高频实验六 集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器
高频压控振荡器设计
前言 (1)1高频压控振荡器设计原理压控振荡器 (2)1.1工作原理 (2)1.2变容二极管压控振荡器的基本工作原理 (2)2高频压控振荡器电路设计 (4)2.1设计的资料及设备 (4)2.2变容二极管压控振荡器电路的设计思路 (4)2.3变容二极管压控振荡器的电路设计 (5)2.4实验电路的基本参数 (6)2.5实验电路原理图 (7)3高频压控振荡器电路的仿真 (7)3.1M ULTISIM软件简介 (8)3.2M ULTISIM界面介绍 (9)3.2.1电路仿真图 (10)3.2.2压控振荡器的主要技术指标 (10)3.3典型点的频谱图 (10)4高频压控振荡器电路实现与分析 (16)4.1实验电路连接 (16)4.2实验步骤 (16)4.3实验注意事项 (19)4.4硬件测试 (19)5心得体会 (21)参考文献 (22)压控振荡器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，在LC振荡器决定振荡器的LC 回路中，使用电压控制电容器（变容管），可以在一定的频率范围内构成电调谐振荡器。
这种包含有压控元件作为频率控制器件的振荡器就称为压控振荡器。
它广泛应用与频率调制器、锁相环路以及无线电发射机和接收机中。
压控振荡器是锁相环频率合成器的重要组成单元，在很大程度上决定了锁相环的性能。
在多种射频工艺中，COMS工艺以高集成度、低成本得到广泛的应用。
压控振荡器（VCO）在无线系统和其他必须在一个范围的频率内进行调谐的通信系统中是十分常见的组成部分。
许多厂商都提供VCO产品，他们的封装形式和性能水平也是多种多样。
现代表面的贴装的射频集成电路（RFIC）VCO继承了近百来工程研究成果。
在这段历史当中。
VCO技术一直在不断地改进中，产品外形越来越小而相位噪声和调谐线性度越来越好。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。
高频实验指导书
高频实验指导书《高频电子线路II》实验指导书撰写人：粟建新李志军审核人：湘潭大学信息工程学院2007年11月23日前言一、实验总体目标《高频电子线路》是电子信息工程和通信工程专业的学科基础课，也是一门工程性和实践性很强的课程。
实验教学的目的是：利用典型实际高频电子线路，运用高频实验仪器，验证《高频电子线路》课程中各单元电路的工作原理，综合运用各单元电路完成模块化功能的学习，达到掌握和巩固所学基本概念和提高自行研究分析设计类似电路的能力。
在实验中要熟悉各典型高频线路的组成，元件及参数的选择，熟悉高频实验仪器的原理和使用方法，掌握使用高频实验仪器进行电路参数测试的方法，在实验中学会运用理论知识分析和解决各种实际问题，实现理论与实践相结合，提高工程应用能力。
二、适应专业年级适应全日制本科电子信息工程、通信工程专3年级学生。
三、先修课程开设本课程之前，学生必须修完电路理论、模拟电子技术基础及实验、数字电子技术基础及实验、高频电子线路相关理论课程。
四、实验项目及课时分配实验是学习电子技术的一个重要环节。
对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。
为适应电子科学技术的迅猛发展和教学改革不断深入的需要，我们在教学实践的基础上，运用多年从事教学仪器产品研制生产的经验，研制生产了TPE-GP系列高频电路实验学习机。
其中，TPE-GP2型高频电路实验学习机由试验机箱与单元电路板构成，可完成下述属于模拟电路范畴的实验，即：单、双调谐回路谐振放大(小信号选频放大电路)；丙类高频功率放大电路；LC电容反馈三点式振荡器；石英晶体振荡器；低电平振幅调制与解调电路，高电平集电极调幅与发射电路；变容二极管调频与相位鉴频电路；集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器；集成电路(锁相环)构成的频率解调器；利用二极管函数电路实现的波形转换电路；晶体管混频电路实验；调幅、调频接受实验等。
高频调制实验报告
一、实验目的1. 理解高频调制的基本原理和过程。
2. 掌握振幅调制（AM）和解调（AM-D）的基本方法。
3. 学习使用实验仪器进行高频信号的调制和解调。
4. 分析调制信号的频谱特性，验证调制和解调效果。
二、实验原理高频调制是将低频信号（信息信号）与高频载波信号进行混合，使信息信号以某种方式影响载波信号的幅度、频率或相位，从而实现信号的传输。
本实验主要研究振幅调制（AM）。
1. 振幅调制（AM）振幅调制是指载波信号的振幅随信息信号的变化而变化。
AM信号可以表示为：\[ s(t) = c(t) \cdot [1 + m \cdot x(t)] \]其中，\( c(t) \) 是载波信号，\( x(t) \) 是信息信号，\( m \) 是调制指数。
2. 振幅解调（AM-D）振幅解调是指从调幅信号中恢复出原始信息信号。
常见的解调方法有包络检波法和同步检波法。
三、实验仪器1. 双踪示波器2. 高频信号发生器3. 低频信号发生器4. 调制器5. 解调器6. 万用表四、实验步骤1. 调制过程（1）设置高频信号发生器，产生一个频率为 \( f_c \) 的正弦波作为载波信号。
（2）设置低频信号发生器，产生一个频率为 \( f_m \) 的正弦波作为信息信号。
（3）将载波信号和信息信号输入调制器，进行振幅调制。
（4）观察调制器的输出波形，验证调制效果。
2. 解调过程（1）将调制信号输入解调器，进行振幅解调。
（2）观察解调器的输出波形，验证解调效果。
3. 频谱分析（1）使用频谱分析仪对调制信号进行频谱分析。
（2）观察调制信号的频谱特性，验证调制效果。
4. 性能测试（1）测试调制信号的调制指数 \( m \)。
（2）测试解调信号的解调指数 \( D \)。
五、实验结果与分析1. 调制过程通过实验，成功实现了振幅调制。
调制信号的波形如图1所示。
图1 振幅调制信号波形2. 解调过程通过实验，成功实现了振幅解调。
解调信号的波形如图2所示。
高频压控振荡器设计
前言 (1)1高频压控振荡器设计原理压控振荡器 (2)1.1工作原理 (2)1.2变容二极管压控振荡器的基本工作原理 (2)2高频压控振荡器电路设计 (4)2.1设计的资料及设备 (4)2.2变容二极管压控振荡器电路的设计思路 (4)2.3变容二极管压控振荡器的电路设计 (5)2.4实验电路的基本参数 (6)2.5实验电路原理图 (7)3高频压控振荡器电路的仿真 (7)3.1M ULTISIM软件简介 (8)3.2M ULTISIM界面介绍 (9)3.2.1电路仿真图 (10)3.2.2压控振荡器的主要技术指标 (10)3.3典型点的频谱图 (10)4高频压控振荡器电路实现与分析 (16)4.1实验电路连接 (16)4.2实验步骤 (16)4.3实验注意事项 (19)4.4硬件测试 (19)5心得体会 (21)参考文献 (22)压控振荡器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，在LC振荡器决定振荡器的LC 回路中，使用电压控制电容器（变容管），可以在一定的频率范围内构成电调谐振荡器。
这种包含有压控元件作为频率控制器件的振荡器就称为压控振荡器。
它广泛应用与频率调制器、锁相环路以及无线电发射机和接收机中。
压控振荡器是锁相环频率合成器的重要组成单元，在很大程度上决定了锁相环的性能。
在多种射频工艺中，COMS工艺以高集成度、低成本得到广泛的应用。
压控振荡器（VCO）在无线系统和其他必须在一个范围的频率内进行调谐的通信系统中是十分常见的组成部分。
许多厂商都提供VCO产品，他们的封装形式和性能水平也是多种多样。
现代表面的贴装的射频集成电路（RFIC）VCO继承了近百来工程研究成果。
在这段历史当中。
VCO技术一直在不断地改进中，产品外形越来越小而相位噪声和调谐线性度越来越好。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。
高频电子线路实验振幅调制
太原理工大学现代科技学院令狐采学高频电子线路课程实验报告专业班级信息13-1学号201310姓名0指导教师孙颖实验名称振幅调制专业班级信息13-1学号 20131010姓名 0成绩 实验五 振幅调制（集成乘法器幅度调制电路） 5-1 振荡调制的基本工作原理 根据电磁波理论知道，只有频率较高的振荡才能被天线有效地辐射。
但是人的讲话声音量变换为相应的电信号的频率较低，不适用于直接从天线上辐射，因此，为了传递信息，就必须将要传递的信息“记载”到高频振荡上去。
这一“记载”过程称为调制，调制后的高频振荡称为已调波，未调制的高频振荡称为载波。
需要“记载”的信息称为调制信号。
调制过程是用被传递的低频信号，使高频输出信号的参数（幅度，频率，相位）相应于低频信号变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频信号段，被高频信号携带传播的目的，完成调制过程的装置叫调制器。
调制器和解调器必须由非线性元件构成，他们可以是二极管或者三极管。
近年来集成电路在模拟通信中得到广泛的应用，调制器，解调器都可以用模拟乘法器来实现。
一．振幅调制和调幅波 振幅调制就是用低频调制信息去控制高频载波信号的振幅，使载波的信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。
经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称调幅波）。
调幅波有普通调幅波（AM ，）抑制载波的双边带调幅波（DSB ）和抑制载波的单边带调幅波（SSB ）三种。
1普通调幅波（AM ） （1）调幅波的表达式，波形 设调制信号为单一频率的余弦波：载波信号为……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………t f U t w U t u c cm c cm c π2cos cos )(==为了简化分析，设两者波形的初相角均为零，因为调幅波的振幅和调制信号成正比，由此可得调幅波的振幅为T U k U t U m a cm AM Ω+=Ωcos )()cos 1(t U U k U cmm a cm Ω+=Ω )cos 1(t m U a cm Ω+=式中，cmm a a U U k m Ω= 其中，ma 称为调幅指数或调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制程度，ka 为由调制电路决定的比例常数。
频率调制电路实验报告
一、实验目的1. 理解频率调制（FM）的基本原理和过程。
2. 掌握变容二极管调频电路的设计和调试方法。
3. 熟悉高频电子线路实验系统的操作和常用仪器。
4. 通过实验验证频率调制电路的性能指标。
二、实验原理频率调制（Frequency Modulation，FM）是一种通过改变载波频率来传输信息的调制方式。
在FM调制过程中，载波的频率会根据调制信号的幅度而变化，而载波的幅度保持不变。
常用的调频电路有变容二极管调频电路、电压控制振荡器（VCO）调频电路等。
本实验采用变容二极管调频电路，其基本原理如下：1. 调制信号与本振信号经过调制器进行调制，得到调频信号。
2. 调频信号通过变容二极管，其电容值随调制信号的变化而变化，从而改变谐振频率。
3. 调频信号通过滤波器滤波，得到稳定的调频信号。
三、实验仪器与设备1. 高频电子线路实验系统2. 双踪示波器3. 频率计4. 变容二极管5. 滤波器6. 调制信号发生器7. 本振信号发生器四、实验步骤1. 按照实验原理图搭建变容二极管调频电路。
2. 将调制信号发生器输出信号接入调制器，调节调制信号幅度和频率。
3. 将本振信号发生器输出信号接入变容二极管，调节本振信号频率。
4. 使用示波器观察调制器输出信号波形，分析调频效果。
5. 使用频率计测量调频信号的频率变化范围，计算调频指数。
6. 使用滤波器对调频信号进行滤波，观察滤波效果。
7. 改变调制信号幅度和频率，观察调频效果的变化。
五、实验结果与分析1. 调制信号幅度为1Vpp，频率为1kHz时，调频信号波形如图1所示。
可以看出，调频效果较好，调频指数约为10。
图1 调频信号波形2. 本振信号频率为10MHz时，调频信号频率变化范围为9.9MHz至10.1MHz，调频指数约为0.2。
图2 调频信号频率变化范围3. 使用滤波器对调频信号进行滤波，滤波后信号波形如图3所示。
可以看出，滤波效果较好，信号较为稳定。
图3 滤波后信号波形六、实验结论1. 通过实验验证了变容二极管调频电路的基本原理和性能指标。
试验六LC压控振荡器
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实验六 LC压控振荡器
二．实验内容及要求 3．实现压控振荡器
z
z
z
调好后，测v_ctrl电压在0到3.5V之间变化时的频率，画V-F压控 特性曲线。可记下OV压控电压时E、B、C各极的直流电位和典 型波形。 注：与实图7.5中电路的振荡频率比较，看振荡频率变大了还是 小了，由此可以判定C7 和C6 的大小关系，若改变C6 再观察可 以从实验的角度估计C7 的范围。 观察手靠近压控电容时和远离压控电容时频率计的读数，理解高 稳定晶体振荡器需要采用金属壳屏蔽。测量频率的时候应该选幅 度比较大的C极波形。
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实验六 LC压控振荡器
【思考题】 1. 选做内容（1）中电容过小、过大都不能起振，请说 明原因。 2. 请说明RWE如何对振荡电路产生影响。
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实验六 LC压控振荡器
二．实验内容及要求 3．实现压控振荡器
z
z
R5 =1.8MΩ，去掉C6，再接 入压控电容电路。注意变容二 极管的极性。 调节RW_E，确保0到3.5V的 压控电压下都可以有振荡输 出。如果不能，可以适当加大 C2。如果E点波形有不等幅度 现象，可以通过调RW_E 使波 形等幅。
z z z z
设置Vcc=3.3v。 调整RWE电位器，使VCQ=2.3V， 用数字示波器的波形求平均功能测试 C，E，B直流工作点。 粗测共基放大器的频率响应:
• • •
测试中频（650kHz）的放大倍数和相移; 找低半功率点并测试该点放大倍数和相移; 测试频率为4MHZ时的放大倍数和相移。
3
实验六 LC压控振荡器
4
实验六 LC压控振荡器
二．实验内容及要求 2．实现振荡
z
z
z
2.4G压控振荡器的原理
压控振荡器一、实验目的1．掌握压控振荡器工作原理及各项性能指标的意义。
2．掌握压控振荡器的测量方法，特别是频率/电压特性的测量及频率/电压斜率计算。
3．学习压控振荡器设计，熟悉其电路结构。
4．掌握微波频谱仪及频率扩展器的使用。
二、实验原理压控振荡器模块在RZ 9905-R 微波接收实验系统箱内，电路如图3-1所示，它由12T T 、两只晶体三极管及变容二极管3T 等电路组成，13T T 、及周围电路组成频率可变的电容反馈三点式振荡器（又称考必兹振荡器），其等效电路如图3-2所示。
回路电容ec eb C C 、为晶图3-1 压控振荡器图体管极间电容，13b L C T 、、串联后构成回路电感。
b L 为晶体管基极引线电感，约为10nH 。
变容二极管3T 的作用是，当外加控制电压经电阻1R 加到它上面，变容管3T 的等效电容随外加电压变化而攺变，因此图3—2所示电路中振荡回路的自然谐振频率随之改变。
从而，当外加控制电压变化时，能攺变压控振荡器的振荡频率。
该压控振荡器的频率约为2.2-2.5GHz ，由于振荡频率高，晶体管的极间电容、引线电感等参数对振荡频率及工作状态都有很大影响，因此，微波模块对元件、布线、工艺、焊接等的要求非常高。
图3-2 压控振荡器等效电路图3-1中，2T 及周围电路为压控振荡器的放大输出级。
567R R R 、、构成 型衰减器，它使压控振荡器和放大输出级隔离，有利于提高压控振荡器的频率稳定度。
12345L L L L L 、、、、为高频扼流圈，它们的作用是为两晶体三极管各极提供合适的直流电压。
本模块供电电压为12伏，压控振荡信号从6C 输出，其电平约为0dbm 。
为了在线测量，压控振荡信号经衰减器送至压控振荡器输出测量接头，电平约为-10dbm 。
三、实验仪器1. 压控振荡器模块2．AT5011频谱仪3 AT5000F2频率扩展器四、实验内容1. 观察压控振荡器输出信号频谱；2. 测量压控振荡器输出频率可调范围；3. 测量压控振荡器的输出频率为2.4GHz 时信号功率和对应的压控电压；4. 测量压控振荡器输出频率/电压、功率/电压控制特性；5．观察压控振荡器结构。
高频电子线路实验报告——实验六
四、实验内容与步骤
在主箱上正确插好乘法器模块， 正确连接电源线， 主板上的±12V 接模块上的±12V， 主板上的 GND 接模块上的 GND，接通电源，若连线正确,电路板上的电源指示灯将会亮。
b
1．调幅实验 断开 J12、J13、J15、J19，J110，连接 J11、J14、J16、J17、J18，组成基于 MC1496 的调幅电路 （图 2） 。 （1）抑制载波振幅调制 从 TP6 端输入 f c = 10.7 MHz 的载波信号 u c（由高频信号发生器 EE1051 提供） u cp − p 在 50mV 左右。 ， 先将 TP7 接地，调接电位器 W1 使输出电压尽可能小（调平衡） 。再从 TP7 端输入 f Ω = 1KHz 的信号，逐 渐增大 u Ωp − p ，直至出现抑制载波的调幅信号（用示波器在 TT11 处测试） 。 （2）产生有载波振幅调制信号 在步骤（1）的基础上调节 W1，使输出信号中有载波存在，则输出有载波的振幅调制信号。 2．同步检波实验 连接 J22、J25，断开 J21、J23、J24、J26，组成由 mc1496 构成的同步检波电路（图 4） 。 从 TP3 端输入 f c = 10.7 MHz 的载波信号 u c （由高频信号发生器 EE1051 提供） u cp − p 在 50mV 左右。 ， 先将 TP7 接地，调接电位器 W2 使输出电压尽可能小（调平衡） 。再从 TP5 端输入调制实验中产生的抑 制载波调幅信号，即将 TT11 与 TP5 连接，这时从 TT21 处用示波器应能观察到解调信号 u Ω 的波形。实 验中适当改变原调制信号的大小，使输出信号波形最好。 3．鉴频实验 断开 J22、J24、J26，连接好 J21、J23、J25，组成由 mc1496 构成的鉴频电路（图 7） 。 从 TP4 处输入调频波（此调频信号由高频信号源单元提供，参考高频信号源的使用） ，载波峰峰值 在 50mV 左右，调制信号峰峰值在 250mV ~ 600mV 。用示波器从 TT21 处可以观察到输出的低频调制 信号 u Ω 。如果信号失真，可调节可调节 W2 以及可调电容 CC1 ，最后再微调调制信号及载波，使输出 信号最大且不失真。 2、混频器实验 连接 J12、J13、J15、J19、J110，断开 J11、J14、J16、J17、J18，组成由 MC1496 构成的混频器 电路（图 8） 。 从 TP6 处输入频率为 10.7MHz ，峰峰值在 300mV 附近的高频信号（由高频信号发生器 EE1051 提供） 。 从 TP8 输入频率为 10.245MHz 的信号，由正弦振荡单元电路产生（晶体振荡，参考正弦振荡单元） 。用 示波器和频率计在 TT11 处观察输出波形，输出信号频率应为 455KHz。
高频振荡器
分类
反馈振荡器和负阻振荡器
一、高频振
vi
+
vi+vf vf
基本放大电路 A(jω)
vO
反馈网络 F(jω)
2.特点
起振条件：环路增益大于1 反馈类型：正反馈 本质：能量转换电路。直流电源能量转换为特定频率能量
二、LC和晶体振荡器
1.特点
电感L和电容C组成反馈网络和选频网络，选频网络Q值高 振荡频率小于几百MHz 互感LC振荡:变压器、频率不高、使用空心线圈可提高频率 电容三点式（Colpitts）振荡：电容反馈、波形好 电感三点式（Hartley）振荡：电感反馈、高频波形差 改进型电容三点式（Clapp和Siler）振荡：稳定性高 共基：高频特性好，用的最多。共射：电压电流放大 共集：阻抗变换和隔离
PD A
PDout
fin VDD
14位÷N计数器 14 PD B φV φR
T/R
发射偏置加法器 fV
N13
N11
N9
N7 N6
N4
N2
N0
参考地址码与分频比对照表
本振频率合成器
SW1 DIP-8
8 CT 10.24MHz JT 5/20pF 7 21 6 23 5 22 4 25 3 24 2 20 1 19 18 8 17 7 16 6 15 5 14 4 13 3 12 2 11 1 1 C3 104 2 3 RW2 20kΩ C2 102 RW1 20kΩ 4 C4 5pF 28 6 7 5 4 9 13 74HC4046A 15 10 10 12 2 5 11 1 6 7 C5 101 26 27 OUT
间歇振荡
稳幅电路不能即时跟上信号幅度的变化速率，导致振荡幅 度调节过度。 环路增益太高使起振过程中振幅迅速升高，稳幅电路时间 常数较大使幅度调节功能滞后，导致间歇性工作。 减小环路增益、减小耦合电容和旁路电容容量可抑制间 歇振荡。