非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 非 線 性 電 子 電 路 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 指指 導(dǎo)導(dǎo) 書書 王寶忠 編寫適用專業(yè)：通信工程電子信息工程電子信息科學(xué)與技術(shù) 南徐學(xué)院電子信息工程電工電子實(shí)驗(yàn)中心電工電子實(shí)驗(yàn)中心20072007 年年 7 7 月月江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 1 -前前 言言 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)是與非線性電子電路理論課相配的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，也是電子信息各專業(yè)的主要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，其目的是通過本實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生鞏固、深化非線性電子電路的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的通信電子線路實(shí)驗(yàn)研究能力，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求可歸納為以下幾個方面：1、 熟練使用常用高頻電子儀器，如高頻信號發(fā)生器

2、、模擬示波器、頻率特性測試儀等。2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，能擬定實(shí)驗(yàn)方案、測試方法。掌握電路調(diào)試的基本技能，能正確測量、讀取、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，并能準(zhǔn)確分析原因。3、 根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基本非線性電子電路，測試其性能指標(biāo)達(dá)到課題的要求。培養(yǎng)學(xué)生善于把理論和實(shí)際問題相結(jié)合的能力。4、 正確撰寫實(shí)驗(yàn)報告。實(shí)驗(yàn)報告的要求在指導(dǎo)書中給出。在本實(shí)驗(yàn)箱中設(shè)置了十個實(shí)驗(yàn)，它們是：高頻小信號調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)、二極管開關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)、高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)、正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)、集電極調(diào)幅及大信號檢波實(shí)驗(yàn)、變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)、集成模擬乘法器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、模擬鎖相環(huán)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)和調(diào)頻接

3、收機(jī)設(shè)計(jì)。其中前八個實(shí)驗(yàn)是為配合課程而設(shè)計(jì)的，主要幫助學(xué)生理解和加深課堂所學(xué)的內(nèi)容。后兩個實(shí)驗(yàn)是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，是讓學(xué)生了解每個復(fù)雜的無線收發(fā)系統(tǒng)都是由一個個單元電路組成的。江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 2 -目目 錄錄實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號調(diào)諧放大器高頻小信號調(diào)諧放大器 3 3實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 二極管開關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)二極管開關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn) 1212實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器 1919實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 正弦振蕩實(shí)驗(yàn)正弦振蕩實(shí)驗(yàn) 3030實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 集電極調(diào)幅與大信號檢波集電極調(diào)幅與大信號檢波 3939實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 變?nèi)荻O管調(diào)頻變?nèi)荻O管調(diào)頻 4747實(shí)驗(yàn)七實(shí)

4、驗(yàn)七 集成電路模擬乘法器的應(yīng)用集成電路模擬乘法器的應(yīng)用 5656實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八 模擬鎖相環(huán)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)M鎖相環(huán)應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 7272實(shí)驗(yàn)九實(shí)驗(yàn)九 小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)小功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì) 8080實(shí)驗(yàn)十實(shí)驗(yàn)十 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì) 8484附錄一：高頻電子線路簡易調(diào)試說明書附錄一：高頻電子線路簡易調(diào)試說明書 8787附錄二：高頻附錄二：高頻 C4C4 電子實(shí)驗(yàn)箱總體介紹電子實(shí)驗(yàn)箱總體介紹 9797附錄三：實(shí)驗(yàn)電路原理圖附錄三：實(shí)驗(yàn)電路原理圖 9999江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 3 -實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號調(diào)諧放大器高頻小信號調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)學(xué)時： 2 學(xué)時實(shí)驗(yàn)類型：

5、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求： 必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康男⌒盘栒{(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)） ，進(jìn)一步掌握高頻小信號調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會小信號調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 調(diào)節(jié)諧振回路使諧振放大器諧振在 10.7MHz。2、 測量諧振放大器的電壓增益。3、 測量諧振放大器的通頻帶。4、 判斷諧振放大器選擇性的優(yōu)劣。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1 1、原理、原理圖 1-1 所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅

6、要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負(fù)載為 LC 并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻 RB1，RB2及 RE決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。圖 1-1 小信號調(diào)諧放大器江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 4 -放大器在高頻情況下的等效電路如圖 1-2 所示，晶體管的 4 個 y 參數(shù) yie，yoe，yfe及 yre分別為輸入導(dǎo)納 （1-1ebebbbebebiejwcgrjwcgy1）輸出導(dǎo)納 （1-2ebebebbbebbbmoejwcjwcgrjw

7、crgy1）正向傳輸導(dǎo)納 （1-ebebbbmfejwcgrgy13） 反向傳輸導(dǎo)納 （1-4ebebbbebrejwcgrjwcy1） 圖 1-2 放大器的高頻等效回路式中，gm晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為 （1- SmAIgEm265） gbe發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù) 及 IE有關(guān)，其關(guān)系為 （1- SmAIrgEebeb261江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 5 -6） rbb基極體電阻，一般為幾十歐姆；Cbc集電極電容，一般為幾皮法；Cbe發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流 IE，電流放大系

8、數(shù) 有關(guān)外，還與工作頻率 有關(guān)。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在 f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 條件下測得 3DG6C 的 y 參數(shù)為： mSrgieie21pFCie12mSrgoeoe2501 pFCoe4mSyfe40uSyre350如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動。因此，高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一般采用工程估算的方法。圖 1-2 中所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即 （1-7211/ NNP ）式中，N2為電感 L 線圈的總匝數(shù)。P2為輸出變壓器 T 的副邊與原邊的匝數(shù)比，即 （1-8232/ NNP ）式中，N3為副

9、邊（次級）的總匝數(shù)。gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，gL=1/RL。通常小信號調(diào)諧放大器的下一級仍為晶體管調(diào)諧放大器，則 gL將是下一級晶體管的輸入導(dǎo)納 gie2。由圖 1-2 可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)的表達(dá)式為g （1-9GjwLjwcgpgpGjwLjwcgpgpgLoeieoe11222122221）式中，G 為 LC 回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時 L 和 C 的并聯(lián)回路呈純阻，其阻值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則 jwC 與 1/（jwL）的影響可以忽略。2 2、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測量方法、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測量方法表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率，諧振電

10、壓放大倍數(shù)，放ofvoA江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 6 -大器的通頻帶 BW 及選擇性（通常用矩形系數(shù)來表示）等。1 . 0rK放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測量方法如下：（1）諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率稱為放大器的諧振頻率，對于圖 1-1 所示電of路（也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對應(yīng)電路） ，的表達(dá)式為of （1-10LCf210）式中，L 為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；為調(diào)諧回路的總電容，的表達(dá)式為CC （1-ieoeCPCPCC222111）式中， Coe 為晶體管的輸出電容；Cie 為晶體管的輸入電容。 諧振頻率的測量方法是：of用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出

11、電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器 T 的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)。of（2）電壓放大倍數(shù)放大器的諧振回路諧振時，所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。voA的表達(dá)式為voA （1-GgpgpyppgyppuuAieoefefeiV222121210012） 式中，為諧振回路諧振時的總電導(dǎo)。因?yàn)?LC 并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時的 L 和 C 的并聯(lián)電g抗為無限大，因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是本身也是一個復(fù)數(shù)，所以諧振時輸出fey電壓 u0與輸入電壓 ui相位差為（180o+ fe） 。AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖 1-1 中 R

12、L兩端的電壓 u0及輸入信號 ui的大小，則電壓放大倍數(shù) AV0由下式計(jì)算：江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 7 - 或 dB (1-13)iVUUA00ioVUUAlg200（3）通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù) AV下降到諧振電壓放大倍數(shù) AV0的 0.707 倍時所對應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶 BW，其表達(dá)式為 (1-14)LQffBW07 . 02式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶 BW的關(guān)系為voA (1-15)CyBWAfeV20上式說明，當(dāng)晶體

13、管選定即 yfe確定，且回路總電容 C為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶 BW 的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。通頻帶 BW 的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率及電壓放大倍數(shù)然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓 uSofvoA不變） ，并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的voA諧振曲線如圖 1-3 所示。由式（1-14）可得 (1-16)7 . 02 fffBWLH江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院

14、 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 8 -圖 1-3 諧振曲線 通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時又能提高放大器的電壓增益，由式（1-15）可知，除了選用 yfe較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量 C。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。（4）選擇性矩形系數(shù)調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù) Kv0.1 時來表示，如圖（1-3）所示的諧振曲線，矩形系數(shù) Kv0.1 為電壓放大倍數(shù)下降到 0.1 AV0時對應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到 0.707 AV0時對應(yīng)的頻率偏移之比，即 （1-17

15、BWfffKV1 . 07 . 01 . 02221 . 0）上式表明，矩形系數(shù) Kv0.1 越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù) Kv0.1 遠(yuǎn)大于 1） ，為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。3 3、實(shí)驗(yàn)參考電路、實(shí)驗(yàn)參考電路江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 9 -圖 1-4 單級調(diào)諧放大器（1）主要技術(shù)指標(biāo)：諧振頻率 fo=10.7MHz，諧振電壓放大倍數(shù) AV010-15 dB，通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù) Kr0.110。因

16、fT比工作頻率 fo大（510）倍，所以選用 3DG12C，選=50，工作電壓為 12V，查手冊得 rbb=70, CbC=3PF，當(dāng) IE=1.5mA 時 Cbe為 25PF，取L1.8H，變壓器初級 N2=23 匝，次級為 10 匝。P2=0.43, P1=0（2）確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖 1-4。（3）確定電路參數(shù)。a、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流 ICQ一般選取 0.82mA 為宜，現(xiàn)取=1.5mA，=2.25V，=9.75V。EIEQUCEQU則 則=1.5KKIUREEQE5 . 16AR取流過的電流為基極電流的 7 倍，則有：3AR 取

17、18 KKIUIUREBQBQBQA6 .17773則 KWARA40187 . 37 . 31212則取=5.1K WA1 選用 50K 的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。2ARb、計(jì)算諧振回路參數(shù) 由式（1-6）得 mSSmAIgEeb15.126江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 10 -由式（1-5）得 mSSmAIgEm5826由式（1-1）（1-4）得 4 個 y 參數(shù)SjSjwcgrjwcgyebebbbebebie331088.210373.11由于ieieiecjgy則有 =1.373ms ieg7281ieiegrpFwmSCie5 .2288. 2mSjmS

18、jwcjwcgrgcjwcyebebebbbmcbbboe37. 1216. 01因 則有oeoeoecjgy msgoe216. 0pFWmscoe2 .1037. 1c、計(jì)算回路總電容，由（1-10）得CpFLfC123108 . 1107 .1014. 3212162620由（1-11） 得ieoeCPCPCC2221pFCPCPCCieoe1192 .1005 .2243. 0120222221則有=119pF，取標(biāo)稱值 120pF 3ACd、確定耦合電容及高頻濾波電容高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電容=0.01F，旁路電容=0.1F，濾波電容=0.

19、1F2AC4AC5AC四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 采用集中授課形式江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 11 -五、實(shí)驗(yàn)儀器五、實(shí)驗(yàn)儀器1、BT-3（G）型頻率特性測試儀（選項(xiàng)） 一臺2、20MHz 模擬示波器 一臺3、數(shù)字萬用表 一塊4、調(diào)試工具 一套六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)中，用到 BT-3 和頻譜儀的地方選做。參考所附電路原理圖 G6。先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路。1、按照所附電路原理圖 G6，按下開關(guān) KA1，接通 12V 電源，此時 LEDA1 點(diǎn)亮。2、調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)：在不加輸入信號（即 ui=0） ，將測試點(diǎn) TTA1 接地，用萬用

20、表直流電壓檔（20V 檔）測量三極管 QA1 射極的電壓（即測 P6 與 G 兩焊點(diǎn)之間的電壓，見圖 02 所示） ，調(diào)整可調(diào)電阻 WA1，使 uEQ=2.25V（即使 IE=1.5mA） ，根據(jù)電路計(jì)算此時的 uBQ，uCEQ，uEQ及 IEQ值。3、調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在 10.7MHz方法是用 BT-3 頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信號輸入端 TTA1 及測試端 TTA2，通過調(diào)節(jié) y 軸，放大器的“增益”旋鈕和“輸出衰減”旋鈕于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率刻度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線” ，根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中

21、心頻率 f0=10.7MHz 所對應(yīng)的幅值最大。如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在 TTA1 處由高頻信號源提供頻率為 10.7MHz 的載波（參考高頻信號源的使用） ，大小為 Vp-p-=20100mV 的信號，用示波器探頭在 TTA2 處測試（在示波器上看到的是正弦波） ，調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下旋轉(zhuǎn)，波形幅度都減?。?。4、測量電壓增益 0vA在有 BT-3 頻率特性測試儀的情況下用頻率特性測試儀測測量方法如下：0vA在測量前，先要對測試儀的 y 軸放大器進(jìn)行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y 軸增益“旋鈕，使屏幕上

22、顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù) N1dB，然后接入被測放大器，在保持 y 軸增益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋鈕，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸出衰減”的值 N2dB，則電壓增益為dB12NNAVO若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果 AV01較小，可以通過調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來解決（即增大） 。EI在無 BT-3 頻率特性測試儀的情況下，可以由示波器直接測量。方法如下：用示波器測輸入信號的峰峰值，記為 Ui。測輸出信號的峰峰值記為 Uo。則小信號放大的電壓放大倍數(shù)為 Uo/Ui。5、測量通頻帶 BW江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線

23、性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 12 -用掃頻儀測量 BW：先調(diào)節(jié)“頻率偏移” （掃 頻寬度）旋鈕，使相鄰兩個頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母駭?shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和 y 軸增益，使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降 3dB 處兩對稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)就可以近似算出放大器的通頻帶寬度KHZBBW1007 . 06、測量放大器的選擇性放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù) Kr0.1表示用 5）中同樣的方法測出 B0.1即可得： 7 . 01 . 07 . 01 . 01 . 022ffBBKr由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要

24、求后的元件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。七、思考題七、思考題1引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？2如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，應(yīng)該怎樣消除？八、實(shí)驗(yàn)報告八、實(shí)驗(yàn)報告整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線并回答思考題。江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 13 -實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 二極管開關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)二極管開關(guān)混頻器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時： 2 學(xué)時實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求： 必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步掌握變頻原理及開關(guān)混頻原理。掌握環(huán)形開關(guān)混頻器組合頻率的測試方法。了解環(huán)形開關(guān)混頻器的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、

25、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察環(huán)形混頻器輸出和陶瓷濾波器輸出各點(diǎn)的波形。2、 測量輸出回路。3、 觀察混頻器的鏡像干擾。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1 1、環(huán)形開關(guān)混頻器的工作原理、環(huán)形開關(guān)混頻器的工作原理變頻器的原理方框圖如圖 21 所示。圖 21 變頻原理方框圖圖中 i 為信號電壓，L 為本地振蕩電壓。當(dāng)這兩個不同頻率的正弦電壓，同時作用到一個非線性元件上時，就會在它的輸出電流中，產(chǎn)生許多組合頻率分量，選用適當(dāng)?shù)臑V波器取出所需的頻率分量 o ，此時就完成了頻率變換，這就是變頻原理。根據(jù)所選用的非線性器件不同，可以組成不同的混頻器。如二極管混頻器、晶體管混頻器、場效應(yīng)管混頻器和差分對管混頻器等。這些混頻器各

26、有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到由二極管組成的平衡混頻器和環(huán)形混頻器較之晶體管混頻器具有：動態(tài)范圍大、噪聲?。槐镜卣袷師o輻射、組合頻率少等優(yōu)點(diǎn)，因而目前被廣泛采用。如果把本振電壓取得較大（約 0.61 伏） ，使二極管工作在導(dǎo)通、截止的開關(guān)狀態(tài)，則這種由二極管組成的混頻器性能會更好。二極管的開關(guān)作用可用以下單位開關(guān)函數(shù)式來描述：VVVVtS6.006.01)(00則二極管的電流可表示成：江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 14 -DDtsgig D 為二極管的導(dǎo)通電導(dǎo)，D 為加在二極管上的電壓。下面就以圖 22 所示的環(huán)形混頻器為例，分析它工作在開關(guān)狀態(tài)的

27、原理。圖 2-2 環(huán)形混頻原理圖把本圖與典型的環(huán)形混頻器電路相比，本振輸出與中頻輸出的位置互換了；D1 D4 是經(jīng)挑選具有相同參數(shù)的二極管,則認(rèn)為它們都有相同跨導(dǎo) g D ；兩個高頻變壓器線圈匝數(shù)均為 12，所以次級電壓為初級電壓的兩倍。由于本振電壓起著開關(guān)作用，在本振電壓的正半周，D2、D3導(dǎo)通；負(fù)半周，D1、D4 導(dǎo)通，其等效電路如圖 23 所示。 （a）正半周 （b）負(fù)半周圖 2-3 工作原理圖在本振電壓正半周的輸出電流為： Dsgtsiii0322負(fù)半周的輸出電流為：江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 15 - DSgtsiii*0142 所以，總的輸出電流為： （2

28、-tstsgtstsgiiiDoD*22 1）式中的 S*（t）也是受本振電壓控制的單位開關(guān)函數(shù)，只是 S*（t）的時間比 S（t）落后 T0/2（相位落后 ） 。它們的變化周期就是本振電壓 L的周期，如圖 24 所示。圖 2-4 與的關(guān)系)(tS)(*tS設(shè) s = Vsmsinst L = VLmsinLt (2-2) 則和 可用付里葉級數(shù)展開為：)(tS)(*tS (2-3)ttttsLLL5sin523sin32sin221江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 16 - （2-tttttttsLLLLLL5sin523sin32sin2212155sin5233sin3

29、2sin221*4）由（2-3） 、 （2-4）式可得： （2-1*tsts5） （2-為奇整數(shù)ntnttttstsLnLLLsin45sin543sin34sin41*6）將（2-5） 、 （2-6）式代入（2-1）式得： (2-7)tVgttVgttVgttVgntVgtntVgioomDSLSLsmDSLSLsmDSLSLsmDoomDLnssmDsin2coscos543cos3cos34coscos4sin2sin4sin21為奇整數(shù)從（2-7）式可以看出：環(huán)形開關(guān)混頻器工作在開關(guān)狀態(tài)時，輸出電流中的組合頻率只有本振電壓的奇次諧波與信號電壓頻率的基波的組合，用一通式表示組合頻率為其中

30、 p=0、1、2、。LP12即使環(huán)形混頻器不工作在開關(guān)狀態(tài)時，它的輸出電流也只含有本振電壓的奇次諧波與信號電壓的奇次諧波的組合，也可用通式來表示，其中 p=1、2、3、。較之其他的混頻器，組合頻sLqP1212率干擾少是其突出的優(yōu)點(diǎn)之一。從（2-7）式，我們還可以找出中頻電流分量為： (2-8)tgVtVgiiDimsLsmDisin2cos4式中第二項(xiàng)是負(fù)載電壓反作用所引起的中頻電流。同理，我們還可以從圖 23 中分析知道，總的輸入信號電流為：江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 17 - tstsggiiiiDDsrrr*022 從而可以得出信號電流成分為： (2-9)tV

31、gtgVioLimDsDsmScos4sin2把（2-8） 、 （2-9）兩式中的電流電壓寫成復(fù)數(shù)形式，得： 0002442vgvgivgvgiDsDDsDs與它對應(yīng)的等效電路如圖（25）所示：圖 2-5 等效電路圖圖中： Dgg221Dgg42網(wǎng)絡(luò)特性阻抗 412221210Dggggg根據(jù)等效電路，不難求得此混頻器的增益：LsmomVggggVVK2120當(dāng)環(huán)形混頻器的負(fù)載開路時，即 RL，gL0 這時64.0212gggKVC由此可見,環(huán)形混頻器沒有變頻增益，只有衰減，最大的 KVC0.64，這也是它的缺點(diǎn)。在全匹配條件下，即 gL=gc，gs=gc，功率增益最大為：江蘇科技大學(xué)電子信息

32、學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 18 -1 . 0)32. 0(222122CVCPCggggKKdBdBKPC10)(2 2、實(shí)驗(yàn)電路原理圖、實(shí)驗(yàn)電路原理圖如附圖 G7，圖中 MIX41 為集成環(huán)形開關(guān)混頻器，型號為 HSPL1。其內(nèi)部電原理如圖2-6。圖 2-6 集成環(huán)形開關(guān)混頻器內(nèi)部電路原理圖封裝外引腳功能如下：其中，1 腳為射頻信號輸入端，8 腳為本振信號輸入端，3 腳、4 腳為中頻信號輸出端，2、5、6、7 接地。本混頻器的本振輸入信號在+3dBm +13 dBm 之間，用高頻信號源輸入本振信號，頻率選為 10.7MHz，而射頻信號是由正弦振蕩部分產(chǎn)生的 10.245 MHz 的信

33、號。輸出取差頻10.7-10.245=455KHz 信號，經(jīng)過 455KHz 的陶瓷濾波器 FL41 進(jìn)行濾波，選取中頻信號，因信號較弱，經(jīng) Q41 進(jìn)行放大。此放大電路的靜態(tài)工作電流為 ICQ=7mA(VE=3.36V)。選 R414=RE=470,取 RC=R412=560。R411=3.6K。R410=5.1K。W41=5.1K。其中R41，R42，R43；R45，R44，R46；R48，R47，R49組成隔離電路。因?yàn)轭l率較高，信號較強(qiáng)，且信號引入較長，存在一定感應(yīng)，在輸出可能存在一定強(qiáng)度的本振信號和射頻信號。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式1 3 5 7 2

34、4 6 8江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 19 -五、實(shí)驗(yàn)儀器五、實(shí)驗(yàn)儀器1、頻譜分析儀（選項(xiàng)） 一臺2、20MHz 雙蹤模擬示波器 一臺3、萬用表 一塊4、調(diào)試工具 一套六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟因混頻器是一非線性器件，輸出的組合頻率較多，為了能更好地觀察輸出信號，建議使用頻譜分析儀來對混頻器輸出端的信號進(jìn)行測試。1、 熟悉頻譜分析儀的使用。2、 調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)：按下開關(guān) K41，調(diào)節(jié)電位器 W41 使三極管 Q41 的 UEQ=3.36V（即測 P1 與 G 兩焊點(diǎn)之間的電壓，見圖 02 所示） 。3、 參照附圖 G7，接通射頻信號（從 IN42 輸入） ，射頻信號選用

35、 10.245MHz，此信號由正弦振蕩部分產(chǎn)生（產(chǎn)生的具體方法是：參見正弦振蕩部分的原理圖 G5，連接 J54、J53；其余插鍵斷開，也就是說，由 10.245MHz 晶體產(chǎn)生該信號，信號從 TT51 輸出） 。 4、 輸入本振信號：從 IN41 注入本振信號, 本振信號由信號源部分提供，頻率為10.7MHz 的載波信號（產(chǎn)生的方法參考高頻信號源的使用） ，大小為：用示波器觀測，Vp-p不小于 300mV。5、 驗(yàn)證環(huán)形開關(guān)混頻器輸出組合頻率的一般通式（選做） 。用頻譜儀在 TT41 處觀察混頻器的輸出信號，驗(yàn)證環(huán)形開關(guān)混頻器輸出組合頻率的一般通式為 （p=0、1、2）sffP112同時用示波

36、器在 TT41 處觀察波形。6、測量輸出回路：用頻譜儀在 TT43 處（測量點(diǎn)參看總體測量分布圖 0-1）觀察步驟 5所測到的頻率分量，計(jì)算選頻回路對除中頻 455KHz 之外的信號的抑制程度，同時用示波器在 TT42 處觀察輸出波形，比較 TT41 與 TT42 處波形形狀。 （輸出的中頻信號為信號源即IN41 處信號和射頻信號 IN42 處信號的差值，結(jié)果可能不是準(zhǔn)確的 455KHz，而在其附近） 。7、觀察混頻器的鏡像干擾IN41 處信號不變。由正弦振蕩單元的 LC 振蕩部分產(chǎn)生 11.155MHz 的信號（產(chǎn)生的具體方法參見正弦振蕩部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容） ，作為 IN42 處的輸入信號。觀察

37、TT42 處的信號是否也為455KHz。此即為鏡像干擾現(xiàn)象。七、思考題七、思考題1、說明鏡像干擾引起的后果，如何減小鏡像干擾？江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 20 -八、實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容八、實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容1、整理本實(shí)驗(yàn)步驟 5、6 中所測得的各頻率分量的大小，并計(jì)算選頻電路對中頻以外的分量的抑制度。2、繪制步驟 5、6 中分別從 TT41、TT42 處用示波器測出的波形。江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 21 -實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)學(xué)時： 2 學(xué)時實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求： 必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、 進(jìn)一步理解諧振功

38、率放大器的工作原理及負(fù)載阻抗和激勵信號電壓變化對其工作狀態(tài)的影響。2、 掌握諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負(fù)載特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 調(diào)試諧振功放電路特性，觀察各點(diǎn)輸出波形。2、 改變輸入信號大小，觀察諧振功率放大器的放大特性。3、 改變負(fù)載電阻值，觀察諧振功率放大器的負(fù)載特性。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1 1、電路的基本原理、電路的基本原理利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電發(fā)射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角 的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角 愈小，放大器的效率 愈高。如甲類功放的 =180，效率 最高也只能達(dá)

39、到 50%，而丙類功放的 90，效率 可達(dá)到 80%，甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。圖 3-1 高頻功率放大器圖 3-1 為由兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中晶體管 Q1組成甲類功率放大器，晶體管 Q2組成丙類諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應(yīng)用十分廣泛，下面介紹它們的工作原理及基本關(guān)系式。1 1、甲類功率放大器、甲類功率放大器江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 22 - (1）靜態(tài)工作點(diǎn) 如圖 3-1 所示，晶體管 Q1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中 R

40、B1、RB2為基極偏置電阻；RE1為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RF1為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定： 111ECQEFEQEQRIRRIU（3-1） 式中，RF1一般為幾歐至幾十歐。 BQCQII（3-2） （3-3VUUEQBQ7 . 0） （3-4)(11EFCQCCCBQRRIUU） (2）負(fù)載特性 如圖 3-1 所示，甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定,兩級間通過變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率 P0可表示為： （3-BHPP05） 式中，PH為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率，B為變壓器的傳輸效率，一般

41、為B=0.750.85。 江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 23 -圖 3-2 甲類功放的負(fù)載特性 圖 3-2 為甲類功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點(diǎn) Q 應(yīng)選在交流負(fù)載線 AB 的中點(diǎn)，此時集電極的負(fù)載電阻 RH稱為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率 PC的表達(dá)式為： (3-6)HCmCmCmCRuIuP22121式中，ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，Icm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式分別為 ucm = ucc - ICQRE1 - uCES （3-7）式中，uCES稱為飽和壓降，約 1V IcmICQ （3-8）如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為 N1，次級

42、線圈匝數(shù)為 N2，則 (3-9)21HHBRRNN式中，RH為變壓器次級接入的負(fù)載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗。（3）功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定的功率增益，對于圖 3.1 所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前級輸入的信號，進(jìn)行功率放大，功率增益 Ap的表達(dá)式為 （3-ioPPPA 10）其中，Pi為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓 uim及輸入電阻 Ri的關(guān)系為 (3-11)iiimPRu2 式中，Ri 又可以表示為 (3-12)11FfeieiRhhR式中，hie為共發(fā)接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時，可認(rèn)為它近似等于晶體管的

43、基極體電阻 rbb 。hfe為晶體管共發(fā)接法電流放大系數(shù)，在高頻情況下它是復(fù)數(shù)，為方便起見可取晶體管直流放大系數(shù) 。2 2、丙類功率放大器、丙類功率放大器 （1）基本關(guān)系式如圖 3-1 所示，丙類功率放大器的基極偏置電壓 uBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在射極電阻 RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時，則集電極的輸出電流 ic為余弦脈沖波。利用諧振回路 L2C3的選頻作用/iu江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 24 -可輸出基波諧振電壓 uc1,電流 ic1。圖 3-3 畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓

44、波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式： (3-13)oclmclmRIu 式中, 為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；clmu為集電極基波電流振幅；Ro 為集電極回路的諧振阻抗。mcI1 (3-14)02102111212121RuRIIuPmCmCmCmCC圖 3-3 丙類功放的基極、集電極電流和電壓波形江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 25 -a1式中，PC 為集電極輸出功率 (3-15)coccDIuP 式中，PD 為電源供給的直流功率；ccu ICO 為集電極電流脈沖 ic 的直流分量。電流脈沖 ic經(jīng)傅立葉級數(shù)分解，可得峰值 Icm與分解系數(shù)的關(guān)系式)(na (3

45、-16) )()(001aIIaIIcmccmcm分解系數(shù)與 的關(guān)系 na如圖 3-4 所示。 放大器集電極的耗散功率 PC為PC=PD - PC （3-17） 放大器的效率 為 (3-18) 01011011212121aaaaUUIIUUPPCCmccmcCCmcDD式中：稱為電壓利用系數(shù)。ccmcUU/1江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 26 -圖 3-5 輸入電壓與集電極電流波形beuci 圖 3-5 為功放管特性曲線折線化后的輸入電壓 ube與集電極電流脈沖 ic的波形關(guān)系。由圖可得： （3-19bmBjuuu cos）式中：uj為晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約為 0.6

46、V，鍺管約為 0.3V） ubm為輸入電壓（或激勵電壓）的振幅。 uB為基極直流偏壓。 （3-202ECOBRIU）當(dāng)輸入電壓 ube大于導(dǎo)通電壓 uj時，晶體管導(dǎo)通，工作在放大狀態(tài)，則基極電流脈沖Ibm與集電極電流脈沖 Icm成線性關(guān)系，即滿足 （3-21bmbmfecmIIhI）因此基極電流脈沖的基波幅度 Ib1m及直流分量 Ibo也可以表示為 （3-22)()(0011aIIaIIbmbbmmb）基極基波輸入功率 Pi為江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 27 -圖 3-6 變壓器耦合電路 (3-23)mbmbiIuP1121放大器的功率增益 Ap 為 (3-24)dB

47、PPAPPAipip00lg10或丙類功率放大器的輸出回路采用了變壓器耦合方式，其等效電路如圖 3-6所示，集電極諧振回路為部分接入，諧振頻率為 (3-25)LCfLCw21100或諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為 (3-26)LLLmcLQRLwNNRRuRPNN032010132式中，N1 為集電極接入初級匝數(shù)。 N2 為初級線圈總匝數(shù)。 N3 為次級線圈總匝數(shù)。QL為初級回路有載品質(zhì)因數(shù)，一般取 210。兩類功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級輸出阻抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗為iZ江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 28 - (3-27

48、) )()cos1 (1arZbbi式中，為晶體管基極體電阻25。bbrbbr(2）負(fù)載特性當(dāng)功率放大器的電源電壓+ucc，基極偏壓 ub，輸入電壓 C 或稱激勵電壓 usm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻 Rq。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖 3-7 所示，由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) A 時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降 uCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。圖 3-7 諧振功放的負(fù)載特性此時，集電極輸出的功率 Pc和效率 都較高，此時放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對應(yīng)的值稱為最佳負(fù)載電阻值，用 R0表示，

49、即 (3-28)0202)(PuuRCESCC當(dāng) Rq R0時，放大器處于過壓狀態(tài)，如 B 點(diǎn)所示，集電極電壓雖然較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是： （CEScmccUUU3-29）式中，ucm集電極輸出電壓幅度。uCES晶體管飽和壓降。3 3、主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法、主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法(1)輸出功率高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負(fù)載 RL上得到的最大不失真功率。對于圖 3-1江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 29 -所示的電路中，由

50、于負(fù)載 RL與丙類功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合方式，實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗 RO上的功率等于負(fù)載 RL上的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻放大器的輸出功率，即02102111212121RuRIIuPmCmCmCmCC測量功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)的連接電路如圖 3-8 所示，其中高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與諧振頻率，示波器監(jiān)測波形失真，直流毫安表 mA 測量集電極的直流電流，高頻電壓表 V 測量負(fù)載 RL的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時才能進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測量?？梢酝ㄟ^高頻電壓表 V 及直流毫安表 mA 的指針來判斷集電極回路是否諧振，即電壓表 V

51、的指示為最大，毫安表 mA 的指示為最小時集電極回路處于諧振。當(dāng)然用掃頻儀測量回路的幅頻特性曲線，使中心頻率處的幅值最大也可以。圖 3-8 高頻功放的測試電路放大的輸出功率可以由下式計(jì)算： (3-30) LLRuP20式中，uL為高頻電壓表 V 的測量值。(2)效率高頻功率放大器的總效率由晶體管集電極的效率和輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率決定。而輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率通常是由電感、電容在高頻工作時產(chǎn)生一定損耗而引起的。放大器的能量轉(zhuǎn)換效率主要由集電極的效率所決定。所以常將集電極的效率視為高頻功率放大器的效率，用 表示，即 (3-31) DCPP利用圖 3-8 所示電路，可以通過測量來計(jì)算功率放大器的效率，集電

52、極回路諧振時， 的值由下式計(jì)算：江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 30 - (3-32)CCCLLDCuIRuPP02/式中，uL為高頻電壓表的測量值；ICO為直流毫安表的測量值。(3)功率增益放大器的輸出功率 Po與輸入功率 Pi之比稱為功率增益，用 Ap（單位：dB）表示，見式（3-10）。4 4、電路的確定、電路的確定(1)本實(shí)驗(yàn)由兩級組成：激勵級由甲類功放組成，功放級由丙類功放組成，電源供電為12V，功放管使用 3DG12C。本實(shí)驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率 P0 125mw，工作中心頻率 f0 = 10.7MHz，負(fù)載RL=50。(2)確定電路和參數(shù)激勵級 QE1 采

53、用甲類放大，因此基極偏壓采用固定偏壓形式，靜態(tài)工作點(diǎn) ICQ=7mA。直流負(fù)反饋電阻為 300，交直流負(fù)反饋電阻為 10，集電極輸出由變壓器耦合輸出到下一級。諧振電容取 120P，根據(jù)前面的理論推導(dǎo)，變壓器 TE1 的參數(shù)為N初級N次級=2.56， 初級取 18 匝，次級取 7 匝。功放級 QE2 采用丙類放大。導(dǎo)通角為 70，基極偏壓采用發(fā)射極電流的直流分量 IEO在發(fā)射極偏置電阻 Re 上產(chǎn)生所需要的 VBB，其中直流反饋電阻為 30，交直流反饋電阻為10，集電極諧振回路電容為 120P，負(fù)載為 50，輸出由變壓器耦合輸出，采用中間抽頭，以利于阻抗匹配。它們的匝數(shù)分別為N3=6 匝 N1=

54、9 匝 N2=23 匝最終電路如附圖 G1 所示。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課方式五、實(shí)驗(yàn)儀器五、實(shí)驗(yàn)儀器1、BT-3 頻率特性測試儀（選項(xiàng)） 一臺2、高頻電壓表（選項(xiàng)） 一臺3、20MHz 雙蹤模擬示波器 一臺4、萬用表 一塊5、調(diào)試工具 一套江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 31 -六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟參看附圖 G11、按下開關(guān) KE1，調(diào)節(jié) WE1，使 QE1 的發(fā)射極電壓 VE=2.2V （即使 ICQ=7mA，通過測量P5 與 G 兩焊點(diǎn)之間的電壓，見圖 02 所示） 。2、連接 JE2、JE3、JE4、JE5。3、使用 BT3 型頻率

55、特性測試儀，調(diào)整 TE1、TE2，使得 TE1 初級與 CE7，TE2 初級與CE4 諧振均在 10.7MHz，同時測試整個功放單元的幅頻特性曲線，使峰值在 10.7MHz 處（如果沒有 BT-3 型頻率特性測試儀，則這一步不作要求） 。4、從 INE1 處輸入 10.7MHz 的載波信號（此信號由高頻信號源提供，參考高頻信號源的使用） ，信號大小為 VP-P=250mV 左右。用示波器探頭在 TTE1 處觀察輸出波形，調(diào)節(jié)TE1、TE2，使輸出波形不失真且最大。5、從 INE1 處輸入 10.7MHz 載波信號，信號大小從 VP-P=0mV 開始增加,用示波器探頭在TTE2 上觀察電流波形，

56、直至觀察到有下凹的電流波形為止（此時如果下凹的電流波形左右不對稱，則微調(diào) TE1 即可） 。如果再繼續(xù)增加輸入信號的大小，則可以觀測到下凹的電流波形的下凹深度增加。 （20Mhz 示波器探頭，如果用1 檔看下凹不明顯，則用10 檔看。 ）6、觀察放大器的三種工作狀態(tài)輸入信號為 Vp-p=250mV 左右 （由高頻信號源提供的載波） 。調(diào)中周10.7MHzTE1、TE2（此時負(fù)載應(yīng)為，JE3、JE4、JE5 均連上） ，使電路諧振在上（此時5110.7MHz從 TTE1 處用示波器觀察，波形應(yīng)不失真，且最大） 。微調(diào)輸入信號大小，在 TTE2 處觀察，使放大器處于臨界工作狀態(tài)。改變負(fù)載（組合 J

57、E3、JE4、JE5 的連接）使負(fù)載電阻依次變?yōu)?。用示波器?TTE2 處能觀察到不同負(fù)載時的電流5175168240560 波形（由臨界至過壓） 。在改變負(fù)載時，應(yīng)保證輸入信號大小不變（即在最小負(fù)載時處51于臨界狀態(tài)） 。同時在不同負(fù)載下，電路應(yīng)處于最佳諧振（即在 TTE1 處觀察到的波形應(yīng)最大且不失真。20Mhz 示波器探頭，如果用1 檔看下凹不明顯，則用10 檔看。 ）7、改變激勵電壓的幅度，觀察對放大器工作狀態(tài)的影響。使 RL =50（連 JE5、JE4、JE3） ，用示波器觀察 QE2 發(fā)射極上的電流波形（測試點(diǎn)為TTE2） ，改變輸入信號大小，觀察放大器三種狀態(tài)的電流波形。七、思考

58、題七、思考題1、計(jì)算當(dāng) RL=51 和 560 時，放大器的輸出功率和效率。八、實(shí)驗(yàn)報告八、實(shí)驗(yàn)報告1、畫出放大器三種工作狀態(tài)的電流波形。2、繪出負(fù)載特性曲線。江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 32 -實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 正弦振蕩實(shí)驗(yàn)正弦振蕩實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時： 2 學(xué)時實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求： 必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握晶體管（振蕩管）工作狀態(tài)、反饋大小對振蕩幅度與波形的影響。2、掌握改進(jìn)型電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測量方法。3、研究外界條件變化對振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。4、比較 LC 振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度高的原因理解。

59、二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 調(diào)試 LC 振蕩電路特性，觀察各點(diǎn)波形并測量其頻率。2、 觀察振蕩狀態(tài)與晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系。3、 觀察反饋系數(shù)對振蕩器性能的影響。4、 比較 LC 振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度。5、 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理正弦波振蕩器是指振蕩波形接近理想正弦波的振蕩器，這是應(yīng)用非常廣泛的一類電路，產(chǎn)生正弦信號的振蕩電路形式很多，但歸納起來，不外是 RC、LC 和晶體振蕩器三種形式。在本實(shí)驗(yàn)中，我們研究的主要是 LC 三端式振蕩器及晶體振蕩器。LC 三端式振蕩器的基本電路如圖（4-1）所示：根據(jù)相位平衡條件，圖中構(gòu)成振蕩電路的三個電抗中間，X1、X

60、2必須為同性質(zhì)的電抗，X3必須為異性質(zhì)的電抗，且它們之間應(yīng)滿足下列關(guān)系式：X3 = （X1+X2） （4-1） 這就是 LC 三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則。若 X1和 X2均為容抗，X3為感抗，則為電容三端式振蕩電路；若 X1和 X2均為感抗，X3為容抗，則為電感三端式振蕩器。下面以電容三端式振蕩器為例分析其原理。圖 4-1 三端式振蕩器的交流 等效電路江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 非線性電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書- 33 -1 1、電容三端式振蕩器、電容三端式振蕩器共基電容三端式振蕩器的基本電路如圖 4-2 所示。圖中 C3 為耦合電容。由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件 C1