高頻電子線路第一次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、高頻電子線路第一次實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：董偉學(xué)號(hào)：20100820203專業(yè)班級(jí)：通信工程二班實(shí)驗(yàn)日期：5月21日小組成員：雷鶴實(shí)驗(yàn)一 正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握晶體管(振蕩管)工作狀態(tài)，反饋大小，負(fù)載變化對(duì)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(cè)量方法。3研究外界條件變化對(duì)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(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的理解。5學(xué)習(xí)使用示波器和頻率計(jì)測(cè)量高頻振蕩器振蕩頻率的方法。二實(shí)驗(yàn)原理與線路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(hào)的振蕩電路形式很多，但歸納起來，

2、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1-1所示：下面以電容三端式振蕩器為例分析其原理。1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1-2所示。圖中C3為耦合電容。由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個(gè)電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極連接的為兩個(gè)異性質(zhì)的電抗元件C2和L，根據(jù)前面所述的判別準(zhǔn)則，該電路滿足相位條件。若要它產(chǎn)生正弦波，還須滿足振幅，起振條件，即：Ao·F>1 (1-2)式中Ao為電路剛起振時(shí)，振蕩管工作狀態(tài)為小信號(hào)時(shí)的電壓增益；F是反饋系數(shù)，只要求出Ao和F值，便可知

3、道電路有關(guān)參數(shù)與它的關(guān)系。為此，我們畫出圖1-2的簡(jiǎn)化，y參數(shù)等效電路如圖1-3所示，其中設(shè)yrb0 yob0，圖中Go為振蕩回路的損耗電導(dǎo)，GL為負(fù)載電導(dǎo)。圖1-3 簡(jiǎn)化Y參數(shù)等效電路2振蕩管工作狀態(tài)對(duì)振蕩器性能的影響對(duì)于一個(gè)振蕩器，當(dāng)其負(fù)載阻抗及反饋系數(shù)F已經(jīng)確定的情況，靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)振蕩器的起振以及穩(wěn)定平衡狀態(tài)(振幅大小，波形好壞)有著直接的影響，如圖1-4中(a)和(b)所示。 (a)工作點(diǎn)偏高 (b)工作點(diǎn)偏低圖1-4 振蕩管工作態(tài)對(duì)性能的影響圖1-4(a)工作點(diǎn)偏高，振蕩管工作范圍易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗的降低將會(huì)使振蕩波形嚴(yán)重失真，嚴(yán)重時(shí)，甚至使振蕩器停振。圖1-4(b)中工作

4、點(diǎn)偏低，避免了晶體管工作范圍進(jìn)入飽和區(qū)，對(duì)于小功率振蕩器，一般都取在靠近截止區(qū)，但是不能取得太低，否則不易起振。3振蕩器的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項(xiàng)十分重要技術(shù)指標(biāo)，這表示在一定的時(shí)間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度，振蕩頻率的相對(duì)變化量越小，則表明振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。改善振蕩頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減小振蕩頻率受溫度、負(fù)載、電源等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果按照實(shí)驗(yàn)原理圖(連

5、接J103、J105斷開J101、J102、J104、J106、J107、JA1)組成正弦波振蕩電路。1 接通電源，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)W102使VR105=2V。2 連接好J103、J105，調(diào)節(jié)可調(diào)電容C105，通過示波器和頻率計(jì)在TA101處觀察振蕩波形，并使振蕩頻率為10.7MHZ(在本實(shí)驗(yàn)中可調(diào)范圍在10Mhz12Mhz)。結(jié)果：頻率在1067910712KHZ左右，如圖：TA101處示波器振蕩波形振蕩頻率在10.7KHZ附近斷開J103，接通J104，微調(diào)C109，使振蕩頻率為10.245MHZ。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)器材中的C109無法微調(diào)，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)部分誤差4觀察振蕩狀態(tài)與晶體管工作狀態(tài)的

6、關(guān)系。斷開J104，連好J103，用示波器在TA101觀察振蕩波形，調(diào)節(jié)W102，觀察TA101處波形，觀察何時(shí)波形隨W102調(diào)節(jié)而增大，何時(shí)波形開始失真，何時(shí)停振，并測(cè)量當(dāng)時(shí)發(fā)射極電壓計(jì)算當(dāng)時(shí)的IE。結(jié)果：a)波形失真前，即VR105<3.8V時(shí)，波形隨W102增大而增大；b)VR105=3.8V時(shí)，波形開始失真。c)VR105=4.8V時(shí)，徹底停振，波形如下圖：失真波形停振波形用萬用表測(cè)得：R105=750。由此，計(jì)算可得波形失真時(shí)IE=5.06mA，停振時(shí)IE=6.4mA6 比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度。結(jié)論：用過上述實(shí)驗(yàn)比較LC振蕩器和晶體振蕩器的對(duì)于外界的干擾的反應(yīng)，晶

7、體振蕩器比LC振蕩器穩(wěn)定。7、比較LC振蕩器與晶體振蕩器的優(yōu)缺點(diǎn)。答：LC震蕩可用的頻率范圍寬，電路簡(jiǎn)單靈活，成本低，容易做到正弦波輸出和可調(diào)頻率輸出。但它的頻率穩(wěn)定度低，溫漂時(shí)漂都比較大。晶體穩(wěn)頻振蕩器的頻率單一不可調(diào)，輸出頻率精度高，溫漂時(shí)漂都很小，一般射頻通訊或遙控載頻振蕩器、智能系統(tǒng)時(shí)基等等都采用晶體振蕩器。實(shí)驗(yàn)三 高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解高頻調(diào)諧功率放大器的工作原理及其負(fù)載阻抗，輸入激勵(lì)電壓等對(duì)高頻諧振功率放大器工作狀態(tài)的影響；2、掌握高頻功率調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法；3、掌握高頻功率調(diào)諧放大器的調(diào)諧、調(diào)整和主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量方法；4、熟悉高頻儀器儀表的使用方法。2、

8、 實(shí)驗(yàn)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)到50%，而丙類功放的< 90º，效率可達(dá)到80%，甲類功率放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。 甲類功率放大器 丙類功率放大器 圖3-1 高頻功率放大器圖3-1為由兩級(jí)功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中QA1組成甲類功率放大器，晶體管QA2組成丙

9、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甲類功率放大器 1)靜態(tài)工作點(diǎn) 如圖3-1所示，晶體管QA1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中RB1、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： uEQ=IEQ(RF1+RE1)ICQRE1 (3-1) 式中，RF1一般為幾歐至幾十歐。 ICQ=IBQ (3-2) uBQ=uEQ+0.7V (3-3) uCEQ=Ucc - ICQ(RF1+RE1) (3-4) 2)負(fù)載特性 如

10、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(jí)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： P0 = PH/B (3-5) 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，一般為B=0.750.85。 2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)放大的輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，則集電極的輸出電流ic為脈沖波。利用諧振回路L2C2的選頻作用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

11、集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式：uc1m=Ic1mRo (3-13)式中， uc1m為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；uc1m為集電極基波電流振幅；Ro為集電極回路的諧振阻抗。 (3-14)式中，PC為集電極輸出功率 PD=uccICO (3-15)式中，PD為電源ucc供給的直流功率； ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。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(lì)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

12、靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)，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(shí)，集電極輸出的功率Pc和效率都較高，此時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對(duì)應(yīng)的值稱為最佳負(fù)載電阻值，用R0表示，即 (3-28)當(dāng)Rq< R0放大器處于欠壓工作狀態(tài)，如C點(diǎn)所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)Rq > R0時(shí)，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

13、否為臨界工作狀態(tài)的條件是： ucc - ucm = uCES (3-29)式中，ucm集電極輸出電壓幅度。uCES晶體管飽和壓降。3、 實(shí)驗(yàn)電路本實(shí)驗(yàn)由兩級(jí)組成：激勵(lì)級(jí)由甲類功放組成，功放級(jí)由丙類功放組成，電源供電為12V，甲類功放使用3DG12C，丙類功放用C1514。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。4、 實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)1、調(diào)節(jié)WA1，使QA1的靜態(tài)工作點(diǎn)為ICQ=7mA(VE=2.2V)。2、連接JA1，JA2，JA3，從TA101處輸入10.7Mhz的載波信號(hào)(此信號(hào)由正弦波振蕩器或高頻信號(hào)發(fā)生器提供)，信號(hào)大小為：從示

14、波器上看VP-P=800mV，用示波器探頭在TA103處觀察輸出波形，調(diào)節(jié)CA2、CA4，使輸出波形不失真且最大。3、斷開JA1，測(cè)量QA1和QA2的靜態(tài)工作點(diǎn)結(jié)果： QA1：VB=2.2V，VE=1.6V，VC=12V QA2：VB=0V，VE=0V，VC=12V4、 連接JA1，測(cè)量QA1和QA2的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)結(jié)果： QA1：VB=2.2V，VE=1.6V，VC=12V QA2：VB=0V，VE=0.8V，VC=12V發(fā)現(xiàn)，QA2在動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，VBE為負(fù)值5、 用示波器觀察波形，記錄如下：QA1基極波形，刻度：2us 0.2VQA1輸出波形，刻度：2us 1VQA2基極波形，刻度：2us 1VQA2發(fā)射極波形，刻度：2us 0.5VQA2發(fā)射極波形（直流分量），刻度：2us 0.5V可看到，直流分量的波形全在基準(zhǔn)線之上QA2集電極波形，刻度：2us 0.5VQA2輸出波形，刻度：2us 1V6、 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明達(dá)不到真正丙類狀態(tài)的原因；這一個(gè)實(shí)驗(yàn)沒有做7、說明丙類放大器在輸入信號(hào)不能完全通過的情況下，輸出信號(hào)不失真的原理。答：丙類高頻功率放大器輸出管工作區(qū)域小于180度，但還是屬于線性放大范疇，但它