電子線路實驗指導書2014

1、實驗一 低頻功率放大器一、 實驗目的1. 進一步了解低頻功率放大電路的原理，熟悉工程估算方法。2. 了解電源電壓VCC與集電極負載對功率放大器功率和效率的影響。3. 掌握輸出功率、效率、通頻帶和非線性失真系數(shù)的測量方法。4. 熟悉常用電子元器件，學習面包板的使用，掌握面包板基本布線方法二、 實驗原理低頻功率放大器具有頻率響應好、非線性失真小和適宜集成化等優(yōu)點，獲得了廣泛的應用。本實驗無輸入輸出變壓器的互補對稱推挽電路，要求對稱的PNP和NPN型三極管參數(shù)盡可能的一致。為了滿足末級激勵的要求，必須提高末級電壓輸出的幅度。為此，將電阻的一端接到輸出端上，利用自舉作用使通過的交流電流減小，從而提高管

2、的等效交流負載電阻。圖1-1 低頻功率放大器本試驗要求完成的技術指標如下：輸出功率 輸入電壓 （峰值）非線性失真系數(shù) 三分貝上限頻率 三分貝下限頻率 電源電壓 Vcc=12V三、 實驗儀器（1） 雙蹤示波器（2） 信號發(fā)生器（3） 晶體管毫伏表（4） 失真度測量儀（5） 晶體管直流穩(wěn)壓電源（6） 萬用表四、 實驗內容1 連接線路根據(jù)自行設計的電路圖或給定的電路圖，通過估算確定元件的參數(shù)，在面包板上搭接電路。經(jīng)檢查無誤后，接通電源進行下列調整和測試。2 調整靜態(tài)工作點(1) 調節(jié)電位器RW1使得點的直流電位約為Vcc/2。(2) 測量各級的靜態(tài)工作電壓。3 測量放大器的性能指標（1） 最大不失真

3、輸出功率將負載電阻RL改為16在輸入端加入頻率為1KHz的信號電壓UI，輸出端接上示波器監(jiān)視輸出電壓波形。逐漸增大UI值當輸出電壓波形幅度最大而又無明顯失真時，通過示波器測量RL上的輸出電壓，設為（峰值），則放大器最大不失真輸出功率為（2） 電壓增益輸入信號頻率仍為1KHz，調節(jié)信號電壓Ui，使輸出功率為300mW，測量這時各級輸入，輸出電壓值，計算各單級和總的電壓增益。（3） 總效率在電源端串接電流表，調節(jié)Ui，使輸出功率PL=300mW時，讀出總電流Ic0值，計算電源供給的直流功率PD=VccIc0，則總效率為UiIC0UcmPDPOVcc=12VRL=16RL=24Vcc=9VRL=16

4、RL=24（4） 頻率特性用逐點法測量放大器的幅頻特性曲線，進行本實驗時，必須保證頻率為1KHz時放大器的輸出功率為300mW。f100Hz200Hz400Hz700Hz1KHz2KHz4KHz6KHz8KHzUcm（5） *非線性失真系數(shù)在f=1KHz，PL=300mW時，用非線性失真度測量儀測量輸出電壓的非線性失真系數(shù)。將負載電阻改為24，再分別測量最大不失真輸出電壓。4 觀察各種實驗現(xiàn)象（1） 電源電壓改變時輸出功率和總效率的改變情況保持RL一定（例如16），改變電源電壓使其分別為9V、12V，測量放大器的最大不失真輸出功率和總效率。（2） 負載改變時輸出功率和總效率的改變情況保持保持電

5、源電壓一定（例如12V），改變RL使其分別為16、24，測量放大器的最大不失真輸出功率和總效率。（3） 閉合開關K2，觀察交越失真情況并畫出失真波形。五、 預習要求（1） 復習低頻功率放大器的工作原理和分析方法。（2） 完成實驗電路的工程估算，列出元件清單。（3） 熟悉實驗電路原理圖，擬好數(shù)據(jù)記錄表格。六、 實驗報告要求（1） 記錄各項調整、測量結果，并用單對數(shù)坐標紙畫出幅頻特性曲線。（2） 列表比較工程估算和實驗結果，并加以討論。（3） 對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進行分析。C110uFR10.1R80.1D1IN4148C2100uFR210KR90.1D2IN4148C3100uFR310RL11

6、5T19014C4220uFR410KRL224T29015C5100uFR547KRW1100KT38050C61000pFR61KRW22KT48550R7680K1-K3導線實驗二小信號諧振放大器單調諧回路諧振放大器一、 實驗目的1 通過實驗進一步熟悉小信號諧振放大器的工作原理。2 熟悉諧振回路的幅頻特性分析通頻帶與選擇性。3 熟悉信號源內阻及負載對諧振回路的影響，從而了解擴展頻帶的方法。4 熟悉和了解放大器的動態(tài)范圍及其測試方法。二、 實驗原理RCebc（a）RSRCRSCtgm(b)RtRCCtgmce(c)圖 2-1 共發(fā)射極高頻小信號等效電路1 共發(fā)射極高頻小信號等效電路密勒近似

7、電路圖2-1（a）為共發(fā)射極放大電路的簡化交流通路（圖中略去了Rb、RL），圖（b）為高頻小信號等效電路的密勒近似電路。圖中為基區(qū)體電阻，為發(fā)射極的小信號電阻。 （2-1）gm為互導， （2-2）式中 VT =26mV，所以， （2-3）CT為等效電容， （2-4），fT 為BJT的特征頻率，可以從手冊中查到。CM為密勒電容，為反偏勢壘電容，可以從手冊中查到。2 幅頻特性圖2-1（b）可進一步等效為圖2-1（c）的形式，顯然是一RC低通電路。可以算得：中頻區(qū)電壓增益 （2-5）高頻源電壓增益 （2-6） fH 為上限頻率， （2-7）由（2-6）可得共發(fā)射極放大電路的幅頻特性如圖2-2所示。0

8、f Hf / Hz圖2-2 共發(fā)射極放大電路的幅頻特性RLC圖 2-3 RLC并聯(lián)諧振電路3 RLC并聯(lián)諧振電路的基本特點由電路理論可知，RLC并聯(lián)諧振電路在電流源激勵下，其輸出電壓與電源頻率有關。阻抗諧振時阻抗最大，。因而輸出電壓達到最大值。其諧振頻率；電路的品質因數(shù)；通頻帶。4 高頻小信號諧振放大器的工作原理單調諧回路諧振放大器電路如圖2-4所示。圖2-4 單調諧回路諧振放大器若將圖2-1（a）中的Rc換成由RLC組成的并聯(lián)諧振電路，則輸出電壓將隨信號頻率而改變，電壓增益也將隨頻率的變化而變化。41 電壓增益設諧振時的電壓增益為，則 ， ，稱為一般失諧。若令 ，稱為廣義失諧，則 ， （2-

9、8）由此可畫出放大器的諧振特性曲線如圖2-5（a）、（b）所示。AV/AVo0f0f（a）f1f210.707（b）AV/AVo0-110.7071圖 2-5 放大器諧振特性曲線42 通頻帶由圖2-5放大器的通頻帶為BW= f2 - f1 = f0 / Q43 單調諧放大器的選擇性放大器的選擇性是用矩形系數(shù)來表示的，矩形系數(shù)的定義為： （2-9）式中，是時所對應的頻帶寬度，即， 所以，單調諧放大器的矩形系數(shù)遠大于1，也就是它的諧振曲線與矩形相差較遠，選擇性差。44 動態(tài)范圍定義放大倍數(shù)下降1dB的轉折點為放大器的動態(tài)范圍。=三、預習要求 1.復習諧振回路的工作原理。 2.了解諧振放大器的電壓放

10、大倍數(shù)、動態(tài)范圍、通頻帶及選擇性相互之間關系。3.實驗電路中, 若電感量 L=1H，回路總電容C=220pf (分布電容包括在內),計算回路中心頻率f。二、實驗儀器設備1.雙蹤示波器2.掃頻儀 3.高頻信號發(fā)生器4.毫伏表5.萬用表6.實驗板G1四、實驗內容及步驟(一)單調諧回路諧振放大器。 1. 實驗電路見圖2-6(1).按圖2-6所示連接電路(注意接線前先測量+12V 圖2-6單調諧回路諧振放大器原理圖電源電壓，無誤后，關斷電源再接線)。 (2).接線后仔細檢查，確認無誤后接通電源。2. 靜態(tài)測量實驗電路中選Re=1K 測量各靜態(tài)工作點，計算并填表2.1表2.1實 測實測計算根據(jù)VCE判斷

11、V是否工作在放大區(qū)原因VBVEVCICVCE是否* VB，VE是三極管的基極和發(fā)射極對地電壓。3.動態(tài)研究(1). 測放大器的動態(tài)范圍ViV0(在諧振點) 選R=10K，Re=1K。把高頻信號發(fā)生器接到電路輸入端，電路輸出端接高頻毫伏表，選擇正常放大區(qū)的輸入電壓Vi，調節(jié)頻率f使其為10.7MHz，調節(jié)CT使回路諧振，使輸出電壓幅度為最大。此時調節(jié)Vi由0.02伏變到0.8伏，逐點記錄V0電壓，并填入 表2.2。Vi的各點測量值可根據(jù)(各自)實測情況來確定。表2.2Vi(V)0.020.8V0(V)Re=1kRe=500Re=2K (2).當Re分別為500、2K時，重復上述過程，將結果填入表

12、2.2。在同一坐標紙上畫出IC不同時的動態(tài)范圍曲線，并進行比較和分析。 (3).用掃頻儀調回路諧振曲線。 仍選R=10K，Re=1K。將掃頻儀射頻輸出送入電路輸入端，電路輸出接至掃頻儀檢波器輸入端。觀察回路諧振曲線(掃頻儀輸出衰減檔位應根據(jù)實際情況來選擇適當位置)，調回路電容CT，使f0=10.7MHz。 注意：當掃頻儀的檢波探頭為高阻時，電路的輸出端必須接入RL，而當掃頻儀的檢波探頭為低阻探頭時，則不要接入RL（下同）。(4).測量放大器的頻率特性當回路電阻R=10K時, 選擇正常放大區(qū)的輸入電壓Vi，將高頻信號發(fā)生器輸出端接至電路輸入端，調節(jié)頻率f使其為10.7MHz，調節(jié)CT使回路諧振（

13、輸出電壓幅度為最大），此時的回路諧振頻率f0=10.7MHz為中心頻率，然后保持輸入電壓Vi不變，改變頻率f由中心頻率向兩邊逐點偏離，測得在不同頻率f時對應的輸出電壓V0，將測得的數(shù)據(jù)填入表2.3。頻率偏離范圍可根據(jù)(各自)實測情況來確定。表2.3f(MHz)10.7V0R=10KR= 2KR=470 計算f0=10.7MHz時的電壓放大倍數(shù)及回路的通頻帶和Q值。 (5).改變諧振回路電阻，即R分別為2K，470時，重復上述測試，并填入表2.3。比較通頻帶情況。五、預習要求1 復習諧振回路的工作原理。2 了解諧振放大器的電壓放大倍數(shù)、動態(tài)范圍、通頻帶及選擇性相互之間的關系。3 實驗電路中，若電

14、感量L=1H，回路總電容C=220pF（分布電容包括在內），計算中心頻率f0。六、實驗報告要求1 寫明實驗目的。2 畫出實驗電路的直流和交流等效電路，計算直流工作點，與實驗實測結果比較。3 寫明實驗所用儀器、設備及名稱、型號。4 整理實驗數(shù)據(jù)，并畫出幅頻特性。（單調諧回路接不同回路電阻時的幅頻特性和通頻帶，整理并分析原因）5 本放大器的動態(tài)范圍是多少，討論IC對動態(tài)范圍的影響。實驗三 丙類高頻功率放大器一、 實驗目的1 通過實驗進一步熟悉丙類高頻功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的計算與設計方法。2 了解電源電壓VC與集電極負載對功率放大器功率和效率的影響。3 掌握諧振功率放大器的調諧技

15、術，了解高頻功率的測量方法。二、 實驗原理高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡作為負載回路，并且一般都工作于丙類狀態(tài)。高頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率和效率。1集電極效率C設 PD=直流電源供給的直流功率 PO=交流輸出信號功率 PC=集電極耗散功率則 PD=PO+PC為了說明晶體管放大器的功率轉換能力，定義集電極效率C （3-1）由此可見：（1）設法盡量降低集電極耗散功率PC，這樣在給定PD時，晶體管的交流輸出功率PO就會增大。（2）如果維持晶體管的集電極耗散功率PC不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率C，將使交流輸出功率PO大為增加。 （3-2）提高效率對輸出功率有極大影響，當然這時輸入直流

16、功率也要相應提高，才能在PC不變的情況下，增加輸出功率。2功率關系本實驗由兩級諧振功率放大器和輸出級組成，見圖3-1。 （3-3） （3-4）式中，ICO為丙類工作時，iC脈沖波的傅立葉級數(shù)展開式中的平均分量；由于電路處于基波諧振狀態(tài)，所以，無高次諧波輸出，VOm為基波分量輸出電壓；ICm為基波分量電流；Re為諧振回路阻抗。Re與諧振回路及負載有關。本實驗就是在改變負載的情況下，測量功率及C的變化。3電路特點本電路的核心是諧振功率放大器，在此電路基礎上，將音頻調制信號加入集電極回路中，利用諧振功率放大電路的集電極調制特性，完成集電極調幅實驗。當電路的輸出負載為天線回路時，就可以完成無線電發(fā)射的

17、任務。為了使電路穩(wěn)定，易于調整，本電路設置了獨立的載波振蕩源。4高頻諧振功率放大器的工作原理圖1 高頻功放原理圖圖2 ic與ub的關系t參見圖1。t諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡為負載的功率放大器，它是在無線電發(fā)送中最為重要、最為難調的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導通角900，集電極效率可達80%，一般用作末級放大，以獲得較大的功率和較高的效率。圖1中，Vbb為基極偏壓，Vcc為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb應為負值，即基極處于反向偏置。ub 為基極激勵電壓。圖2示出了晶體管的轉移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激

18、勵電壓的關系。Vbz是晶體管發(fā)射結的起始電壓（或稱轉折電壓）。由圖可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz絕對值之和時，才有集電極電流流通。即在一個周期內，集電極電流ic只在-+時間內導通。由圖可見，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對其進行傅里葉級數(shù)分解可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值，即：ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取=700800左右。圖3-1 功率放大器（丙類）原理圖圖中，V1、V2構成了獨立的石英晶體振蕩電路，為實驗提供了穩(wěn)定的載波信號，大大方便了電路的調

19、整。V3為推動級，為末級功放電路提供足夠的激勵電壓。V4構成丙類諧振放大電路。為了能較好的演示功放電路的負載特性，較為方便的觀察脈沖電流，本電路采用了獨立的偏置電路，由RP2、R15、R14構成的分壓器對-12V進行分壓，為功放級提供適當?shù)呢撈珘海_保工作在丙類狀態(tài)。RL為負載電阻，在負載電阻和功放電路集電極之間采用變壓器電路，以完成負載和集電極之間阻抗變換。在功放輸出級電路中設置了三個跳線短路端子J2、J3和J4。J3可完成+12V電源和+69V可調電源之間的轉換，以觀察集電極調制特性以及完成調幅電路的實驗。J2是為了觀察負載特性而設置的，當J2斷開時，在R16上可直接觀察到脈沖電流波形，從

20、而可較為直觀的觀察到負載特性，便于加深對于諧振功率放大電路的理解。而J2短接時，可得到稍大一些的輸出電壓。J4是為了在集電極回路中加入低頻調制信號而設置的。 5高頻功放電路的調諧與調整原則理論分析表明，當諧振功率放大器集電極回路對于信號頻率處于諧振狀態(tài)時（此時集電極負載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為最小，回路電壓UL最大，且同時發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時，內部電容Cbc的反饋作用明顯，上述IC0最小、回路電壓UL最大的現(xiàn)象不會同時發(fā)生。因此，本實驗電路，不單純采用監(jiān)視IC0的方法，而采用同時監(jiān)視脈沖電流iC的方法調諧電路。由理論分析可知，當諧振放大器工作在欠壓狀態(tài)時，iC是

21、尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時，iC是凹頂脈沖，而當處于臨界狀態(tài)下工作時，iC是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設計原則，即在最佳負載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。本電路的最佳負載為75。因此調試時也應以此負載為調試基礎。三、實驗儀器1 雙蹤示波器2 掃頻儀3 高頻信號發(fā)生器4 萬用表5 實驗板G2四、實驗內容及步驟1按圖連接好實驗電路板所需電源（±12V）。-Vbb接-12V2功放級靜態(tài)工作點的調整A用短路環(huán)將J3的1、2端和J4的2、4端短路，以使+12V電源直接提供給功放輸出級的集電極回路。( 注意：此時一定要使J5或J1

22、保持開路狀態(tài)，否則，靜態(tài)工作點將受到本振電壓的影響。) B用萬用表測試V4的基極電壓。調整RP2，使V4B=-0.3V左右。3調整載波振蕩源接通J5，以給載波振蕩電路加電。J1仍保持開路狀態(tài)，然后在測試點M1處接入示波器，以觀察振蕩波形。調整Rp1，使載波振蕩源輸出UO=1V左右。4 推動級的調整用短路環(huán)短接J1，使載波振蕩信號f0=6.5MHz，UO1V(p-p)通過C9接至晶體管V3的基極。在M2端用示波器觀察推動級的輸出波形，由于功放級輸入端阻抗元件的影響，波形為一失真的正弦波，此時不必做很多調整工作，只要證實推動級已經(jīng)工作即可。5脈沖電流及放大特性的觀察¨ 保持前面的電路連接

23、不變，將J2的短路環(huán)取下，使C16開路。 將負載電阻接至75。¨ 將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至V4的發(fā)射極電阻上（即J2的1端），靈敏度置于20mV/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當于200mV/DIV）, 用以監(jiān)測脈沖電流。將示波器2通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至測試點M3處，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當于2V/DIV），用以監(jiān)測功放級的輸出波形。A.負載特性的觀察i. 仔細調整CT4，使輸出回路諧振，且實現(xiàn)負載到集電極間的阻抗轉換。觀察M3處的波形，應能得到失真最小的正弦波形。同時觀察V4的發(fā)射極（取樣）電阻

24、上的波形，是否得到了一個臨界狀態(tài)的脈沖電流波形（略有凹陷的波形）。若未能觀察到臨界狀態(tài)的脈沖電流，則需要仔細調整CT2、CT3，使功放級的輸入達到較好的匹配狀態(tài)，必要時還需適當?shù)卣{整載波信號源的輸出幅度。正常情況下，在 M3處觀察到的輸出波形幅度應不低于9.4V。ii. 保持信號源頻率和幅度不變，將負載分別接至120和39，應能觀察到過壓和欠壓狀態(tài)的脈沖電流形狀。若不能，則電路還需做細心調整，直至在保持信號源頻率和幅度不變得情況下，隨著負載的改變可出現(xiàn)過壓、臨界、和欠壓的三種狀態(tài)的脈沖電流波形。三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖所示。RL=120RL=75RL=39圖4 不同負載下的脈沖電流波形上

25、述脈沖波形，描繪了放大器的負載特性，即隨著Rc的增大，Ic隨之減小。放大狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過壓狀態(tài)過渡。iii. 當觀察到負載特性后，記錄三種負載條件下的負載上獲得的輸出電壓UL(P-P)，電源提供給功放管集電極的電壓UC，為了避免電壓表輸入阻抗對于輸出回路的影響，測量UC應當在J4的2端測試。測試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時，既可以采用在J4的2、4兩點間接入直流電流表(200mA檔)直接讀數(shù)，也可以采用測量發(fā)射極（取樣）電阻上的壓降再換算成電流的方法。但電流表接入回路中后，會對輸出及脈沖電流波形產生一定影響，所以推薦采用第二種方法測試集電極直流電流。換算方法：IC0=VE/RE(已知RE=1

26、)。最后將測試結果填入表中。表1 高頻功放實驗數(shù)據(jù)記錄表RL（）實測數(shù)據(jù)計算結果ICO(A)VL(P-P)(V)VC(V)PD(mW)PL(mW)(%)3975120B.集電極調制特性的觀察（記錄波形）將負載置于39檔，輸入信號電壓及Eb保持不變，用短路環(huán)將J3的2、3端短接，用69V可調電源給功放管的集電極供電。調整RP3,觀察發(fā)射極脈沖電流波形的變化，這些變化描述了丙類功放電路的集電極調制特性，即隨著Vcc增大，脈沖電流將會由過壓狀態(tài)向臨界再向欠壓狀態(tài)變化。EC=10V EC=6V圖5 EC不同時的脈沖電流波形（RL=39）C.基極調制特性的觀察（記錄波形）將負載置于75，電源電壓Vcc=

27、12V，輸入信號幅度保持不變，調整RP2，仔細觀察脈沖電流的形狀與幅值的變化，它描述了諧振功率放大器的基極調制特性。D.放大特性的觀察（記錄波形）保持Vcc、Eb、RL不變，改變輸入電壓的幅值，可以看出隨著信號幅度由小到大變化，脈沖電流將由欠壓狀態(tài)向臨界狀態(tài)再向過壓狀態(tài)變化的現(xiàn)象。五問題思考1若諧振放大器工作在過壓狀態(tài)，為了使其工作在臨界狀態(tài)，可以改變哪些因素？2設計一自給偏壓工作方式的丙類諧振放大器。六附錄1效率的計算與計算公式說明利用下面提供的公式和前述表中的測試結果計算三種負載條件下的效率，并將結果填入表中。電源提供給功放級的總功率：PD=ICO×VCC負載上得到的功率： PL

28、=VOP-P28RL功率放大級的總效率： = PLPD 本電路的總效率一般可達到65%左右，實際上集電極效率可達80%左右。實驗四 LC電容反饋式三點式振蕩器一、實驗目的1. 掌握LC三點式振蕩電路的基本原理，掌握LC電容反饋式三點振蕩電路設計及電 參數(shù)計算。2.掌握振蕩回路Q值對頻率穩(wěn)定度的影響。 3.掌握振蕩器反饋系數(shù)不同時，靜態(tài)工作電流IEQ對振蕩器起振及振幅的影響。二、預習要求 1.復習LC振蕩器的工作原理。2.分析圖3-1電路的工作原理，及各元件的作用，并計算晶體管靜態(tài)工作電流IC的 最大值(設晶體管的值為50)。3 實驗電路中，L1=10h，若C=120pf，C=680pf，計算當

29、CT=50pf和CT=150pf時振蕩頻率各為多少?三、 實驗原理1. 電路組成原理及起振條件X1X2X3(a)C1C2L(b)L1L2C(c)圖 4-1 三點式振蕩器的組成三點式振蕩器是指LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路，如圖4-1（a）所示。圖中三個電抗元件X1、X2、X3構成了決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振回路，同時也構成了正反饋所需的反饋網(wǎng)絡。從相位條件看，要構成振蕩器，必須滿足：2. 極相連的兩個電抗X1、X2性質相同。（2）X1、與X2、X3的電抗性質相反。三點式振蕩器有兩種基本結構，電容反饋振蕩器，電路如圖4-1（b）所示；電感反饋振蕩器，電路如圖4-1（c）所示。

30、根據(jù)振幅的起振條件，三極管的跨導必須滿足下列不等式 （4-1）式中：為反饋系數(shù)；和分別為三極管b-e間的輸入電導和c-e間輸入電導；為等效到三極管輸出端（c-e間）的負載電導和回路損耗電導之和。（4-1）式表明，起振所需的跨導與、等有關。如果管子的參數(shù)和負載確定后，應有一個確定的值，太大或太小都不易滿足幅度的起振條件，在確定時，除了滿足幅度的起振條件外，還必須考慮頻率的穩(wěn)定度和振蕩幅度等問題。另外，提高三極管集電極靜態(tài)電流IEQ，可以增大，但不易過大，否則會過大，造成回路有載品質因數(shù)過低，影響振蕩頻率穩(wěn)定度。一般取值為15mA。3. 頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度指在指定的時間間隔內，由于外界條

31、件的變化，引起振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度。一般用下式表示： （4-2）根據(jù)時間間隔分為長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度、瞬時穩(wěn)定度。一般所說的頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度，即指一天內，以小時、分鐘或秒計的時間間隔內頻率的相對變化。產生這種頻率不穩(wěn)定的因素有溫度、電源電壓等。不同要求時，對穩(wěn)定度的要求是不同的。振蕩器的頻率主要決定于諧振回路的參數(shù)，同時與晶體管的參數(shù)也有關，因此穩(wěn)頻的主要措施有：提高振蕩回路的標準性；減小晶體管的影響，減小晶體管和回路之間的耦合；提高回路的品質因數(shù)。振蕩回路的標準性是指振蕩回路在外界因素變化時保持固有諧振角頻率不變的能力?；芈窐藴市栽礁?，外界因素變化引起的越小。

32、圖4-2 LC電容反饋式三點式震蕩器原理圖4. 克拉潑振蕩器圖4-2所示為一改進型電容反饋式振蕩器，即克拉潑振蕩器。由圖可見克拉波電路與電容三點式電路的差別，僅在回路中多加一個與C1、C2相串聯(lián)的電容CT。通常CT取值較小，滿足CT<<C1，CT<<C2，回路總電容C主要取決于CT。而回路中的不穩(wěn)定電容主要是三極管的極間電容Cce、Cbe、Ccb，它們又都直接并接在C1、C2上，不影響CT值，結果是減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，且CT越小，這種影響越小，回路標準性也越高。實際情況下，克拉波電路的頻率大體上比電容三點式電路高一個數(shù)量級，達10-410-5。振蕩頻率

33、 （4-3）式中 反饋系數(shù) （4-4）顯然，CT越小F越小，環(huán)路增益就越小。在這種振蕩電路中，減小CT來提高回路標準性是以犧牲環(huán)路增益為代價的，如果CT取值過低，振蕩器就會不滿足振蕩條件而停振。三、實驗儀器設備 1.雙蹤示波器 2.頻率計 3.萬用表 4.實驗板G1四、實驗內容及步驟實驗電路見圖4-2。實驗前根據(jù)圖4-2所示原理圖在實驗板上找到相應器件及插孔并了解其作用。 1檢查靜態(tài)工作點 (1).在實驗板+12V扦孔上接入+12V直流電源，注意電源極性不能接反。 (2).反饋電容C不接，C接入(C=680pf)，用示波器觀察振蕩器停振時的情況。 注意：連接C的接線要盡量短。 (3).改變電位

34、器RP測得晶體管V的發(fā)射極電壓VE，VE可連續(xù)變化，記下VE的最大值，計算IE值 設:Re=1K2 振蕩頻率與振蕩幅度的測試實驗條件： Ie=2mA、C=120pf、C=680pf、R=110K(1).改變CT電容，當分別接為C9、C10、C11時，記錄相應的頻率值，并填入表4.1。(2).改變CT電容，當分別接為C9、C10、C11時，用示波器測量相應振蕩電壓的峰峰值VP-P，并填入表4.1。表4.1CTf(MHz)VP-P50pf100pf150pf 3.測試當C、C不同時，起振點、振幅與工作電流IER的關系(R=110K)(1).取C=C3=100pf、C=C4=1200pf，調電位器R

35、P使IEQ(靜態(tài)值)分別為表4.2所標各值,用示波器測量輸出振蕩幅度VP-P(峰-峰值),并填入表4.2。表4.2IEQ(mA)0.81.01.52.02.53.03.54.04.55.0VP-P(V)(2).取C=C5=120pf、C=C6=680pf， C=C7=680pf、 C=C8=120pf，分別重復測試表4.2的內容。 4.頻率穩(wěn)定度的影響(1).回路LC參數(shù)固定時，改變并聯(lián)在L1上的電阻使等效Q值變化時，對振蕩頻率的影響。實驗條件： C/C=100/1200pf、IEQ=3mA，改變L1的并聯(lián)電阻R，使其分別為1K、10K、110K， 分別記錄電路的振蕩頻率, 并填入表4.3。注

36、意:頻率計后幾位跳動變化的情況。 (2).回路LC參數(shù)及Q值不變，改變IEQ對頻率的影響。實驗條件： C/C=100/1200pf、R=110K、IEQ=3mA，改變晶體管IEQ，使其分別為表4.2所標各值，測出振蕩頻率，并填入表4.4。 Qf 表4.3 IEQf 表4.4R1K10K11OKIEQ(mA)1234f(MHz)F(MHz)五、預習要求1復習LC振蕩器的工作原理。2分析圖4-2電路的工作原理及各元件的作用，并計算晶體管靜態(tài)工作電流IC的最大值（設晶體管的值為50）。3實驗電路中，L1=3.3H，若 C1=120pF，C2=680pF，計算當CT=50pF和CT=150pF時的振蕩

37、頻率各為多少？六、實驗報告要求 1.寫明實驗目的。 2.寫明實驗所用儀器設備。 3.畫出實驗電路的直流與交流等效電路，整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結果。4.以IEQ為橫軸，輸出電壓峰峰值VP-P為縱軸，將不同C/C值下測得的三組數(shù)據(jù)，在同一座標紙上繪制成曲線。 5.說明本振蕩電路有什么特點。實驗五 石英晶體振蕩器一、實驗目的1了解晶體振蕩器的工作原理及特點。2掌握晶體振蕩器的設計方法及參數(shù)計算方法。二、實驗原理石英晶體振蕩器與一般的振蕩回路相比具有如下特點：回路的標準性高，受外界因素（如溫度、震動等）影響??；接入系數(shù)pCq/C0<<1；Q=Lq/rq>>1。因此，石英晶體振蕩

38、器頻率穩(wěn)定度高，優(yōu)于10-5。1石英晶體振蕩器的等效電路及阻抗曲線石英諧振器的電路符號如圖5-1（a）所示。當外加交變電壓與石英片的機械振動發(fā)生共振時，石英片兩電極上的交變電荷量最大，也就是通過石英片的交變電流最大，因而具有串聯(lián)諧振的特性?？捎脠D5-1（b）所示的串聯(lián)諧振電路等效它的電特性。圖中Lq1、Cq1、rq1等效它的基頻諧振特性，Lq2、Cq2、rq2等效它的三次泛音的諧振特性，C0表示石英諧振器的靜態(tài)電容和支架、引線等分布電容之和。其中，靜態(tài)電容是以石英片為介質、兩個電極為極板而構成的電容，它是C0的主要部分。若作為基頻晶體，石英諧振器的等效電路簡化為圖5-1（c）所示，圖中，為了簡

39、化書寫，省略了各串聯(lián)元件的下標“1”。晶體（a）（c）C0LqCqrqZcr（j）Lq1Lq2Lq3Cq1Cq2Cq3rq2rq1rq3C0（b）圖 5-1 石英振蕩器的等效電路（a）電路符號 （b）完整等效電路 （c）基頻等效電路若忽略rq，則晶體兩端呈現(xiàn)的阻抗為純電抗，其值近似為 (5-1)式中， （5-2）由式（5-1）可見，當在的頻率范圍內，Xcr為正值，呈感性；而在其它頻段內，Xcr均為負值，呈容性。在上Xcr=0，具有串聯(lián)諧振特性，相應的稱為串聯(lián)諧振角頻率；在上，Xcr，具有并聯(lián)諧振特性，相應的稱為并聯(lián)諧振角頻率。根據(jù)晶體在振蕩電路中的不同作用，晶體振蕩器有并聯(lián)型和串聯(lián)型之分。晶體

40、工作在略高于呈感性的頻段內，用來作為三點式電路中的回路電感，相應構成的振蕩電路稱為并聯(lián)型晶體振蕩電路。晶體工作在上，等效為串聯(lián)諧振電路，用作高選擇性的短路元件，相應構成的振蕩電路稱為串聯(lián)型晶體振蕩電路，廣泛應用在集成電路中。必須強調指出，晶體只能工作在上述兩種方式，而不能工作在低于和高于呈容性的頻段，否則，頻率穩(wěn)定度將明顯下降。2原理分析圖5-2 晶體振蕩器原理圖電路原理圖如圖5-2所示。圖中石英晶體振蕩器若工作在串聯(lián)諧振頻率上，則相當于短路線，就形成了由C3、CT、C4及L1組成的電容三點式振蕩電路。而當偏離串聯(lián)諧振頻率時，晶體阻抗迅速增大，電路不能振蕩。因此，這種振蕩器的振蕩頻率主要取決于

41、晶體的串聯(lián)諧振頻率。為了減少L1、C3、CT、C4回路對頻率穩(wěn)定度的影響，一般都將它調諧在晶體串聯(lián)諧振頻率附近。三、實驗儀器1雙蹤示波器2頻率計3萬用表4實驗板G1四、實驗內容及步驟實驗電路如圖5-21測振蕩器靜態(tài)工作點，調圖中RP，測得IEmax及IEmin（需要測出VR4之值計算電流）。2測量工作點在上述范圍內時的振蕩頻率及輸出電壓。（自行制定表格進行數(shù)據(jù)記錄，表5-1僅供參考。）表5-1VR4maxVR4minIEmaxIEminF(MHZ)Vop-p3負載不同時對頻率的影響，RL 分別取110k、10k、1k，測出電路振蕩頻率，填入表5-2，并與LC振蕩器比較。 RL f 表5-2R1

42、10k10k1kf（MHZ）五、預習要求1查閱晶體振蕩器的有關資料。闡明為什么用石英晶體作為振蕩回路元件就能使振蕩器的頻率穩(wěn)定度大大提高。2試畫出并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器的實際電路，并闡述兩者在電路結構及應用方面的區(qū)別。六、實驗報告要求1畫出實驗電路的交流等效電路。2整理實驗數(shù)據(jù)，并給出合理分析。3比較晶體振蕩器與LC振蕩器帶負載能力的差異，并分析原因。七、思考題1你如何肯定電路工作在晶體的頻率上？2根據(jù)電路給出的LC參數(shù)計算回路的中心頻率，闡述本電路的優(yōu)點。實驗六 振幅調制器一、實驗目的1掌握用集成模擬乘法器實現(xiàn)全載波調幅和抑制載波雙邊帶調幅的方法與過程，并研究已調波與輸入信號的關

43、系。2掌握測量調幅系數(shù)的方法。3通過實驗中波形的變換，學會分析實驗現(xiàn)象。二、實驗原理1振幅調制信號分類振幅調制是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調制信號的規(guī)律變化，其它參數(shù)不變。是使高頻載波的振幅載有傳輸信息的調制方式。振幅調制分為三種方式：普通調幅方式（AM）、抑制載波的雙邊帶調制（DSB）和單邊帶調制（SSB）。所得的已調信號分別稱為調幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號。1 1 調幅波在單一頻率信號作為調制信號時，調幅波的表達式為 (6-1)若調制信號為非正弦波，其表達式為 （6-2）在上兩式中ma為調幅度或調制度，ma1，否則會產生過調制；。調幅波的頻譜由三部分組成，包括載頻分量和上

44、、下邊頻（帶）。振幅調制是把調制信號的頻譜搬移到載頻兩端，在搬移的過程中頻譜結構不變。這類調制屬于頻譜的線性搬移。調幅信號的帶寬為調制信號最高頻的兩倍，即 BW=2Fmax。調幅波的功率包括載波功率PC和兩個邊頻的功率。對單一頻率調制信號，其平均功率為 （6-3）在調幅波中，載波功率不含有用信息，但占有一半以上的功率（與調制度m有關），而含有用信息的兩個邊頻占有的功率是很小的。因此，從功率上講，調幅波的功率利用是不充分的。另一方面，調幅波的最大瞬時功率，在設計中必須使，為高頻功率管的額定功率，因此功率管也不能得到充分利用。12 雙邊帶調制在調制過程中將載波抑制就形成了抑制載波的雙邊帶信號，簡稱

45、雙邊帶信號。雙邊帶信號的表達式為 （6-4）雙邊帶信號的振幅與調制信號的絕對值成正比，其頻譜只有上、下邊頻（帶），載波分量被抑制。因此，其功率僅含有用信息，功率利用較充分。13 單邊帶調制單邊帶調制是由雙邊帶經(jīng)濾除一個邊帶或在調制過程中直接將一個邊帶抵消而成。單邊帶信號可分為上邊帶和下邊帶信號。單邊帶信號的一般表達式為 （6-5）或 （6-6）單邊帶調制方式在傳輸信息時，不但功率利用率高，而且它所占用的頻帶為，比AM、DSB減小了一半，頻帶利用充分，因此目前已成為短波通信中的一種重要調制方式。2調制方法及調制電路分類已調波是由調制信號和載波信號經(jīng)調制電路形成的。調制電路的輸入是調制信號和載波信

46、號。在單一信號作為調制信號時，輸入調制電路的頻率分別為f c 和。輸出AM波時的頻率分量為fc、fc +及fc。調制電路的輸出與輸入是不同頻的，它要產生新的頻率成分，因此，只有能實現(xiàn)頻率變換的電路才能完成調制的功能。在線性時不變電路中，輸出信號頻率與輸入信號頻率是相同的，只有非線性電路和線性時變電路才能產生新的頻率分量，實現(xiàn)頻率變換。在AM、DSB、SSB信號中，均有fc +或fc分量，而該分量是由調制信號與載波信號相乘產生的。無論是非線性電路還是線性時變電路，要完成調制功能，關鍵是看該電路是否有兩個信號的乘積項。由于非線性電路和線性時變電路要產生大量的組合頻率分量，必須要用濾波器將所需的頻率

47、選出，濾除其它的不需要的分量；否則，這些不需要的頻率分量將對有用信號形成干擾或失真。線性時變電路是非線性電路在一定的條件下（大多數(shù)情況是Ucm>>U）得到的。分析表明線性時變電路的組合分量遠少于非線性電路。應指出的是，嚴格講，這兩種電路的組合頻率分量是相同的，只不過由于線性時變電路的許多組合分量由于幅度很小被忽略而已。調制電路分為高電平調制和低電平調制。高電平調制是將調制和功放和二為一，利用高頻功放的調制特性來完成調制；低電平調制是在低功率級上完成調制，然后經(jīng)功率放大器放大到所需電平上。AM波通常采用高電平調制，DSB、SSB采用低電平調制。常用電路有：二極管平衡調制器、二極管環(huán)形

48、調制器、單差分對調制器和雙差分對調制器。本實驗是用模擬乘法器XF1496構成調幅器，為低電平調制。3 雙差分對調制器圖6-1 1496芯片內部電路圖31 雙差分對平衡調制器原理電路如圖6-1所示。平衡調制器的輸出電流：i1和i2由上面兩差分對輸出電流合成。雙端輸出時，其值為 （6-7）根據(jù)及的大小分為三種情況1）26mV，26mV （相乘運算） （6-8）2）26mV，為任意值 （線性時變工作狀態(tài)） （6-9）3）26mV，260mV （開關工作狀態(tài)） （6-10）式中，K2為雙向開關函數(shù)。32 實驗電路原理圖說明T9電路如圖6-2所示。集成芯片XF1496是一四象限模擬乘法器，進行調幅時，載

49、波信號加在V1、V4的輸入端，即引腳的、之間；調制信號加在差分放大器V5、V6的輸入端，即引腳的、之間，、腳外接1k電阻（R8），以擴大調制信號的動態(tài)范圍；已調制信號取自雙差分放大器的兩集電極（即引出腳、 之間）輸出。8VV912圖6-2 1496構成的調幅器擴展動態(tài)范圍后，輸出差值電流為 （6-11）本實驗采用單端輸出方式，集電極電阻R3、R10，輸出電壓 （6-12）由于圖6-2中附加了一個由V9、R11、R12組成的輸出級，實際計算u0時，要考慮其輸入電阻的影響。圖中RP1用來調節(jié)、之間的平衡，其目的是調節(jié)、端的直流電位差為零，確保輸出為抑制載波的雙邊帶調幅波，若、之間的直流電位差不為零

50、，則有載波分量輸出，相當于是普通調幅波。RP2用來調節(jié)、腳之間的平衡。三極管V9為射極跟隨器，以提高調幅器的帶負載能力。三、實驗儀器1雙蹤示波器。2高頻信號發(fā)生器。3萬用表。4實驗板G3。四、實驗內容及步驟實驗電路如圖6-21直流調制特性的測量（1）調RP2電位器使載波輸入端平衡：在調制信號輸入端IN2加峰值為100mv，頻率為1kHZ的正弦信號，調節(jié)RP2電位器使輸出信號最小，然后去掉輸入信號。（2）在載波輸入端IN1加峰值VC為10mV，頻率為100KHZ的正弦信號，用萬用表測量A、B之間的電壓VAB，用示波器觀察OUT 輸出端的波形，以VAB=0.1V為步長，記錄RP1由一端調至另一端的輸出波形及峰值電壓，注意觀察相位變化，根據(jù)公式計算出系數(shù)K值，并填入表6-1。表6-1VABV0(P-P)K2實現(xiàn)全載波調幅（1）調節(jié)RP1使VAB=0.1V，載波信號仍為VC(t)=10sin2×105t(mV)，將低頻信號VS(t)= VSsi