高頻電路(仿真)實驗講義

1、高頻電路（仿真）實驗講義物理與電子工程學院電子信息科學與技術2012年9月實驗一、共射級單級交流放大器性能分析一、實驗目的1、學習單級共射電壓放大器靜態(tài)工作點的設置與調試方法。2、學習放大器的放大倍數（Au）、輸入電阻（Ri） 、輸出電阻（Ro）的測試方法 。3、觀察基本放大電路參數對放大器的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數及輸出波形的影響。 4、熟悉函數信號發(fā)生器、示波器、數字萬用表和直流穩(wěn)壓電源等常用儀器的使用方法。 二、實驗原理如圖所示的電路是一個分壓式單級放大電路。該電路設計時需保證UB510UBE，I1I2510IB，則該電路能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點，即當溫度變化時或三級管的參數變化時，電路的靜態(tài)

2、工作點不會發(fā)生變化。UB=R1R1+R2VCC ICIE=UB-UBERE由上式可知，靜態(tài)工作時，UB是由R1和R2共同決定的，而UBE一般是恒定的，在0.6到0.7之間，所以IC 、IE只和有關。當溫度變化時或管子的參數改變時（深究來看，三極管的特性并非是完全線性的，在很多的情況下，必須計入考慮），例如，管子的受到激發(fā)而IC欲要變大時，由于RE的反饋作用，使得UBE節(jié)壓降減小，從而IB減小，IC減小，電路自動回到原來的靜態(tài)工作點附近。所以該電路不僅有較好的溫度穩(wěn)定性，還可以適應一定非線性的三極管，前提是只要電路設計的得當。調整電阻R1、R2，可以調節(jié)靜態(tài)工作點高低。若工作點過高，使三極管進入

3、飽和區(qū)，則會引起飽和失真；反之，三極管進入截止區(qū)，引起截止失真。圖1-1 分壓式單級放大電路如圖1-1，C1、C2為耦合電容，將使電路只將交流信號傳輸到負載端，而略去不必要的直流信號。發(fā)射極旁路電容CE一般選用較大的電容，以保證對于交流信號完全是短路的，即相當于交流接地。也是防止交流反饋對電路的放大性能造成影響。電路的放大倍數AU=-RLrbe，輸入電阻Ri=R1R2rbe，輸出電阻RO=RL，空載時RO=RC。當發(fā)射極電容斷開時，在發(fā)射極電容上產生交流負反饋，電壓的放大倍數為AU=-RLrbe+1+Re，輸入電阻Ri=R1R2rbe+1+Re。輸出電阻仍近似等于集電極負載電阻。三、實驗內容（

4、一）如圖1-2所示，建立放大電路，進行靜態(tài)分析。圖1-2 靜態(tài)工作點的調整與測試注意，電路必須工作在放大區(qū)，即輸出波形必須對稱（因為輸入信號是正弦波）且和原來的信號保持協(xié)調。只有設置好靜態(tài)工作點才可以進行下一步。此步驟就是要選擇合適的R1、R2。（二）動態(tài)分析動態(tài)分析時，實驗中一直使用的信號。F=1000HZ,Vpp=28mv。如圖1-3所示：圖1-3 函數信號發(fā)生器在原來設置好靜態(tài)工作點的基礎上，接入信號。并按照此圖進行測量電壓放大倍數。（該電路另接入了一電阻R3，以增大輸入電阻）如圖1-4所示：、圖1-4 放大倍數（加大輸入電阻）計算電壓的放大倍數：AU=UO/Ui輸入輸出電阻的測量：圖1

5、-5 輸入電阻的測試圖1-6 輸出電阻的測試計算計算 和 （三）若是靜態(tài)工作點設置不合適，則會引起失真。如圖1-7和圖1-8所示。 圖1-7飽和失真 圖1-8 截止失真（四）有無發(fā)射極電容CE的影響圖1-9 有無發(fā)射極電容的影響明顯看出，在不加發(fā)射極電容CE時，交流電壓的放大倍數減小了?？梢娛墙涣鞯呢摲答佔饔么俪闪诉@一結果。顯然，在實際的生產實際中，我們不需要這一反饋，因此一般選擇并聯上發(fā)射極輸出電容，可以明顯增大電壓的放大倍數。但同時也增加了電路的硬件成本。（五）增大輸入電阻對電路性能的影響 從示波器中的波形可以看出，輸入波形與輸出波形的相位相反，頻率相同。信號源內阻增大，如圖所示：比較可知

6、，增大輸入電阻，可以略微地提高電壓放大倍數。 四、思考題1、由實驗（一）（二）（三）可知，靜態(tài)工作點的設置對放大電路有何作用？2、仿真電路中的電路必須要“接地”，這樣做有什么好處？ 3、仿真電路中的很多細節(jié)都需要注意，某一細節(jié)處理不好就會影響電路的正常工作。試結合實驗過程舉例說明。實驗二 高頻LC諧振功率放大器性能研究一、實驗目的（1）了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調諧特性以及負載改變時的動態(tài)特性（2）了解高頻功率放大器丙類工作的物理過程以及當激勵信號變化、負載變化對功率放大器工作狀態(tài)的影響。 （3）掌握丙類放大器的計算與設計方法。2仿真電路V1信號源頻率1MHz,幅度1V

7、。示波器中上面波形為集電極波形；下面波形為功放的輸入波形，由于諧振電路諧振在1MHz。可按原理仿真過壓、欠壓和臨界等情況，觀察輸出集電極電壓波形。二、實驗內容及步驟(一)構造實驗電路利用Mulisim軟件繪制如圖2-1所示的高頻諧振功率放大器實驗電路。 圖2-1 高頻諧振功率放大器電路圖圖2-3 集電極波形圖（欠壓）V1=0.75V圖2-3 集電極波形圖（過壓）V1=1.05V（二）內容（1） 觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)（欠壓和過壓）的現象，并分析其特點。（2） 觀察丙類功放的調諧特性（負載上輸出波形）。測試丙類功放的負載特性。（3） 觀察激勵信號變化、負載變化對工作狀態(tài)的影響。三、思考題

8、1、變壓器T1起什么作用？2、對照輸入波形，說明輸出波形有什么特點？3、負載阻值的改變對輸出信號波形有什么影響？4、當功放的輸入信號頻率改變時，輸出信號波形有什么變化？說明了什么問題？實驗三 正弦波振蕩器實驗一、 正弦波振蕩器1仿真目的（1）掌握正弦波振蕩器的基本組成，起振條件和平衡條件；（2）掌握三點式正弦波振蕩器電路的基本原理，反饋系數和振蕩頻率；（3）了解反饋式振蕩器、各種三點式振蕩器的特性及優(yōu)缺點；2仿真電路圖3-1 LC正弦波振蕩器電路圖圖3-2 LC正弦波振蕩器電路波形圖3測試內容（1） 測試振蕩器各元件的作用，即短路（或開路）該元件，觀察振蕩器的工作情況。（2） 進行LC振蕩器波

9、段工作研究，即測試振蕩器在多寬的頻率范圍內能平穩(wěn)工作。（3） 研究LC振蕩器的靜態(tài)工作點、反饋系數以及負載對振蕩器的影響。（4） 測試LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度，即研究溫度、電源電壓和負載變化對振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響。二、 石英晶體振蕩器1仿真目的（1）掌握晶體振蕩器的基本工作原理；（2）研究外界條件（電源電壓、負載變化）對振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響；（3）比較LC振蕩器與晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。2仿真電路提示：晶體不需外接負載電容（因負載電容和晶體組成一模塊）圖3-3 石英晶體振蕩器電路圖圖3-4 石英晶體振蕩器電路波形圖3測試內容（1）熟悉振蕩器各元件的作用。（2）在直流電源上疊加微變交流電壓，觀

10、察振蕩器的頻率穩(wěn)定度。（3）改變電容值、改變反饋系數觀察振蕩器的情況。實驗四 信號調制解調電路仿真與測試一、 普通調幅波信號調制1仿真目的（1）掌握用晶體三極管進行集電極調幅的原理和方法。（2）研究已調波與調制信號及載波信號的關系。（3）掌握調幅系數測量與計算的方法。2仿真電路集電極調幅電路：載波信號頻率為46.5kHz,幅度峰峰值為5V；調制信號頻率為4.65kHz,幅度為1.1V，這個幅度影響調幅度，仿真時變換調制信號幅度，觀察調幅度的變化。示波器上面波形為調制信號波形，下面為已調波波形。圖4-1 普通調幅波信號調制電路圖圖4-2 普通調幅波信號波形圖3測試內容（1） 測試丙類功放工作狀態(tài)

11、與集電極調幅的關系。（2） 觀察調幅度、觀察改變調幅度輸出波形變化情況并計算調幅度。二、 FM調頻波信號調制1仿真目的（1）掌握變容二極管調頻電路的原理。（2）了解調頻電路的調制特性及測量方法。（3）觀察調頻波波形，觀察調制信號振幅對頻偏的影響。（4）觀察寄生調幅現象，了解其產生及消除的方法。2仿真電路調頻波：從示波器上看到的波形頻率變化不明顯，從頻率計（XFC1）可看出頻率不停變化。載波信號80kHz，調制信號3kHz，從示波器看不出明顯的調頻波頻率的變化。調頻廣播載波頻率范圍是（88108）MHz，低頻調制信號最高20kHz,從載波波形也看不出頻率的變化。 圖4-3 FM調頻波信號調制電路

12、圖圖4-4 FM調頻波信號波形圖3測試內容（1） 測試變容二極管的靜態(tài)調制特性，即拿掉，保留直流電壓，觀察以及取其它值時振蕩頻率的變化，這時的振蕩器屬于壓控振蕩器。（2）任務：觀察調頻波波形。觀察調制信號振幅對頻偏的影響。觀察寄生調幅現象。三、普通調幅波的解調1仿真目的（1）進一步了解調幅波的性質，掌握調幅波的解調方法。（2）掌握二極管峰值包絡檢波的原理。（3）掌握包絡檢波器的主要性能指標，檢波效率及各種波形失真的現象，分析產生的原因并考慮克服的方法。 2仿真電路峰值包絡檢波：設置調幅度m=0.35,示波器中深紅線為檢波信號。圖4-5 普通調幅波的解調電路圖圖4-6 普通調幅波的解調波形圖加大

13、R9可觀察到對角線失真。在R5=510歐時可觀察到負峰切割失真。3測試內容 （1） 完成普通調幅波的解調。 （2） 觀察普通調幅波解調中的對角切割失真、底部切割失真以及檢波器不加高頻濾波時的現象。實驗五 反饋控制電路仿真與測試一、自動增益控制電路1仿真目的（1）掌握AGC工作原理。比較沒有AGC和有AGC兩種情況下輸出電壓的變化情況（2）掌握AGC主放大器的增益控制原理。學會測量AGC的增益控制范圍。2仿真電路下面是AGC電路，載波信號是93kHz,調制信號0.93kHz.。輸入信號峰峰值8mV時，即有效值5.6mV，用萬用表測輸出電壓（三極管Q2集電極）為1.62V，放大倍數接近300倍；加大輸入信號到峰峰值18mV時，此時輸入信號有效值為13.2mV,測量此時的輸出信號電壓為1.64V，放大倍數為126倍，AGC電路起了作用，放大倍數減小了。 圖5-1 自動增益控制電路圖圖5-2 自動增益控制電路波形圖示波器所示為AM信號源波形和R10R12間輸出檢波波形。3測試內容（1） 比較沒有AGC和有AGC兩種情況下輸出電壓的變化范圍。（2） 測量AGC的增益控制范圍。9.7.2 鎖相環(huán)路的應用1仿真目的 （1）掌握鎖相環(huán)鎖相原理，了解用