高频电子实验指导书

实验一、LC 与晶体振荡器实验

一、实验目的

1）、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。 2）、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。 3）、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。 4）、比较LC 与晶体振荡器的频率稳定度。

二、实验预习要求

实验前，预习教材：“电子线路非线性部分”第3章：正弦波振荡器；“高频电子线路”第四章：正弦波振荡器的有关章节。

三、实验原理说明

三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其交流等效电路如图1-1。

1、起振条件

1）、相位平衡条件：X ce 和X be 必 需为同性质的电抗，X cb 必需为异性质

的电抗，且它们之间满足下列关系：

2）、幅度起振条件： 图1-1、三点式振荡器

式中：q m ——晶体管的跨导，

LC

X X X X Xc o C L ce be 1 |||| )(=

-=+-=ω，即)

(Au

1* '

ie L oe m q q q Fu q ++

>

F U——反馈系数，A U——放大器的增益，

q ie——晶体管的输入电导，

q oe——晶体管的输出电导，

q'L——晶体管的等效负载电导，

F U一般在0.1~0.5之间取值。

2、电容三点式振荡器

1）、电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器

图1-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容C i和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。

L1L1

（a）、考毕兹振荡器（b）、交流等效电路

图1-2、考毕兹振荡器

2）、串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器

电路如图1-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了C i和C o对频率稳定度的影响，且使频率可调。

（a ）、克拉泼振荡器 （b ）、交流等效电路

图1-3、克拉泼振荡器

3）、并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器

电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L 1两端并联一个小电容C 4，调节C 4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。本实验箱所提供的LC 振荡器就是西勒振荡器。

（a ）、西勒振荡器 （b ）、交流等效电路

图1-4、西勒振荡器

3、晶体振荡器

本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振Array b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路

如图1-5所示。

四、实验设备图1-5、皮尔斯振荡器

THKGP系列高频电子实验箱；

双踪示波器：20~40MHz；

频率计：10MHz；

繁用表。

五、实验内容与步骤

开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。

作为第一次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析；

电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接K xxx╳-╳”）便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路，电容C106起耦合作用，R111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。在调整LC振荡电路静

态工作点时，应短接电感L102（即短接K104 2-3）。三极管BG102等组成射极

跟随电路，提供低阻抗输出。本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为6MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。

经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。

（一）、调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流电压（U e、U eq）和直流电流（I e、I eq）：

1、组成LC西勒振荡器：短接K1011-

2、K1021-2、K103 1-2、K1041-2，并在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10)在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再用频率计测量其输出频率。

2、调整静态工作点：短接K104 2-3（即短接电感L102），使振荡器停振，并测量三极管BG101的发射极电压U eq；然后调整电阻R101的值，使U eq=0.5V，并计算出电流I eq（=0.5V/1K=0.5mA）。

3、量发射极电压和电流：短接K104 1-2，使西勒振荡器恢复工作，测量BG102的发射极电压U e和I e。

4、调整振荡器的输出：改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的输出频率f0为1.5MHz，输出幅度V Lo为1.5V P-P。

（二）、观察反馈系数K fu对振荡电压的影响：

由原理可知反馈系数K fu=C106/C107。按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度V L（保持U eq=0.5V），记录相应的数据，并绘制

V L =f （C ）曲线。

（三）、测量振荡电压V L 与振荡频率f 之间的关系曲线，计算振荡器波段复盖系数f max / f min ：

选择测试点TP 102，改变C 110值，测量V L 随f 的变化规律，并找出振荡器的最高频率f max 和最低频率f min 。

（四）、观察振荡器直流工作点I eq 对振荡电压V L 的影响：

保持C 107=1000p ，U eq =0.5V ，f o =1.5MHz 不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变I eq ，并测量相应的V L ，且把数据记入下表。

f (MHZ)

V

（五）、比较两类振荡器的频率稳定度： 1、LC 振荡器

保持C 107=1000p ，U eq =0.5V ，f 0=1.5MHz 不变，分别测量f 1在TP 101处和f 2在TP 102处的频率，观察有何变化？

2、晶体振荡器

短接K 101、K 102、K 1032-3，并去除电容C 107，再观测TP 102处的振荡波

形，记录幅度V L 和频率f 0之值。

波形： 幅度V L = 频率f 0= 。 然后将测试点移至TP 101处，测得频率f 1 = 。

根据以上的测量结果，试比较两种振荡器频率的稳定度△f/ f 0 ：

六、预习思考题

1、静态和动态直流工作点有何区别？如何测定？

2、本电路采用何种形式的反馈电路？反馈量的大小对电路有何影响？

3、试分析C 103、L 102对晶振电路的影响？

4、射极跟随电路有何特性？本电路为何采用此电路？

七、实验注意事项

1、本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某

一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。

%

%100/)(/ % %100/)(/ 010

00100=*=?=*=?-

-f f f f f f f f f f LC 晶体振荡器振荡器

2、用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽”，以免影响后续实验的正常进行。

3、在打开的实验箱箱盖上不可堆放重物，以免损坏机动性箱的零部件。

4、实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。

八、实验报告

1、整理实验数据，绘画出相应的曲线。

2、总结对两类振荡器的认识。

3、实验的体会与意见等。

实验二、通频带展宽实验

一、实验目的

1）、掌握通频带测量方法。

2）、掌握电流、电压负反馈法展宽通频带的工作原理和方法。

3）、掌握混合连接法展宽通频带的工作原理和方法。

二、实验预习要求

实验前，预习教材“电子线路非线性”的附录：选频网络；“高频电子

线路”第二章：小信号谐振放大器；“高频电子技术”第六章：高频小信号

放大电路分析基础的有关章节。

三、实验原理说明

晶体三级管放大电路由于极间电容，分布电容等因素的影响，对不同

信号频率具有不同的放大倍数，致使频带变窄。展宽通频带有多种方法，其

1、电流负反馈法：基本电路如图2-1所示，共发

电路的射极电阻R e具有电流负反馈作用，当R e两端不

接入电容C e时，R e既有直流负反馈（起稳定直流工作

点作用），又有交流负反馈作用（减小放大量，展宽频

带）当R e两端接入大容量电容C e时，R e只有直流反

馈，而没有交流负反馈的作用：当R e两端接入一定容

量的C e时，由于容抗Xc=1/ωc，随着频率的增图2-1共发电路电流反馈

加而下降，因而对频率中因极间电容和分布电容而损失的高频成分的放大有

一定的补偿作用，C e可称为高频补偿电容。

2、共发—共基混合连接电路：单级共射放大电路因受发射结B'E间等

1π效电容C'n的影响，从信号源电压到发射结传输系数的上截止频率为f h=

2 RC'n，利用共发—共基混合连接电路，客观上是在单级共发电路的集电极与集电极负载之间插入一个共基电路，其交流等效电路如图2-2所示。这种电

似为1的特点，可以减小C'n的密勒电

容分量C M，等效到B'E之间的密勒电

容为C M=（1+q m R'C）*C b'c。将原来接

在共发集电极的负载电图2-2、共发—共基混合连接电路的交流等效电路阻改接至共基电路的输出端。使整个电路的电压放大倍数维持不变。由于共基电路的上截止频率f a=βo* fβ》fβ，因而它的通频带比共发电路要宽得多。

四、实验设备

THKGP系列高频电子线路综合实验箱；

BT5扫频仪；

双踪示波器；

AS1051S高频信号发生器。

五、实验内容与步骤

按实验一启动实验箱电源的方法接通电源，在实验板上找出本次实验的单元电路，熟悉各元器件的作用，然后按下+12V总电源开关K1和本实验单元的电源开关K200，电源指示发光二极管D4和D201点亮。

1、实际线路分析

1）、电路原理图的上半部分取自黑白电视机的视放电路，它是一个典型的电流负反馈通频带展宽线路。0~6MHz的视频信号从输入端J201输入，由C213滤去残留的中频（38MHz）信号；BG201为预视放级，R201~R203为BG201的偏置电阻，C213、L201为串联谐振吸收回路，吸收全电视信号中的6.5MHz 第二伴音中频。BG202为典型的共发射极电路，R204~R210为BG202的偏置电阻，发射极电阻由R208~R210三个电阻串联组成，C203、C204为高频补偿电容，与大电容C205串联并由切换开关K201切换的1K、330、0三个电阻，表示不同反馈量的三种典型状态。BG202集电极输出通过电容C206至输出端TP202。

2）、电原理图的下半部分取自彩电的三基色视放电路，它是一个典型的共发—共基混合连接展宽通频带线路。视频信号从输入端J202输入，BG203为典型的共发电路，通过切换开关K202可选择不同的基极串联电阻。若短接K2031-2，测试点TP204为共发电路信号的输出；若短接K203 2-3，则TP204为共发—共基电路的信号输出，R220为两者的公用负载电阻。由K204确定在共发—共基之间是否串联电阻R221。

2、用扫频法测量不同频率补偿量（电流负反馈）的频率响应特性曲线。

1）、置BT5扫频仪扫频输出信号衰减10db，Y衰减10db，Y增幅位置调节适中。

2）、扫频输出探头接测试点TP201，检波探头接TP202。

3）、调节电感线圈L201的磁芯，使曲线吸收点位移至6.5MHz处。

a.、高增益、无电容补偿电路频响特性的测试：

短接K 201 4-5，不接电容C 203和C 204，调节扫频仪Y 的增幅，使1MHz 频标位于扫频仪屏幕的第8格处，并记录以下各频标的幅度，填入下表。

b 、中增益、无电容补偿电路频响特性的测试：

短接K 2012-3，使C 205与330Ω电阻串接，C 203、C 204不插入电路，然后 按上述步骤a 的方式进行调节与记录数据。 c 、低增益、无电容补偿电路频响特性的测试：

短接K 2011-2，使C 205与1K 电阻串接，C 203、C 204不插入电路，实验 步骤同上。

d 、低增益、高端展宽电路频响特性的测试：

短接

K 2011-2，使C 205与1K 电阻串接，C 203不插、C 204插入330P 的 电容，实验步骤同上。

e 、低增益、中高端展宽电路频响特性的测试：

短接K 201 1-2，C 203插入3300P 电容、C 204插入330P 电容，实验步骤 同上。

作图：将以上5根曲线画出在同一频率——幅度座标纸上，分别计算它 们的频带宽度，同时结合电原理图加以分析。

3、输入正弦法测量不同频率补偿量（电流负反馈）的频率响应特性曲

线。

选择以上a，c，e三种结构电路，在TP201（或J201）处输入高频信号，幅度为0.4V P-P，频率分别调为1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHz、6MHz，在TP202处用示波器测量相应频率的输出幅度（Vp-p）。

a、高增益、无电容补偿电路频响特性测试：短接K201 4-5，C203、C204 不插入电路，测量以下各点的电压值，并填入下表。

b、低增益、无电容补偿电路频响特性测试：短接K201 1-2，C203、C204 不插入电路，测量步骤同上。

c、低增益、有电容补偿电路频响特性测试：短接K2011-2，C203插3300p 电容，C204插330p电容，测量步骤同上。

作图：将以上三根曲线画在同一频率—幅度座标纸上，分别计算带宽

并与扫频测量的结果相比较。

4、用扫频法测量共发电路基极串接不同电阻时的频率响应特性曲线。

将扫频仪输出探头改接到TP203，检波探头改接到TP204。

1）、共发电路，基极串接电阻8.2K，短接K202 2-3、K2031-2、K204 1-2，

调节Y增幅，使1MHz频标位于扫频仪屏幕第8格处，然后记录以下各频标的幅度，填入下表中。

2）、共发电路，基极其电阻4.7K，短接K2021-2、K2031-2、K204 1-2，实

作图：将以上二根曲线画在同一频率—幅度座标纸上并加以比较。

5、用扫频法测量共发-共基电路之间串接不同电阻时的频率响应特性曲线。

1）、共发-共基电路，两三极管之间的串接电阻阻值为零，短接K202 1-2 ，K203 2-3，K204 1-2，调节Y增幅，使1MHz频标位于扫频仪屏幕第8格处，

然后记录以下各标的幅度。

2）、共发-共发电路，两三极管之间的串接620Ω的电阻，短接K202 1-2，K203 2-3，K204

2-3，实验步骤同上。

作图：将以上两条曲线与步骤4所作的两条曲线画在同一座标纸上，并加以比较。

6、输入正弦波法测量共发与共发-共基电路的通道频率响应曲线。 选择实验步骤4项中的（2）和5项中的（1）两项电路结构，在TP 203（或J 202）处输入高频信号，幅度为0.4V P-P ，频率分别调为1MHz 、2MHz 、3MHz 、4MHz 、5MHz 、6MHz ，在TP 204处测量以上各频率下的输出幅度（V P-P ）。

1）、共发电路，基极串联电阻4.7K ，短接K 202 1-2、K 203 1-2、K 204 1-2，然后记录以下各频标的幅度。

2）、共发-共基电路，基极电阻4.7K ，短接K 202 1-2 ，K 203 2-3，K 204 1-2，实验步骤同上。

作图：将以上二根曲线画在同一频率—幅度座标纸上，并加以比较。

六、实验注意事项

1、高频信号发生器与扫频仪均为第一次接触，实验前必须认真阅读 这两种仪器的使用说明书，并熟悉它们的使用与操作方法。

2、其它与实验一相同。

七、预习思考题

1、分析电路中切换开关K201三种切换状态的含义与作用。

2、分析电路中并接电容C204的作用。

3、分析电路中电容C213与电感L201串联支路的作用。

4、分析电路中开关K202、K203、K204两种切换方式的含义与作用。

八、实验报告

1、整理实验数据，并绘制相应的频率特性曲线。

2、总结不同频段所采用的通频带展宽方法。

3、比较两种通频带展宽电路的特点及其应用。

实验三、非线性波形变换实验

一、实验目的

1）、了解二极管限幅器的组成与工作原理。

2）、掌握用二极管限幅器实现非线性波形变换的原理与方法。 3）、熟悉将三角波变换成正弦波的方法。

二、实验预习要求

实验前，预习“高频电子线路”第五章：频率变换电路分析基础；“高 频电子技术”第8章：调幅、检波与混频—频谱线性搬移电路等有关章节。

三、实验原理说明

1、二极管函数电路

一个理想的二极管与一个线性电阻串联组合后的伏安特性可视为一条折线，如图3-1-1所示。若再与一个电源串联，组成为二极管限幅器，它生成另一条新的折线，如图3-1-2所示。同理，用具有不同电导的二极管支路分别与不同的电源相串联，可生成各种不同的折线，如图3-1-3所示。如将多条这种电路并联组合一起，则可生成一条由多个折点组成的具有特定函数功能的电路，并可以此来逼近某一特定的曲线，此即为二极管函数电路，如图3-1-4

图3-1-1、二极管与电阻串联

图3-1-2、二极管限幅器

-

+

-

+

+

E

1

E 1

图3-1-3、不同偏置电压下的二极管限幅器

图3-1-4 2图3-2数电路。设置二极管

图3-3是图3-2与输入三角波1/4使输出折线逼近于正弦波，在输入三角波 图3-2、二极管正弦函数变换电路 的1/4周期中，选定：

U +

+

+

+

g 1

g 2

g 3

g 4

D 1D 2D 3D 4+-

当V im 为三角波的峰值时，t 1~t 4对应的输入电压值分别为：

折线各段对应的斜率即传输系数的绝对值与电路参数的关系是：

而折线转折点电压与电路参数的关系是：

式中V D1、V D2和V D3表示三条支

路的二极管在不同的工作电路情况下， 导通电压所出现的明显差异。

四、实验仪器设备 图3-3、正弦波折线与三角波间的对应关系

1

3

2123

4

3441

2

1223233//////18.0||////5.0||f a a a f i i o o f f a a f i i o o f R R R R R V V V V A R R R R V V V V A =

==

=

==-

---)

(

)()(

33

3

33

3322

22222111

11

11D b b a R b a O D b b a R b a O D b b a R b a O V R R R V R R V V R R R V R R V V R R R V R R V ++

-=++-=++

-=11

22

2

1

2212111//79.0||1||f a f i i o o f f f i o f R R R V V V V A R R V V A ====

==

-

- 1.0__

VI Vim

184t = *194t = *294t = *34

t = 4,,,4

4

*

9

7 4

*

9

5 4

*

18

54321T t T t T t T t =

=

=

=

，，，im

im i im im i im im i im im i V Vo V V V Vo V V V Vo V V V Vo V V 65.0|| ||61.0|| 78.0||5.0|| 56.0||28.0|| 28.0||4 4332211========，，，，

THKGP系列高频电子线路综合实验箱；

函数信号发生器；

双踪示波器。

五、实验内容与步骤

在实验箱上找到“非线性波形变换”实验单元后，接通实验箱电源，然后依次按下+12V总电源开关K1，-12V总电源开关K3，函数信号发生单元电源开关K700及本实验单元电源开关K300，指示电源的三个红色发光二极管和三个绿色发光二极管点亮。

1、准备工作：

1）、短接K301、K302、K303、K304、K305、K306的1-2接点，即断开电路中的六个2AP9二极管。

2）、将函数发生器的输出（J701）接至本实验单元的输入端（J301），并分别接至双踪示波器的两个输入端CH1和CH2。

3）、使函数信号发生器输出为三角波信号，并调节其输出频率为1KHz，输出幅度为最大（约20V）。

4）、选择示波器两个接口CH1和CH2的幅度灵敏度为0.2V/div，并将三角波调至满8格，双踪要求精确等幅（示波器探头衰减10）。

5）、示波器CH1和CH2输入通道的幅度灵敏度调至0.1V/div，使屏幕8格内装入三角波正半周。

2、进行三角波变换为正弦波的测量：

将示波器的一探头从测试点TP301移到TP302。