高频实验

实验三 高频谐振功率放大器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

? 谐振功率放大器的基本工作原理（基本特点，电压、电流波形）

? 谐振功率放大器的三种工作状态，功率、效率计算

? 集电极电源电压V CC 和集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器：

? 实验板2（丙类高频功率放大电路单元） ? 双踪示波器

? AS1637函数信号发生器（用作为高频信号源） ? 万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．熟悉高频谐振功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。 3．了解集电极电源电压V CC 与集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响。

三、实验内容

1．用示波器监测两级前置放大器的调谐。

2．观察谐振功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉冲。 3．观察并测量集电极电源电压V CC 变化对谐振功率放大器工作的影响。 4．观察并测量集电极负载变化对谐振功率放大器工作的影响。

四、基本原理 1．高频谐振功率放大器原理

高频谐振功率放大器原理电路如图3-1所示。图中，L 2、L 3是扼流圈，分别提供晶体管基极回路、集电极回路的直流通路。R 10、C 9产生射极自偏压，

并经由扼流圈L 2加到基极上，使基射极间形成负偏压，从而放大器工作于丙类。C

10是隔直流电容，L 4、C 11组成了放大器谐振回路负载，它们与其他参数一起，对信号中心频率谐

振。L 1、C 8与其他参数一起，对信号中心频率构成串联谐振，使输入信号能顺利加入，并滤除高次谐波。C 8还起隔直流作用。R 12是放大器集电极负载。

2．高频谐振功率放大器电路

高频谐振功率放大器电路如图3-2所示，其第3级部分与图3-1相同。BG 1、BG 2是两级前置放大器，C 2、C 6用以调谐，A 、B 点用作为这两级的输出测试点。BG 3为末级丙类功率放大器，当K 4断开时可在C 、D 间串入万用表（直流电流档），以监测I c0值。同时，E 点可近似作为集电极电流i c 波形的测试点（R 10=10Ω，C 9=100pF ，因而C 9并未对R 10构成充分的旁路）。K 1~K 3用以改变集电极负载电阻。

五、实验步骤 1．实验准备

⑴ 在箱体右下方插上实验板2（丙类高频功率放大电路单元）。接通实验箱上电源开关，此时箱体上±12V 、±5V 电源指示灯点亮。

⑵ 把实验板2右上方的电源开关（K 5）拨到上面的ON 位置，就接通了+12V 电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

⑶ AS1637输出频率为10.7MHz 、峰-峰值为80mV 的正弦波，并连接到实验板2的输入（IN ）端上。

2．两级前置放大器调谐

先将C 、D 两点断开（K 4置“OFF ”位置）。然后把示波器高阻（带钩）探头接A 点，（监测第1级输出），调C 2使输出正弦波幅度最大，从而相应的回路谐振。 再把示波器高阻（带钩）探头接B 点，（监测第2级输出），调C 6使输出正弦波幅度最大，从而相应的回路谐振。然后，仍把示波器探头接在B 点上，再反复调节C 2、C 6，使输出幅度最大。

图3-2 高频谐振功率放大器实验电路

3．末级谐振功率放大器（丙类）测量

⑴谐振功率放大器工作状态观察

①实验准备

(ⅰ) 接通开关K4（拨到“ON”）；

(ⅱ) 示波器CH1连接到实验板2的OUT点上；

(ⅲ) 示波器CH2以高阻(带钩)探头(10：1档)连接到E点上。

(ⅳ) 再反复调节C2、C6，使输出幅度最大。

②逐渐增大输入信号幅度，并观察放大器输出电压波形（OUT点）和集电极电流波形（E点）。可发现，随着输入信号幅度的增大，在一定范围内，放大器的输出电压振幅和集电极电流脉冲幅度亦随之增大，说明放大器工作于欠压状态。

③当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器的输出电压振幅增长缓慢，而集电极电流脉冲则出现凹陷，说明放大器已进入到过压状态。

⑵集电极负载电阻对谐振功率放大器工作的影响

① V Ip-p(AS1637输出信号)为80mV时的测量

(ⅰ) 取R12=120Ω (接通K1，断开K2、K3) 时的测量

用示波器观察功放级的输入、输出电压波形（B点、OUT点），并测量输入、输出电压峰-峰值V bp-p、V cp-p；用万用表测量集电极直流电流值I c0，并把结果填入表3.1中。测量I c0的方法是：在C、D两点间串入万用表（直流电流，200mA档），再断开K4，便可读得I c0值，然后接通K4，取走表笔。

(ⅱ) 取R12=75Ω时的测量：接通K2，断开K1、K3，重做(ⅰ)，观察集电极负载电阻减小对谐振功率放大器工作的影响。

(ⅲ) 取R12=50Ω时的测量：接通K3，断开K1、K2，再重做(ⅰ)，观察集电极负载电阻进一步减小对谐振功率放大器工作的影响。

② V Ip-p为120mV时的测量：重复①。

⑶集电极直流电源电压对谐振功率放大器工作的影响

实验板2右上方的电源开关（K5）拨到最下面，就接通了+5V电源（相应指示灯点亮），重做⑵，以观察集电极直流电源电压的减小对谐振功率放大器工作的影响，并把相应数据也填入表3.1。

表3.1

说明：①表中“计算”列内各符号的含义如下：I c1m——集电极电流基波振幅；P o——集电极输出功率；P D——集电极直流电源供给功率；P c——集电极耗散功率；ηc——集电极效率。

②作计算时应注意：在本实验的实测中常用(电压)峰-峰值，而在教材的计算公式中则常用振幅值，两者相差一倍。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，计算各种情况下的I c1m、P o、P D、P c、ηc。

2．对实验结果进行分析，说明输入信号振幅V bm、集电极电源电压V CC、集电极负载对谐振功率放大器工作的影响（工作状态，电压、电流波形，功率、效率）。

3．倘若实验结果与理论学习时的结论不一，请分析其可能存在的原因。

4．总结由本实验所获得的体会。

实验五石英晶体振荡器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

?石英晶体振荡器

?串联型晶体振荡器

?静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响

2．做本实验时所用到的仪器：

?实验板1（石英晶体振荡器电路单元）

?双踪示波器

?频率计

?万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。 3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响

4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。

三、实验内容

1．用万用表进行静态工作点测量。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计测量振荡频率。

3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。

四、基本原理

1．晶体振荡器工作原理

一种晶体振荡器的交流通路如图5-1所示。

图中，若将晶体短路,则L1、C2、C3、C4就构成

了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因

此，图5-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡

器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF、C4=20pF，则可算得LC并

联谐振回路的谐振频率f 0≈6MHz ，与晶体工作频率相同。图中，C 4是微调电容，用来微调振荡频率；C 5是耦合（隔直流）电容，R 5是负载电阻。很显然，R 5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路如图5-2所示。图中，R 3、C 6为去耦元件，C 1为旁路电容，并构成共基接法。W 1用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。K 1、K 2、K 3用来改变R 5，从而改变振荡器负载。C 9为输出耦合电容。实际上，图5-2电路的交流通路即为图5-1所示的电路。

五、实验步骤 1．实验准备

⑴ 在箱体右下方插上实验板1。接通实验箱上电源开关，此时箱体上±12V 、±5V 电源指示灯点亮。

⑵ 把实验板1左下方单元（石英晶体振荡器电路单元)的电源开关（K 4）拨

到ON 位置，就接通了+12V 电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

2．静态工作点测量

改变电位器W 1可改变BG 1的基极电压V B ，并改变其发射极电压V E 。记下V E 的最大、最小值，并计算相应的I Emax 、I Emin 值（R 4=1.5kΩ）。

3．静态工作点变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：V EQ =2.5V （调W 1达到），R 5=110kΩ（接通K 1，断开K 2、K 3）。 ⑵ 调节电位器W 1以改变晶体管静态工作点I E ，使其分别为表5.1所示各值，且把示波器探头接到OUT 端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p ，并以频率计读取相应的频率值，填入表5.1。

表5.1

4．微调电容C 4变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：同3⑴。

⑵ 用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容C 4。与此同时，把示波器探头

图5-2 晶体振荡器实验电路

荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计读取相应的

频率值，填入表5.2。

5．负载电阻变化对振荡器工作的影响

⑴实验初始条件：同3⑴。

⑵改变负载电阻R5，使其分别为110kΩ、10kΩ、1kΩ（分别单独接通K1、K2、K3），且把示波器探头接到OUT端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表5.3。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，分析静态工作点(I EQ)对晶体振荡器工作的影响。

2．对实验结果进行分析，总结静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响，并阐述缘由。

3．对晶体振荡器与LC振荡器之间在静态工作点影响、带负载能力方面作一比较，并分析其原因。

4．总结由本实验所获得的体会。

实验六振幅调制器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

?幅度调制

?用模拟乘法器实现幅度调制

? MC1496四象限模拟相乘器

2．做本实验时所用到的仪器：

?实验板3（幅度调制电路单元）

?实验箱上函数发生器（用作调制信号源）

? AS1637函数信号发生器（用作载波源）

?双踪示波器

?万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握用MC1496来实现AM和DSB-SC的方法，并研究已调波与调制信号、载波之间的关系。

3．掌握在示波器上测量调幅系数的方法。

4．通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

三、实验内容

1．模拟相乘调幅器的输入失

调电压调节、直流调制特性测

量。

2．用示波器观察DSB-SC

波形。

3．用示波器观察AM波

形，测量调幅系数。

4．用示波器观察调制信号

为方波时的调幅波。

图6-1 MC1496内部电路及外部连接

四、基本原理

1．MC1496简介

MC1496是一种四象限模拟相乘器，其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图6-1所示。由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T 1～T 4），且这两组差分对的恒流源管（T 5、T 6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。其典型用法是：

⑻、⑽脚间接一路输入（称为上输入v 1），⑴、⑷脚间接另一路输入（称为下输入v 2），⑹、⑿脚分别经由集电极电阻R c 接到正电源+12V 上，并从⑹、⑿脚间取输出v o 。⑵、⑶脚间接负反馈电阻R t 。⑸脚到地之间接电阻R B ，它决定了恒流源电流I 7、I 8的数值，典型值为6.8kΩ。⒁脚接负电源-8V 。⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。由于两路输入v 1、v 2的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。可以证明：

122th 2c

o t T R v v v R v ??=? ?

??，

因而，仅当上输入满足v 1≤V T (26mV)时，方有：

12

c

o t T

R v v v R v =

?，

才是真正的模拟相乘器。本实验即为此例。

2．1496组成的调幅器

用1496组成的调幅器实验电路如图6-2所示。图中，与图6-1相对应之处是：R 8对应于R t ，R 9对应于R B ，R 3、R 10对应于R C 。此外，W 1用来调节⑴、⑷端之间的平衡，W 2用

来调节⑻、⑽端之间的平衡。此外，本实验亦利用W 1在⑴、⑷端之间产生附加的直流电压，因而当IN2端加入调制信号时即可产生AM 波。晶体管BG 1为射极跟随器，以提高调制器的带负载能力。

图 6-2 1496组成的调幅器实验电路

五、实验步骤

1．实验准备

⑴ 在箱体右下方插上实验板3。接通实验箱上电源开关，此时箱体上±12V 、±5V 电源指示灯点亮。

⑵ 把实验板3上幅度调制电路单元右上方的电源开关（K 1）拨到ON 位置，就接通了±12V 电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

⑶ 调制信号源：采用实验箱左上角的函数发生器，其参数调节如下（示波器监测）： ? 频率范围：1kHz ? 波形选择：～ ? 幅度衰减：-20dB ? 输出峰-峰值：100mV

⑷ 载波源：采用AS1637函数信号发生器，其参数调节如下：

? 工作方式：内计数（“工作方式”按键左边5个指示灯皆暗，此时才用作为信号源）

? 函数波形选择(FUNCTION)：～ ? 工作频率：100kHz

? 输出幅度（峰-峰值）：80mV 2．静态测量

⑴ 载波输入端（IN1）输入失调电压调节

把调制信号源输出的调制信号加到输入端IN2（载波源不加），并用示波器CH2监测输出端（OUT ）的输出波形。调节电位器W 2使此时输出端（OUT ）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。然后断开调制信号源。

⑵ 调制输入端（IN2）输入失调电压调节

把载波源输出的载波加到输入端IN1（调制信号源不加），并用示波器CH2监测输出端（OUT ）的输出波形。调节电位器W 1使此时输出端（OUT ）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。

⑶ 直流调制特性测量

仍然不加调制信号，仍用示波器CH2监测输出端（OUT ）的输出波形，并用万用表测量A 、B 之间的电压V AB 。改变W 1以改变V AB ，记录V AB 值（由表6.1给出）以及对应的输出电压峰-峰值V o （可用示波器CH1监测输入载波，并观察它与输出波形之间的相位关系）。再根据公式

AB p-p

o c V kV V =计算出相乘系数k 值（p-p 80mV c V =），并填入表6.1。

最后仍把输出电压调到最小（参阅上面(2)）。

表6.1

需要指出，对相乘器，有z kxy =，在这里有

o c v kv v Ω=（v o 、v c 、v Ω

相应地是OUT 、

IN1、IN2端电压）。因此，当v Ω=0时，即使v c ≠0，仍应有v o =0。若v o ≠0，则说明MC1496的⑴、⑷输入端失调。于是应借由调节W 1来达到平衡，这就是上面实验（2⑵）的做法（2⑴相同）。另一方面，在下面的实验中，又要利用对W 1的调节来获得直流电压，把它先与v Ω相加后再与 v c 相乘，便可获得AM 调制。这与“失调”是两个完全不同的概念，请勿混淆。

3．DSB-SC （抑制载波双边带调幅）波形观察

在IN1、IN2端已进行输入失调电压调节（对应于W 2、W 1的调节）的基础上，可进行DSB-SC 测量。

⑴ DSB-SC 信号波形观察

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到IN2端旁的接线上），示波器CH2接OUT 端，即可观察到调制信号及其对应的DSB-SC 信号波形。

⑵ DSB-SC 信号反相点观察

增大示波器X 轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB-SC 信号，能否观察到反相点？（试把调制频率增大到2～5KHz 来进行观察）。

⑶ DSB-SC 信号波形与载波波形的相位比较

将示波器CH1改接IN1点，把调制器的输入载波波形与输出DSB-SC 波形的相位进行比较，可发现：在调制信号正半周期间，两者同相；在调制信号负半周期间，两者反相（建议用DSB-SC 波形（CH2）触发，X 轴扫描用50μs 档）。

4．AM （常规调幅）波形测量 ⑴ AM 正常波形观察

在保持W 2已进行载波输入端（IN1）输入失调电压调节的基础上，改变W 1，并观察当V AB 从-0.4V 变化到+0.4V 时的AM 波形（示波器CH1接IN2， CH2接OUT ）。可发现：当

AB

V 增大时，载波振幅增大，因而调制度m 减小；而当V AB 的极性改变时，AM 波

的包络亦会有相应的改变。当V AB = 0时，则为DSB-SC 波。记录m =0.3时V AB 值和AM 波形，最后再返回到V AB = 0.1V 的情形。

⑵ 不对称调制度的AM 波形观察

在保持W 1已调节到V AB = 0.1V 的基础上，观察改变W 2时的AM 波形（示波器CH1接IN2， CH2接OUT ）。可观察到调制度不对称的情形。最后仍调整到调制度对称的情形。

⑶ 100％调制度观察

在上述实验的基础上（示波器CH1仍接IN2， CH2仍接OUT ），逐步增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到100％调制时的AM 波形。增大示波器X 轴扫描速率，

可仔细观察到包络零点附近时的波形（建议用AM波形（CH2）触发，X轴扫描用0.1ms 档；待波形稳定后，再按下“m×10 MAG”按钮扩展）。

⑷过调制时的AM波形观察

①继续增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到过调制时的AM波形，并与调制信号波形作比较。

②调W1使V AB= 0.1V逐步变化为-0.1V（用万用表监测），观察在此期间AM波形的变化，并把V AB为-0.1V时的AM波形与V AB为0.1V时的AM波形作比较。当V AB= 0时是什么波形？

③最后调到m=0.3时的AM波形。

5．上输入为大载波时的调幅波观察

保持下输入不变，逐步增大载波源输出的载波幅度，并观察输出已调波。可发现：当载波幅度增大到某值（如0.2V峰-峰值）时, 已调波形开始有失真（顶部变圆）；而当载波幅度继续增大到某值（如0.6V峰-峰值）时, 已调波形开始变为方波。最后把载波幅度复原（10mV）。

6．调制信号为方波时的调幅波观察

保持载波源输出的载波保持不变，但把调制信号源输出的调制信号改为方波（峰-峰值为100mV），观察当V AB从0.1V变化到-0.1V时的（已）调幅波波形。最后仍把V AB调节到0.1V。当V AB= 0时是什么波形？

7．调制信号为三角波时的调幅波观察

同上，把调制信号源输出的调制信号改为三角波。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。

2．由本实验得出DSB-SC波形与调制信号、载波间的关系。

3．由本实验得出m＜100％、m=100％、m＞100％这三种情况下的AM波形与调制信号、载波间的关系。

4．画出DSB-SC波形及m=100％时的AM波形，比较两者的区别。

5．解释在1496组成的调幅器中，把载波作为上输入的理由。

6．总结由本实验所获得的体会。

高频电子线路实验报告

专业：电子信息工程

学号：070608101

姓名：鲍聪伟