高频电子线路第一次实验报告

姓名：董伟

学号：20100820203

专业班级：通信工程二班

实验日期：5月21日

小组成员：雷鹤

实验一  正弦波振荡器实验

一．实验目的

1．掌握晶体管(振荡管)工作状态，反馈大小，负载变化对振荡幅度与波形的影响。

2．掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。

3．研究外界条件变化对振荡频率稳定度的影响。

4．比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深对晶体振荡器频率稳定度的理解。

5．学习使用示波器和频率计测量高频振荡器振荡频率的方法。

二．实验原理与线路

正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式，在本实验中，我们研究的主要是LC三端式振荡器及晶体振荡器。LC三端式振荡器的基本电路如图1-1所示：

下面以电容三端式振荡器为例分析其原理。

1．电容三端式振荡器

共基电容三端式振荡器的基本电路如图1-2所示。图中C3为耦合电容。由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。若要它产生正弦波，还须满足振幅，起振条件，即：

A_o·F>1                                  (1-2)

式中A_o为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；F是反馈系数，只要求出A_o和F值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出图1-2的简化，y参数等效电路如图1-3所示，其中设y_rb≈0  y_ob≈0，图中G_o为振荡回路的损耗电导，G_L为负载电导。

图1-3 简化Y参数等效电路

2．振荡管工作状态对振荡器性能的影响

对于一个振荡器，当其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态(振幅大小，波形好坏)有着直接的影响，如图1-4中(a)和(b)所示。

    (a)工作点偏高                            (b)工作点偏低

图1-4  振荡管工作态对性能的影响

图1-4(a)工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时，甚至使振荡器停振。

图1-4(b)中工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但是不能取得太低，否则不易起振。

3．振荡器的频率稳定度

频率稳定度是振荡器的一项十分重要技术指标，这表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电源、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。

改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。

三．实验内容及结果

按照实验原理图(连接J103、J105断开J101、J102、J104、J106、J107、JA1)组成正弦波振荡电路。

1． 接通电源，调整静态工作点。调W102使V_R105=2V。

2． 连接好J103、J105，调节可调电容C105，通过示波器和频率计在TA101处观察振荡波形，并使振荡频率为10.7MHZ(在本实验中可调范围在10Mhz～12Mhz)。

结果：频率在10679—10712KHZ左右，如图：

TA101处示波器振荡波形

振荡频率在10.7KHZ附近

断开J103，接通J104，微调C109，使振荡频率为10.245MHZ。

结果：实验器材中的C109无法微调，导致结果出现部分误差

4．观察振荡状态与晶体管工作状态的关系。

断开J104，连好J103，用示波器在TA101观察振荡波形，调节W102，观察TA101处波形，观察何时波形随W102调节而增大，何时波形开始失真，何时停振，并测量当时发射极电压计算当时的I_E。

结果：a)波形失真前，即V_R105<3.8V时，波形随W102增大而增大；

b)V_R105=3.8V时，波形开始失真。

c)V_R105=4.8V时，彻底停振，波形如下图：

失真波形

停振波形

用万用表测得：R₁₀₅=750Ω。

由此，计算可得波形失真时I_E=5.06mA，停振时I_E=6.4mA

6． 比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度。

结论：用过上述实验比较LC振荡器和晶体振荡器的对于外界的干扰的反应，晶体振荡器比LC振荡器稳定。

7、比较LC振荡器与晶体振荡器的优缺点。

答：LC震荡可用的频率范围宽，电路简单灵活，成本低，容易做到正弦波输出和可调频率输出。但它的频率稳定度低，温漂时漂都比较大。

晶体稳频振荡器的频率单一不可调，输出频率精度高，温漂时漂都很小，一般射频通讯或遥控载频振荡器、智能系统时基等等都采用晶体振荡器。

实验三    高频谐振功率放大器实验

一、实验目的

1、了解高频调谐功率放大器的工作原理及其负载阻抗，输入激励电压等对高频谐振功率放大器工作状态的影响；

2、掌握高频功率调谐放大器的设计方法；

3、掌握高频功率调谐放大器的调谐、调整和主要技术指标的测量方法；

4、熟悉高频仪器仪表的使用方法。

二、实验原理

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ< 90º，效率η可达到80%，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

                甲类功率放大器         丙类功率放大器

              图3-1  高频功率放大器

图3-1为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中QA1组成甲类功率放大器，晶体管QA2组成丙类谐振功率放大器，这两种功率放大器的应用十分广泛，下面介绍它们的工作原理及基本关系式。

1．甲类功率放大器

  1)静态工作点

  如图3-1所示，晶体管QA1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其中RB1、RB2为基极偏置电阻；RE1为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。RF1为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定：

              uEQ=IEQ(RF1+RE1)≈ICQRE1                    (3-1)

  式中，RF1一般为几欧至几十欧。

              ICQ=βIBQ                                     (3-2)

              uBQ=uEQ+0.7V                                (3-3)

              uCEQ=Ucc - ICQ(RF1+RE1)                      (3-4)

  2)负载特性

  如图3-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P0可表示为：

                   P0 = PH′/ηB                              (3-5)

  式中，PH′为输出负载上的实际功率，ηB为变压器的传输效率，一般为

      ηB=0.75~0.85。

2．丙类功率放大器

1)基本关系式

如图3-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压u_BE是利用发射极电流的直流分量I_EO(≈I_CO)在射极电阻R_E2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大的输入信号u_i′为正弦波时，则集电极的输出电流i_c为脉冲波。利用谐振回路L₂C₂的选频作用可输出基波谐振电压u_c1，电流i_c1。图3-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：

u_c1m=I_c1mR_o                                   (3-13)

式中， u_c1m为集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；

u_c1m为集电极基波电流振幅；R_o为集电极回路的谐振阻抗。

                           (3-14)

式中，P_C为集电极输出功率

                        P_D=u_ccI_CO                                           (3-15)

式中，P_D为电源u_cc供给的直流功率；

      I_CO为集电极电流脉冲i_c的直流分量。

2)负载特性

当功率放大器的电源电压+u_cc，基极偏压u_b，输入电压C或称激励电压u_sm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图3-7所示，由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性曲线的转折点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降u_CES，集电极电流脉冲接近最大值I_cm。

图3-7  谐振功放的负载特性

此时，集电极输出的功率P_c和效率η都较高，此时放大器处于临界工作状态。R_q所对应的值称为最佳负载电阻值，用R₀表示，即

                                          (3-28)

当R_q< R₀放大器处于欠压工作状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当R_q > R₀时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：

                  ucc - ucm = uCES                           (3-29)

式中，ucm集电极输出电压幅度。uCES晶体管饱和压降。

三、实验电路

本实验由两级组成：激励级由甲类功放组成，功放级由丙类功放组成，电源供电为12V，甲类功放使用3DG12C，丙类功放用C1514。

本实验主要技术指标：输出功率P₀ ≥ 125mW，工作中心频率f₀ = 10.7MHZ，负载R_L=50Ω。

四、实验步骤及数据

1、调节WA1，使QA1的静态工作点为I_CQ=7mA(V_E=2.2V)。

2、连接JA1，JA2，JA3，从TA101处输入10.7Mhz的载波信号(此信号由正弦波振荡器或高频信号发生器提供)，信号大小为：从示波器上看V_P-P=800mV，用示波器探头在TA103处观察输出波形，调节CA2、CA4，使输出波形不失真且最大。

3、断开JA1，测量QA1和QA2的静态工作点

结果：      QA1：V_B=2.2V，V_E=1.6V，V_C=12V

            QA2：V_B=0V，V_E=0V，V_C=12V

4、连接JA1，测量QA1和QA2的动态工作点

结果：      QA1：V_B=2.2V，V_E=1.6V，V_C=12V

            QA2：V_B=0V，V_E=0.8V，V_C=12V

发现，QA2在动态工作点时，V_BE为负值

5、用示波器观察波形，记录如下：

QA1基极波形，刻度：2us  0.2V

QA1输出波形，刻度：2us  1V

QA2基极波形，刻度：2us  1V

QA2发射极波形，刻度：2us  0.5V

QA2发射极波形（直流分量），刻度：2us  0.5V

可看到，直流分量的波形全在基准线之上

QA2集电极波形，刻度：2us  0.5V

QA2输出波形，刻度：2us  1V

6、分析实验数据，说明达不到真正丙类状态的原因；

这一个实验没有做

7、说明丙类放大器在输入信号不能完全通过的情况下，输出信号不失真的原理。

答：丙类高频功率放大器输出管工作区域小于180度，但还是属于线性放大范畴，但它放大的是固定频率的高频信号，由于在输出端接有LC谐振回路，所以输出端输出的，还是一个完整的交流正弦讯号。

五、实验心得

实验基础准备不够，实验前对于书本知识的掌握度不够，以至于做实验的时候对于很多常规性的概念不理解，没法对实验数据进行分析。

对于电路的调试还不是很熟练，一些问题总是需要老师来帮忙。都大三下学期了，马上毕业了，没有充分掌握电子线路的硬件实验部分。

实验是对书本的验证和巩固，书本没有看完和看懂，就去做实验，效果没有那么好。下次试验一定要好好的看课本。

第二篇：中南大学高频电子线路实验报告

中南大学高频电子线路实验报告

                            高频小信号放大实验

               

            专业：电科1202班

                

            姓名：黄亦腾

                

            学号：1404120221

20##年12月23日

实验一 高频小信号调谐放大器实验

一、实验目的

1、  掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。

2、  熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。

3、  掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。

二、实验内容

1、  谐振频率的调整与测定。

2、  主要技术性能指标的测定：谐振频率、谐振放大增益Avo及动态范围、通频带BW0.7、矩形系数Kr0.1。

三、实验仪器

1、1号板信号源模块             1块

2、2号板小信号放大模块         1块

3、6号板频率计模块             1块

4、双踪示波器                  1台

5、万用表                      1块

6、扫频仪（可选）              1块

四、实验原理

（一）   单调谐小信号放大器

           

        图1-1 单调谐小信号放大电路图

1、谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f₀称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f₀的表达式为

                           

2、电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数A_V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A_V0的表达式为

                         

3、通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数A_V下降到谐振电压放大倍数A_V0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW= 2△f_0.7 = f₀/Q_L

五、实验步骤

（一）单调谐小信号放大器单元电路实验

1、  断电状态下，按如下框图进行连线：

单调谐小信号放大电路连线框图

2、  频率谐振的调整

（1）         用示波器观测TP3，调节①号板信号源模块，使之输出幅度为200mV、频率为10.7MHz正弦波信号。

（2）         顺时针调节W1到底，用示波器观测TP1，调节中周，使TP1幅度最大且波形稳定不失真。

3、  动态测试

4、  通频带特性测试

5、  谐振曲线的矩形系数Kr0.1测试

（1）       调节信号频率，测试并计算出Bw0.1。

（2）       计算矩形系数Kr0.1。

（二）   双调谐小信号放大器单元电路实验

1、  断电状态下，按如下框图进行连线：

双调谐小信号放大电路连线框图

2、  频率谐振的调整

（1）         用示波器观测TP6，调节①号板信号源模块，使之输出幅度为150mV、频率为465KHz正弦波信号。

（2）         顺时针调节W1到底，反复调节中周T2和T3，使TP7幅度最大且波形稳定不失真。

3、  动态测试

4、  通频带特性测试

六、实验报告要求

1、  写明实验目的。

2、  画出实验电路原理图，并说明其工作原理。

3、  整理实验数据，将表格转换成坐标轴的形式，并得出结论。

结论：

（1）当出入频率固定时，随着输入电压的增加，输出信号不断电大，同时增益逐渐减小。

（2）当输入电压一定时，输入信号的频率越接近谐振频率则输出电压越大，同时增益越大。