五十八页(4).测测量放大器的量放大器的频频率特性率特性 当回路当回路电电阻阻R=10K时时,选择选择正常放大区的正常放大区的输输入入电压电压Vi,将高,将高频频信号
7、信号发发生器生器输输出端接至出端接至电电路路输输入端,入端,调节频调节频率率f使其使其为为10.7MHz,调节调节CT使回路使回路谐谐振(振(输输出出电压电压幅度幅度为为最最大),此大),此时时的回路的回路谐谐振振频频率率f0=10.7MHz为为中心中心频频率,然后保持率,然后保持输输入入电压电压Vi不不变变,改改变频变频率率f由中心由中心频频率向两率向两边边逐点偏离,逐点偏离,测测得在不同得在不同频频率率f时对应时对应的的输输出出电压电压V0,将将测测得的数据填入表得的数据填入表1.3。频频率偏离范率偏离范围围可根据可根据(各自各自)实测实测情况来确定。情况来确定。本讲稿第九页,共五十八页f
8、(MHz)10.7V0R=10KR=2KR=470 计计算算f0=10.7MHz时时的的电压电压放大倍数及回路的通放大倍数及回路的通频带频带和和Q值值。(5).改改变谐变谐振回路振回路电电阻,即阻,即R分分别为别为2K,470时时,重复上述,重复上述测试测试,并填入,并填入表表1.3。比。比较较通通频带频带情况。情况。表表1.3本讲稿第十页,共五十八页五、实验报告要求五、实验报告要求 1.写明实验目的。写明实验目的。2.画出实验电路的直流和交流等效电路,计算直流工作点,与实验实测结果比较。画出实验电路的直流和交流等效电路,计算直流工作点,与实验实测结果比较。3.写明实验所用仪器、设备及名称、型
9、号。写明实验所用仪器、设备及名称、型号。4.整理实验数据,并画出幅频特性。整理实验数据,并画出幅频特性。单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带,整理并分析原因。整理并分析原因。5.本放大器的动态范围是多少(放大倍数下降本放大器的动态范围是多少(放大倍数下降1dB的折弯点的折弯点V0定义为放大定义为放大器动态范围),讨论器动态范围),讨论IC对动态范围的影响。对动态范围的影响。本讲稿第十一页,共五十八页实验二利用二极管函数电路实现波形转换实验二利用二极管函数电路实现波形转换 一、实验目的一、实验目的l利用二极管函数电路实现三角波正弦波的变,从而掌
10、握非线性器件二极管折线近似特性等进行非线性变换 本讲稿第十二页,共五十八页二、实验原理二、实验原理从三角波和正弦波的波形上看从三角波和正弦波的波形上看,二者主要的差别在波形的峰值附近二者主要的差别在波形的峰值附近,其余部分都其余部分都很相似很相似.因此只要设法将三角波的幅度按照一定的规律逐段衰减因此只要设法将三角波的幅度按照一定的规律逐段衰减,就能将其转换就能将其转换为近似正弦波为近似正弦波.见图见图 1 所示所示.-三角波三角波正弦波变换原理示意图正弦波变换原理示意图 2-2 二极管三角波二极管三角波正弦波正弦波变压变压器器 本讲稿第十三页,共五十八页二、实验原理二、实验原理用二极管将三角波
11、近似转换为正弦波的实验电路见图用二极管将三角波近似转换为正弦波的实验电路见图-2。图中。图中,R4 R7,D1 D3 负责波形的正半周,负责波形的正半周,R8 R11,D4 D6 负责波形的的下半周,负责波形的的下半周,R2 和和 R3 为正负半周共用电阻,为正负半周共用电阻,R1 对输入的三角波进行降压。在波形变换的过程中对输入的三角波进行降压。在波形变换的过程中,由于由于二极管的非线性特性,加上输入函数的时间关联性二极管的非线性特性,加上输入函数的时间关联性,不同时刻二极管上所承受的电压是不不同时刻二极管上所承受的电压是不同的。同的。本讲稿第十四页,共五十八页三、实验内容三、实验内容1.将
12、上下两端电阻将上下两端电阻R4、R11分别选分别选1.2K接至接至5V电源电源,测得测得A、B、C、D、E、F各点的分各点的分压电压。选择函数波发生器输出的波形为三角波,频率调至压电压。选择函数波发生器输出的波形为三角波,频率调至2KHz,VP-P调至调至8V,然然后接入电路后接入电路IN端,观察记录端,观察记录OUT输出波形。输出波形。2.将将R4、R11电阻电阻,分别改接成分别改接成2K和和5.1K(即即:R4=R11=2K、R4=R11=5K1),观察记录波形,观察记录波形,测各点分压电压,并分别与接测各点分压电压,并分别与接1.2K时相比较,分析原因。时相比较,分析原因。四、实验报告要
13、求四、实验报告要求 1.整理数据,画出波形图。整理数据,画出波形图。2.分析改变分压电阻对正弦波的影响。分析改变分压电阻对正弦波的影响。本讲稿第十五页,共五十八页实验三实验三 LCLC电容反馈式三点式振荡器电容反馈式三点式振荡器 一、实验目的一、实验目的l掌握掌握LC三点式振荡电路的基本原理,掌握三点式振荡电路的基本原理,掌握LC电容反电容反馈式三点式振荡电路设计及电参数计算。馈式三点式振荡电路设计及电参数计算。l掌握振荡回路掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。值对频率稳定度的影响。l掌握振荡器反馈系数不同时,静态工作电流掌握振荡器反馈系数不同时,静态工作电流IEQ对振荡对振荡器起振及振荡的影
14、响。器起振及振荡的影响。本讲稿第十六页,共五十八页二、实验原理二、实验原理1.电路组成原理及起振条件电路组成原理及起振条件l三点式振荡器是指三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,如图如图-1(a)所示。图中三个电抗元件)所示。图中三个电抗元件X1、X2、X3构成了决定振荡频率的构成了决定振荡频率的并联谐振回路,同时也构成了正反馈所需的反馈网络。从相位条件看,要并联谐振回路,同时也构成了正反馈所需的反馈网络。从相位条件看,要构成振荡器,必须满足:构成振荡器,必须满足:(1)极相连的两个电抗极相连的两个电抗X1、
15、X2性质相同。性质相同。(2)X1与与X2、X3的电抗性质相反。的电抗性质相反。l三点式振荡器有两种基本结构,电容反馈振荡器,电路如图三点式振荡器有两种基本结构,电容反馈振荡器,电路如图-1(b)所示;)所示;电感反馈振荡器,电路如图电感反馈振荡器,电路如图-1(c)所示。)所示。本讲稿第十七页,共五十八页X1X2X3(a)C1C2L(b)L1L2C(c)图图 -1-1 三点式振荡器的组成三点式振荡器的组成本讲稿第十八页,共五十八页根据振幅的起振条件,三极管的跨导必须满足下列不等式 (-1)式中:为反馈系数;和 分别为三极管b-e间的输入电导和c-e间输入电导;为等效到三极管输出端(c-e间)
16、的负载电导和回路损耗电导之和。(-1)式表明,起振所需的跨导与 、等有关。如果管子的参数和负载确定后,应有一个确定的值,太大或太小都不易满足幅度的起振条件,在确定时,除了满足幅度的起振条件外,还必须考虑频率的稳定度和振荡幅度等问题。另外,提高三极管集电极静态电流IEQ,可以增大 ,但 不易过大,否则 会过大,造成回路有载品质 因数过低,影响振荡频率稳定度。一般取值为15mA。本讲稿第十九页,共五十八页2.频率稳定度频率稳定度振荡器的频率稳定度指在指定的时间间隔内,由于外界条件的变化,引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度。一般用下式表示:(-2)根据时间间隔分为长期稳定度、短期稳定度、瞬时
17、稳定度。一般所说的频率稳定度主要是指短期稳定度,即指一天内,以小时、分钟或秒计的时间间隔内频率的相对变化。产生这种频率不稳定的因素有温度、电源电压等。不同要求时,对稳定度的要求是不同的。振荡器的频率主要决定于谐振回路的参数,同时与晶体管的参数也有关,因此稳频的主要措施有:提高振荡回路的标准性;减小晶体管的影响,减小晶体管和回路之间的耦合;提高回路的品质因数。振荡回路的标准性是指振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振角频率不变的能力。回路标准性越高,外界因素变化引起的 越小。本讲稿第二十页,共五十八页图-2 LC电容反馈式三点式振荡器原理图 本讲稿第二十一页,共五十八页3.克拉泼振荡器克拉泼振荡器
18、图-2所示为一改进型电容反馈式振荡器,即克拉泼振荡器。由图可见克拉波电路与电容三点式电路的差别,仅在回路中多加一个与C1、C2相串联的电容CT。通常CT取值较小,满足CTC1,CTC2,回路总电容C主要取决于CT。而回路中的不稳定电容主要是三极管的极间电容Cce、Cbe、Ccb,它们又都直接并接在C1、C2上,不影响CT值,结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响,且CT越小,这种影响越小,回路标准性也越高。实际情况下,克拉波电路的频率大体上比电容三点式电路高一个数量级,达10-410-5。振荡频率:(-3)式中:反馈系数 (-4)本讲稿第二十二页,共五十八页显然,CT越小F越小,环路增益就
19、越小。在这种振荡电路中,减小CT来提高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的,如果CT取值过低,振荡器就会不满足振荡条件而停振。三、实验仪器三、实验仪器双踪示波器频率计万用表实验板G1本讲稿第二十三页,共五十八页四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤实验电路如图3-1实验前根据图3-1所示原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用.1 检查静态工作点(1)在实验板+12V插孔上接入+12V直流电源,注意电源极性不能接反。(2)反馈电容C不接,C接入(C=120pf),用示波器观察振荡器停振时的情况。注意:连接C的连线要尽量短。(3)改变电位器RP测得晶体管V的发射极电压VE,VE可连续变化,记下
20、V的最大值,计算I值:IE=VE/RE 设:RE=1K 2 振荡频率与振荡幅度的测试 实验条件:Ie=2mV、C=120pf、C=689pf、RL=110K (1)改变CT电容,当分别接入为C9、C10、C11时,记录相应的频率值,并进入表3-1。(2)改变CT电容,当分别接入为C9、C10、C11时,用示波器测量相应振荡电压的峰值VP-P,并填入表3-1。本讲稿第二十四页,共五十八页3.测试当C、不同时,起振点、振幅与工作电流IER的关系(R=110K)(1).取C=C3=100pf、=C4=1200pf,调电位器RP使IEQ(静态值)分别为表3-2所标各值,用示波器测量输出振荡幅度VP-P
21、(峰-峰值),并填入表3.2。CTF(MHZ)VP-P51pf100pf150pfIEQ(mV)0.81.01.52.02.53.03.54.04.55.0VP-P(V)表表3-2表表3-1本讲稿第二十五页,共五十八页(2).取C=C5=120pf、C=C6=680pf、C=C7=680pf、C=C8=120pf,分别重复测试表3.2的内容。4频率稳定度的影响(1).回路LC参数固定时,改变并联在L上的电阻使等效Q值变化时,对振荡频率的影响。实验条件:f=6.5MHZ时,C/C=100pf、IEQ=3mA改变L的并联电阻R,使其分别为1K、10K、110K,分别记录电路的振荡频率,并填入表3-
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