机械制造工艺学
实 验 指 导 书
李旭宇、陈书涵、曾基础、李碧琼、杨义蛟等编
长沙理工大学机电工程系教研室
20##年6 月
实验一 机床刚度测定分析
一、 实验目的
1、用生产法、静载法测定机床刚度，通过本实验熟悉机床刚度的测定原理、方法和步骤。
2、验证理论，了解机床刚度对加工工件精度的影响。
二、 实验要求
1、用静载法作出机床刀架的刚度曲线。
2、用生产法、静载法分别测出系统刚度、机床各部位刚度值，并将实验结果进行分析、比较。
三、 实验原理
1、工艺系统是各种零、部件按不同连接方式和运动方式组合起来的总体，因此它受力后的变形是复杂的，其中包括连接表面间的接触变形，消除间隙处的摩擦等问题。为了分析比较工艺系统抵抗变形的能力，必须建立刚度概念。利用刚度的概念对工艺系统刚度进行测定和分析，寻找工艺系统的薄弱环节，采取工艺措施，保证或提高加工精度。
2、测定机床刚度，有静载法和生产法两种。静载法测定起来较简单方便，且能在机床制造过程中测定它的刚度，从而及时发现其薄弱环节，但此法测定条件和实际加工条件不完全一样，有时候误差较大。为此，采用生产法来测定机床刚度。
3、机床刚度的静测定法，是在机床不工作状态下进行的，这一方法的本质是对机床施加载荷（模拟切削时的情况），然后测出在不同的载荷下，工艺系统各部分的相应变形，再进行数据分析与处理，得出结果。
图1 机床静刚度测定装置图
Ⅰ光轴，1主轴位移千分表，2尾架位移千分表，3测力环加载千分表、4刀架位移千分表，5螺旋加力器，6加力器，7测力环
静载法的计算基于下述分析：
如图1所示，采用加载器和测力环通过心轴对车床施加相当于
的径向切削分力，该力可由测力环中千分表测得，前后顶尖和刀架的变形位移由相应的千分表读出。
刀架刚度：
前顶尖刚度：
后顶尖刚度：
而车床系统变形
为前、后顶尖变形的平均值与刀架变形位移之和，即：
这样车床静刚度
即可求出。由于心轴短而粗，忽略工件本身的变形，故即为系统刚度。
由于静载——变形曲线为非线性，各区间的刚度是不同的，其大小应以该区间的曲线斜率
表示，这说明各部件刚度是随载荷大小而变化的，各部件可以从曲线中求出平均值。为简便起见，可用最大力和最大变形值
的比值来代表。
4、用生产法测定机床刚度是在机床工作状态下进行的，其本质是以不同的加工余量来加工工件，然后根据加工误差的复映规律，将刚度计算出来。
DⅠ1 DⅠ2 D21 D22 D31 D32
图2
试件图
生产法的计算基于下述分析：
如图2所示，在车床上车削具有二个阶梯的三个阶梯环。加工前，设设第一、二阶梯的加工余量分别为
。加工过程中，由于余量不同，因此工艺系统受切削力不同所产生的变形也不同。若工艺系统刚度在加工两个阶梯长度为常数时，则：
第一阶梯的变形：
第二阶梯的变形：
实际切深：
由切削原理知
，所以
（1）
令：
，
称为准确度比。
化简（1）式得：
（2）
实验时，取工件刚度很大，刀具外伸很短，则
（3）
在实验条件相同的情况下，车削三个阶梯环Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，测出阶梯环处的
和
（用千分表测量），则
、
、
都可由式（3）求出。而
（4）
（5）
（6）
由式（4）、（5）、（6）解出：
生产法测定车床刚度原始记录表
四、 思考题
1、工艺系统刚度对工件的加工质量和生产率有何影响？
2、影响机床刚度的因素有哪些？如何影响？
3、切削力各值对机床刚度的影响如何？
4、分析所用机床的刚度，并提出意见。
实验二 镗杆自激振动及减振
一、实验目的和要求
1、实验前认真复习有关镗杆自激振动及减振的教材，并详细阅读本指导书。
2、观测镗孔时工件与刀具系统产生自激振动的现象。
3、了解自激振动测试系统的组成与测试原理。
3、掌握镗杆自激振动产生的原理与切削用量对其的影响。
4、掌握削扁镗杆的减振原理和操作方法。
二、实验设备、仪器和试件
1、普通车床 1台
2、圆镗杆 1根
3、削扁镗杆（带镗刀转向装置） 1根
4、镗刀 3把
5、压电式加速度传感器 2个
6、电荷放大器 1台
7、示波器 1台
8、钢套试件 2 个
三、实验原理
1、镗杆自激振动的产生原理
切削过程中产生自激振动的原因有各种学派的解释，其中振型耦合自激振动原理（也被称为座标联系自激振动原理）是主要的一种。
该理论认为，刀具与工件的相对振动运动是以质量耦合的形式在两个方向上相互关联振动的组合（属于双自由度振动）；振动时刀具与工件的相对运动轨迹是一个顺时钟方向的椭圆；维持振动的能量（来源于切削力的变动）仅取决于切削截面大小的变化，而与振动速度无关。
如图1所示，刀尖切入时由A点经C点到B点，A→C→B切深较小；切出时由B点经D点到A点，B→D→A切深较大。由于切深的变化，引起了切削力的变化。即刀尖沿与切削力方向P同向的B→D→A移动时，比刀尖沿与切削力方向相反方向A→C→B运动时的切削力大。这样在每一个循环内，切削力P对刀具部件作的正功大于负功，振动便加强，直到每个循环获得的能量与消耗的能量平衡为止，此时振动便以此振幅振动下去，即产生自激振动。
2、镗杆自激振动的减振原理
自激振动本身不会自行衰减，欲减小自激振动，需采取一定的措施。消除和减小自激振动的方法有很多，其中削扁镗杆减振是其中主要的一种。
在镗杆上平行地削去两边，削边部分的厚度为（0.6~0.8）d，其中d为镗杆直径。削边后的镗杆，两个相互垂直的方向具有不同的刚度，小刚度主轴为R1，大刚度主轴为R2，如图2所示。并设R1方向的刚度为k1， R2方向的刚度为k2，即k1﹤k2，如图3所示。
图2 刚度主轴示意图 图3 小刚度主轴位于不稳定区示意图
由计算可知，当削扁镗杆的小刚度主轴位于切削力P和y轴（通过切削刃做加工表面的法线，刀具离开工件的方向为正方向）的夹角范围内时系统容易产生自激振动，即切削力P和y轴的夹角范围内为不稳定区。因此只要使削扁镗杆的小刚度主轴R1位于切削力P和y轴夹角之外，避开该不稳定区，镗杆就不容易产生自激振动。因此适当调整削扁镗杆的小刚度主轴的位置可以有效消除镗杆所产生的自激振动。
四、实验内容及操作步骤
1、调试机床
（1）熟悉实验室内机床周围环境，注意实验室内电源、设备、工件位置，避免发生安全事故。
（2）检查机床工具、刀具、量具是否齐全，摆放位置是否妥当。
（3）检查机床手柄是否在正确的位置，主轴转速、进给量是否调整正确。
（4）安装工件、镗杆和镗刀，确保安装位置正确，紧固力足够。
（5）启动机床，试车。
2、建立振动测试系统
（1）检查示波器是否预热30分钟。
（2）将两个压电式加速度传感器分别吸附到镗杆中部的切削力的水平与垂直方向，并将其信号线分别接入电荷放大器的两个输入端。
（3）将相应的电荷放大器输出端与示波器的信号输入端相连接。
（4）打开电荷放大器的电源。
（5）轻击镗杆，检查振动信号是否正确传入电荷放大器输入端和示波器。
3、观测切削用量对自激振动的影响
切削条件如下：
切削用量：进给量 f=0.11毫米/转，转速 n=102 转/分，切削深度αР=0.5毫米。刀具角度：γo=5°，αo=15°，Kr=75°，Kr′=25°
镗杆：圆镗杆。
实验时，其他条件不变，改变进给量f，镗削时振动情况记录在表一内。
4、观测削扁镗杆的减振效果
实验时，用削扁镗杆镗孔，改变镗杆刚度主轴的坐标位置，即从 0°到180°每隔 30°改变θ（镗杆大刚度主轴与y方向的夹角）角一次，进行镗削，将每次镗孔时自激振动的情况，记录在表二内。
切削条件如下：
切削用量：进给量 f=0.11 毫米/转，转速 n=102 转/分，切削深度αP=0.5毫米。
五、实验数据的记录
1、切削用量对自激振动的影响
表一
2、削扁镗杆减振
表二
六、思考题
1、自激振动有什么特点（与受迫振动相比较）？自激振动时，刀尖的运动轨迹为什么近似椭圆？
2、刀具的几何角度对镗杆的自激振动有什么影响？为什么？
3、切削用量对镗杆的自激振动有什么影响？为什么？
4、镗孔时有几种消振方法？各有什么特点？
第二篇：高频电子实验指导书
高频电子线路实验指导书（必修）电子与信息工程学院-----------------------------------------------------Page 1-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书前言高频电子线路是无线电技术类各专业的一门主要技术基础课，也是国内各院校相应 专业的主干课程。该课程的任务是研究高频电子线路的基本原理与基本分析方法，以单 元电路的分析和设计为主。具体来说它主要包括高频电路的基本知识、高频小信号谐振 放大器和高频谐振功率放大、正弦波、振幅调制和解调、混频、频率调制与解调等内容， 这些都是通信与信息系统中重要的组成部分和理论基础。基于本课程的特点，要求高等院校既要培养大学生的坚实的理论基础，又要进行严 格的工程技术训练，这样才能不断提高大学生的实验研究能力、分析计算能力、总结归 纳能力和解决实际问题的能力。为此特意编写了本实验指导书，以指导如何利用现有的 实验设备进行基本电子线路的理解和复杂电子线路的设计等。它不仅包括了高频电子线 路一些基本单元电路的验证与设计实验，而且还包括了两个综合设计性实验。实验的开 设有利于培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体 化，对增强学习的兴趣又极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅 助环节。总之，不 论是验 证性 实验还 是综 合性实 验都 会加深 学生 对基本 知识 的理解 和渗 透 ， 提高他们的动手操作能力，以更好的适应时代发展的需要。本实验要求同学在做完每个 实验后，要认真书写实验报告，对实验数据的正确性进行分析，并写出心得和体会。－ 1 －-----------------------------------------------------Page 2-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书目录前目言 ····························································································································1录 ····························································································································2高频电子线路实验箱总体介绍 ····················································································3实验一实验二实验三实验四实验五实验六高频小信号调谐放大器 ···
·············································································6谐振功率放大器 ··························································································12集电极调幅与大信号检波 ··········································································19集成电路模拟乘法器的应用 ······································································27小功率调频发射机的设计（综合性实验） ··············································42调频接收机的设计（综合性实验） ··························································45参考文献 ······················································································································47－ 2 －-----------------------------------------------------Page 3-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书高频电子线路实验箱总体介绍一、概述本高频电子线路的实验内容及实验顺序是根据高等教育出版社出版的〈〈高频电子 线路〉〉一书而设计的（作者为张肃文）。基于高频电子线路实验箱，共设置了六个实验， 它们是：高频小信号调谐放大器实验、高频谐振功率放大器实验、集电极调幅及大信号 检波实验、集成模拟乘法器应用实验、小功率调频发射机设计和调频接收机设计。其中 前四个实验是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容。后两个 实验是综合性系统实验，是让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路 组成的。二、主机介绍高频电子线路实验箱上提供实验所需而配备的专用开关电源，包括三路直流电源： +12V、+5V、-12V，共直流地；直流电源下方是频率计和高低频信号源。它们不作为实 验内容，属于实验工具。高低频信号源和频率计的使用说明如下。1、频率计的使用方法实验箱提供的频率计是基于实验的需要而设计的。它只适用于频率低于 15MHz，信 号幅度 Vp-p=100mV～5V 的信号。参看实验箱电路板上印刷的原理图 G9（原理图中的 CC201 用于校正显示频率的准确度，W201 用于调节测量的阈门时间，这两个元件均在 PCB 板的另一面）。使用的方法是：K201 是频率计的
开关，在使用时首先要按下该开关；当测低于 100KHz 的信号时连接 JG1、JG4（此时 JG2 应为断开状态）。当测高于 100KHz 的信号时连接 JG2 （此时 JG1、JG4 应为断开状态，一般情况下都接 JG2）。将需要测量的信号（信号输出端）用实验箱中附带的带弹片的连接线与频率计的输 入端（ING1）相连，则从频率计单元的数码管上能读出信号的频率大小。数码管为 8 个， 其中前 6 个显示有效数字，第 8 个显示 10 的幂，单位为 Hz（如显示 10.7000-6 时，则 频率为 10.7MHz）。本频率计的精度为：若信号为 MHz 级，显示精度为百赫兹。若信号为 KHz 和 Hz 级则显示精度为赫兹。2 、 低频 信 号源 的 使 用方法实验箱提供的低频信号源包括两部分：第一部分：输出 500Hz～2KHz 信号（实际输出信号范围较宽）；此信号可以以正弦 波的形式输出，也可以方波、三角波的形式输出。它用于变容二极管调频单元，集成模 拟乘法应用中的平衡调幅单元，集电极调幅单元和高频信号源调频输出。第二部分：输出 20KHz～100KHz 信号（实际输出信号范围较宽）；此信号可以正弦－ 3 －-----------------------------------------------------Page 4-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书波的形式输出。它用于锁相频率合成单元。低频信号源的使用方法如下：可调电阻 W305 用于调节输出方波信号的占空比；W303、W304 的作用是：在输出正 弦波信号时，通过调节 W303、W304 使输出信号失真最小。这三个电位器在实验箱出厂 时均已调到最佳位置且此三个电位器在 PCB 板的另一面。原理图上的 W306 用来调节输出信号频率的大小；W301 用于调节方波或者三角波的幅度；W302 用于调节正弦波信号的幅度。在使用时，首先要按下开关 K301。当需输出 500Hz～2KHz 的信号时，参照实验箱电 路板上印刷的原理图 G7，连接好 JD1、 正弦波”跳线（此时 JD2 和“正弦波”跳线、 三 角波”跳线应断开），则从“可调正弦波输出”处输出正弦波；断开“正弦波”跳线， 连接“ 方波 ”跳线 ，则 从“波 形选 择输出 ”处 输出方 波； 同理， 断开 “方波 ” 跳 线连 接“三角波”跳线，则从“波形选择输出”处输出三角波。当需输出 20KHz～100KHz 的信号时，参考实验箱电路板上印刷的原理图 G7，连接好 JD2 和“正弦波”跳线（此时 JD1 和“正弦波”跳线、 三角波”跳线应断开），则在“可 调正弦波输出”处输出 20KHz～100KHz 的正弦波；根据实验的需要用示波器观察，通过 调节 W302 获得需要信号的大小；用频率计测量，通过调节 W306 获得需要信号的频率。3
、 高频 信 号源 的 使 用方法实验箱提供的高频信号源只提供 10.7MHz 的载波信号和约 10.7MHz 的调频信号（调频信号的调制频偏可以调节），参看实验箱电路板上印刷的原理图 G8。 晶体振荡输出载波峰峰值不低于 1.5V。LC 振荡输出载波峰峰值不低于 1V。 高频信号源的使用方法如下：使用时，首先要按下开关 K401。当需要输出载波信号时，连接 J401（此时 J402、 J403、J404 应断开），则 10.7MHz 的信号由 TTF1 处输出，W401 用于调节输出信号的大 小。当需要输出 10.7MHz 的调频信号时，连接 J402、J403、J404（此时 J401 断开；若 信号偏离了 10.7MHz，则可调节可调电容 CC401 使之为 10.7MHz），同时使低频信号源处 于输出 1KHz 正弦波的状态，改变低频信号源的幅度就是改变调频信号的频偏，在没有 特别要求时，一般低频信号源幅度调为 2V，参看低频信号源的使用），则 10.7MHz 的调 制信号由 TTF1 处输出，W401 用于调节输出信号的大小；低频信号源处的 W302 用于调节 调制频偏的大小。在具体使用中，通过示波器观察输出信号的大小和形状。在具体使用中，通过示波器观察输出信号的大小和形状。三、模块介绍高频电子线路实验箱配备的电路板模块如下：1、接收模块 可完成的实验有：高频小信号调谐放大器、调频接收机设计（调谐放大、中频放大、鉴频解调，与接收模块组成发射接收系统）。2、环形混频器模块 可完成的实验有：环形混频器、正弦波振荡器。3、集电极调幅与大信号检波模块 可完成的实验有：集电极调幅与大信号检波。－ 4 －-----------------------------------------------------Page 5-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书4、发射模块 可完成的实验有：高频功率放大器、变容二极管调频、小功率调频发射机设计。5、锁相环应用模块 可完成的实验有：模拟锁相环的应用（PLL 倍频、PLL 解调）。 6、乘法器模块 可完成的实验有：集成电路模拟乘法器应用（调幅、检波、鉴频、混频）。注：同学们可对各模块进行不同组合，开发出新的实验；也可挂接自己开发的模块 并与现有模块一起使用；做实验时必须把具有相应实验内容的的模块插在主箱平台上。－ 5 －-----------------------------------------------------Page 6-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验一高频小信号调谐放大器一、实验目的小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路，主要用于高频小信号或微弱 信号的线性放大。在本实验中，通过对谐振回路的调试，对放大器
处于谐振时各项技术 指标的测试（电压放大倍数，通频带，矩形系数），进一步掌握高频小信号调谐放大器 的工作原理。学会小信号调谐放大器的设计方法。二、实验内容1 、 调节谐振回路使谐振放大器谐振在 10.7MHz 。 2 、 测量谐振放大器的电压增益。 3 、 测量谐振放大器的通频带。4 、 判断谐振放大器选择性的优劣。三、实验仪器1、20MHz模拟示波器 2、数字万用表 3、调试工具 4、 扫频仪一台 一块 一套 一台四、实验原理图 1-1 所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高 频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为 LC 并联谐振回路。图 1-1小信号调谐放大器－ 6 －-----------------------------------------------------Page 7-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出 信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻R B1 ，R B2 及R E 决定，其计算方法与低频单 管放大器相同。放大器在高频情况下的等效电路如图 1-2 所示 :图 1-2 放大器的高频等效回路晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流 I E ，电流放大系数 β 有关外， 还与工作频率 ω 有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测 得的。如在 f o = 30MHz， I E =2mA， U CE =8V 条件下测得 3DG6C 的 y 参数为：g ie =1 r ie= 2 mSC ie = 12 pFg oe =1r oe= 250 mSC oe = 4 pFy fe = 40 mSy re = 350 uS1、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率 f o ，谐振电压放大倍数A vo ，放大器的通频带 BW 及选择性（通常用矩形系数 K r 0 . 1 来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下： （1）谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率 f o 称为放大器的谐振频率， f o 的表达式为f 0 =12 π LC Σ－ 7 －（1-10）-----------------------------------------------------Page 8-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书谐振频率 f o 的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器 T 的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点 f o 。（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 vo 称为调谐放大器的电压放大倍数。 A vo 的表达式为 ：A V 0 = ?u 0 u i=? p 1 p 2 y feg Σ=? p 1 p 2 y fep 1
2 g oe + p 2 2 g ie + G（1-12）A vo 的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图 1-1 中R L 两端的电压u 0 及输入信号u i 的大小，则电压放大倍数 A vo 由下式计算：A V 0 = U 0 U i 或 A V 0 = 20 lg ( U o U i ) dB(1-13)（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 vo 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 Δ f 0 . 7 = f 0 Q L式中，Q L 为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数 A vo 与通频带 BW 的关系为(1-14)A V 0 ? BW =y fe∑(1-15)通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是 扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率 f o 及电压放大倍数 A vo 然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压u S 不变），并测出对应的电压放大倍数 A vo 。由于回路失谐后电压放大倍数下降，－ 8 －2 π C-----------------------------------------------------Page 9-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书所以放大器的谐振曲线如图 1-3 所示。图 1-3 谐振曲线 由式（1-14）可得BW = f H ? f L = 2 Δ f 0 . 7(1-16)（4）选择性——矩形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数 K v 0 . 1 时来表示，如图（1-3）所示的谐振曲线，矩形系数 K v 0 . 1 为电压放大倍数下降到 0.1 A vo 时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到 0.707 A vo 时对应的频率偏移之比，即K V 0 . 1 = 2 Δ f 0 . 1 2 Δ f 0 . 7 = 2 Δ f 0 . 1 BW（1-17）上式表明，矩形系数 K v 0 . 1 越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数 K v 0 . 1 远大于 1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数 K v 0 . 1 。2 、 实验 参 考电 路主要技术指标：谐振频率 f o =10.7MHz，谐振电压放大倍数 A vo ≥10-15 dB，通频带BW=1MHz，矩形系数 K v 0 . 1 ＜10。因f T 比工作频率 f o 大（5—10）倍，所以选用 3DG12C，选β=50，工作电压为 12V，查手册得 r b / b =70, C b / c =3PF，当 I E =1.5mA时 C b / c 为 25PF，取L≈1.8μH，变压器初级N 2 =23 匝，次级为 10 匝，且P 1 =0.43, P 2 =0。由于放大器是工－ 9 －-----------------------------------------------------Page 10
-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书作在小信 号 放大状态 ， 放大器工 作 电流I CQ 一般 选取 0.8—2mA 为宜，现 取 I E =1.5mA，U EQ =2.25V， U CEQ =9.75V。取CA3=120pF，高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容，现取耦合电容 C A 2 =0.01μF，旁路电容 C A 4 =0.1μF，滤波电容C A 5 =0.1μF。五、实验步骤参考实验箱附带的接收模块上印刷的原理图 G2。先调静态工作点，然后再调谐振回路。1、在主箱上正确插好接收模块，按照电路原理图 G2，对照接收模块中的高频小信 号调谐放大器部分，连接好跳线 JA1，正确连接电路电源线，＋12V 孔接+12V，＋5V 孔 接＋5V，GND 接 GND（从电源部分+12V 和＋5V 插孔用连接线接入）。2、接上电源通电，并拨动开关 K1 (若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。 3、调整晶体管的静态工作点：在不加输入信号（即u i =0），将测试点INA1 接地，用万用表直流电压档（20V档）测量三极管QA1 射极的电压（即测R4 靠近QA1 端的电压），调整可调电阻WA1，使 U EQ =2.25V（即使 I E =1.5mA），并测出 U BQ ， U CEQ ， U + 12 C 及 U + 12 B 值。4、调谐放大器的谐振回路使它谐振在 10.7MHz方法是：在 INA1 处由高频信号源提供频率为 10.7MHz 的载波（参考高频信号源的 使用），大小为 Vp-p-=20～100mV 的信号，用示波器探头在 TTA2 处测试（在示波器上看 到的是正弦波），调节变压器磁芯使示波器波形最大（即调好后，磁芯不论往上或往下 旋转，波形幅度都减小）。然后换用扫频仪做同样的测试。5、电压增益A V0可以由示波器直接测量。方法如下：用示波器测输入信号的峰峰值，记为 Ui。测输出信号的峰峰值记为 Uo。则小信号放大的电压放大倍数为 Uo/Ui。同学们也可以换用 扫频仪 测试A V0 。 6、测量通频带 BW用逐点法测量BW。先调谐放大器的谐振回路使其谐振 f o =10.7MHz，记下此时的电压放大倍数 A vo ，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压u S 不变），并测出对－ 10 －-----------------------------------------------------Page 11-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书应的电压放大倍数 A vo ，多测几点。用 扫频仪 测量 BW。同学们自行测试，并比较结果。 7、放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数K r0.1 表示，用（6）中同样的方法测出B 0.1 即可得：K r 0 . 1 =B 0 . 1 B 0 . 7=2 Δ f 0 . 1 2 Δ f 0 . 7六、实验报告1、整理好实验原始数据。2、针对步骤 3 画出直流通
路原理图，并计算此时 WA1 的值。 3、画出步骤 4 所观察到的曲线波形，并标上参数。 4、计算电压增益A V05、由步骤 6 的数据画出谐振曲线图，并计算通频带和矩形系数。6、思考 ：引 起小信 号谐 振放大 器不 稳的原 因是 什么？ 如果 实验中 出现 自激现 象 ，应该怎样消除？－ 11 －-----------------------------------------------------Page 12-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验二谐振功率放大器一、实验目的1、进一 步理 解谐振 功率 放大器 的工 作原理 及负 载阻抗 和激 励信号 电压 变化对 其 工作状态的影响。2、掌握谐振功率放大器的调谐特性、放大特性和负载特性。二、实验内容1 、 调试谐振功放电路特性，观察各点输出波形。2 、 改变输入信号大小，观察谐振功率放大器的放大特性。 3 、 改变负载电阻值，观察谐振功率放大器的负载特性。三、实验仪器1、20MHz 双踪模拟示波器 2、万用表3、调试工具 4、 扫频仪5、高频电压表一台 一块 一套 一台 一台四、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< 90?，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。图 2-1 为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中晶体管Q 1 组成甲类功 率放大器，晶体管Q 2 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 2-1 所示，晶体管Q 1 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其中R B1 、R B2 为基极偏置电阻；R E1 为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。R F1 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：U EQ = I EQ ( R F 1 + R E 1 ) ≈ I CQ R E 1式中，R F1 一般为几欧至几十欧。－ 12 －（2-1）-----------------------------------------------------Page 13-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书I CQ = β I BQ图 2-1高频功率放大器（2-2）U BQ = U EQ + 0 . 7 VU CBQ = U CC ? I C
Q ( R F 1 + R E 1 )（2-3）（2-4）（2）负载特性如图 2-1 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P 0 可表示为：′（2-5）式中，P H ′为输出负载上的实际功率，η B 为变压器的传输效率，一般为：η B =0.75~0.85图 2-2 为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在 交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻R H 称为最佳负载电阻。集电极的输出功率 P C 的表达式为：P C =1 2u Cm I Cm =22 R H(2-6)式中，u cm 为集电极输出的交流电压振幅，I cm 为交流电流的振幅，它们的表达式分别为U cm = U CC ? I CQ R E 1 ? U CES式中，u CES 称为饱和压降，约 1V。－ 13 －（2-7)ηP 0 = P H B1 u Cm-----------------------------------------------------Page 14-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书I cm ≈ I CQ如果变压器的初级线圈匝数为 N1，次级线圈匝数为 N2，则（2-8)N 1 N 2=η B R HR H '(2-9)式中，R H ′为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。图 2-2 甲类功放的负载特性（3）功率增益与电压放大器不同的是功率放大器应有一定的功率增益，对于图 2.1 所示电路，甲 类功率放大器不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还要将前级输入的信号， 进行功率放大，功率增益A p 的表达式为A P = P P（2-10）2 、 丙类 功 率放 大 器（1）基本关系式如图 2-1 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。当放大器的输入信号 u i / 为正弦波时，则集电极的输出电流i c 为余弦脉冲波。利用谐振回路L 2 C 3 的选频作用可输出基波谐振电压u c1 ,电流i c1 。分析可得下列基本关系式：u clm = I clm R o－ 14 －(2-11)-----------------------------------------------------Page 15-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书式中, u clm 为集电极输出的谐振电压即基波电压的振幅；I c 1 m 为集电极基波电流振幅；Ro 为集电极回路的谐振阻抗。P C =1 21 21 u C 2 1 m 2 R 0(2-12)式中，PC 为集电极输出功率P D = u cc I co(2-13)式中，PD 为电源 u cc 供给的直流功率；ICO 为集电极电流脉冲 ic 的直流分量。i ci cIcmU jU Bθ ou be oθ2θwtu be =U bm coswt图 2-3 输入电压 u be 与集电极电流 i c
波形图 2-3 为功放管特性曲线折线化后的输入电压 u be 与集电极电流脉冲i c 的波形关系。由图可得：cos θ =u j ? u Bu bm(2-14)式中：u j 为晶体管导通电压（硅管约为 0.6V，锗管约为 0.3V）u bm 为输入电压（或激励电压）的振幅。 u B 为基极直流偏压。（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－ 15 －wtu C 1 m C 1 m =I I C 21 m R 0 =-----------------------------------------------------Page 16-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书果电流导通角选定，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 2-4 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 。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R 0 表示，即R 0 =( u CC ? u CES ) 22 P 0(2-15)当R q < R 0 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 > R 0 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：u cc - u cm = u CES式中，u cm 集电极输出电压幅度。u CES 晶体管饱和压降。(2-16)图 2-4谐振功放的负载特性－ 16 －-----------------------------------------------------Page 17-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书3 、 电路 的 确定（1）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，功放管使用 3DG12C。本实验主要技术指标：输出功率P 0 ≥ 125mw，工作中心频率f 0 = 10.7MHz，负载R L =50Ω。（2）确定电路和参数激励级QE1 采用甲类放大，因此基极偏压采用固定偏压形式，静态工作点I CQ =7mA。 直流负反馈电阻为 300Ω，交直流负反馈电阻为 10Ω，集电极输出由变压器耦合输出到 下一级。谐振电容取 120P，根据前面的理论推导，变压器TE1 的参数为：N 初级 : N 次数 = 2 . 56初级取 18 匝，次级取 7 匝功放级QE2 采用丙类放大。导通角为 70?，基极偏压采用发射极电流的直流分量I EO 在 发射极偏置电
阻Re上产生所需要的V BB ，其中直流反馈电阻为 30Ω，交直流反馈电阻为 10Ω，集电极谐振回路电容为 120P，负载为 50Ω，输出由变压器耦合输出，采用中间 抽头，以利于阻抗匹配。它们的匝数分别为 N3=6 匝 N1=9 匝 N2=23 匝最终电路如实验发射模块上印刷的原理图 G1 所示。五、实验步骤参看实验发射模块上印刷的原理图 G1，在主箱上正确插好发射模块，对照发射模块 中的高频谐振功放部分，正确连接电路电源线，＋12V 孔接+12V， GND 接 GND（从电源 部分+12V 和 GND 插孔用连接线接入），接上电源通电，并拨动开关 K2 (若正确连接了, 扩展板上的电源指示灯将会亮)。1、调节WE1，使QE1 的发射极电压V E =2.2V（即用万用表测量QE1 的发射极对地的电压）。2、连接 JE3、JE6。3、从INE1 处输入 10.7MHz的载波信号（此信号由高频信号源提供，参考高频信号 源的使用），信号大小为V P-P =250mV左右。用示波器探头在TTE1 处观察输出波形，调节TE1、 TE2，使输出波形不失真且最大。记录曲线波形。4、观察放大特性：从INE1 处输入 10.7MHz载波信号，信号大小从V P-P =0mV开始增加, 用示波器探头观察QE2 的发射极电压波形，直至观察到有下凹的电流波形为止，此时说 明QE2 进入过压状态（如果下凹的电流波形左右不对称，则微调TE1 可使其非对称性得 到适当地改善）。如果再继续增加输入信号的大小，则可以观测到下凹的电压波形的下 凹深度增加。（20Mhz示波器探头，如果用×1 档看下凹不明显，则用×10 档看。）记录 曲线波形。5、观察负载特性：输入信号为 Vp-p=250mV 左右 （由高频信号源提供 10.7 MHz 的载波）。调中周 TE1、 TE2（此时负载应为 50Ω，JE3、JE6 均连上），使电路谐振在 10.7 MHz 上（此时从 TTE1处用示波器观察，波形应不失真，且最大）。微调输入信号大小，在 QE2 的发射极处观－ 17 －-----------------------------------------------------Page 18-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书察，使放大器处于临界工作状态。改变负载（组合 JE3、JE4、JE5 的连接）使负载电阻 依次变为 25Ω（51Ω||51Ω）→51Ω→100Ω。用示波器在 QE2 的发射极处能观察到不 同负载时的电流波形（由欠压、临界至过压）。在改变负载时，应保证输入信号大小不 变（即在最小负载 50Ω时处于临界状态）。同时在不同负载下，电路应处于最佳谐振（即 在 TTE1 处观察到的波形应最大且不失真。20Mhz 示波器探头，如果用×1 档看下凹不明 显，则用×10 档看。）。记录曲线波形。6、使用 扫频仪 ，调整 TE1、TE2，使得 TE1 初级与 CE7，TE2 初级与 CE4 谐振
均在10.7MHz，同时测试整个功放单元的幅频特性曲线，使峰值在 10.7MHz 处。7、测量负载特性用高频电压表测量负载电阻上的电压，改变负载电阻R L （参照步骤 4），记下相应的电流I CO 和电压V L ，并且计算当R L =50Ω时的功率和效率。六、实验报告1、绘出步骤 3、4、5 的一系列波形，标上参数。 2、画出放大器三种工作状态的电流波形。 3、绘出负载特性曲线。4 、说明丙类放大器的工作状态受输入信号和负载变化的影响过程。－ 18 －-----------------------------------------------------Page 19-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验三集电极调幅与大信号检波一、实验目的1、进一步加深对集电极调幅和二极管大信号检波工作原理的理解； 2、掌握动态调幅特性的测试方法；3、掌握利用示波器测量调幅系数m a 的方法；4、观察检波器电路参数对输出信号失真的影响。二、实验内容1、 调试集电极调幅电路特性，观察各点输出波形。 2、 改变输入信号大小，观察电流波形。 3、 观察检波器的输出波形。三、实验仪器1、20MHz 双踪模拟示波器 2、万用表3、调试工具 4、 扫频仪四、实验原理1、原理(1) 集电极调幅的工作原理集电极调幅的基本原理电路如图 3—1 所示：一台 一块 一套 一台图 3 － 1集电极调幅原理电路－ 19 －-----------------------------------------------------Page 20-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图中，设基极激励信号电压（即载波电压）为： υ 0 = V 0 cos ω 0 t 则加在基射极间的瞬时电压为 υ B = ? V BE + V 0 cos ω 0 t调制信号电压υ Ω 加在集电极电路中，与集电极直流电压V CC 串联，因此，集电极有效电源电压为V C = V CC + υ Ω = V CC + V Ω cos ω 0 t = V CC ( 1 + m a cos Ω t )式中，V CC 为集电极固定电源电压； m a = V Ω V CC 为调幅指数。由式可见，集电极的有效电源电压 VC 随调制信号压变化而变化。由图 3—2 所示，i cV Bmaxi cω t0V c4V c3V c2V c1 Vc0欠压临界过压图 3 － 2同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形图中，由于-V BB 与υ b 不变，故 v B max 为常数，又R P 不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随V CC 值的不同，沿υ c 平行移动。由图可以看出，在欠 压区内，当V CC 由V CC1 变至V CC2 （临界）时，集电极电流脉冲的振幅与通角变化很小，因此 分解出的I cm1 的变化也很小，因而回路上的输出电压υ c 的变化也很小。这就是
说在欠压 区内不能产生有效的调幅作用。当动态特性曲线进入过压区后，V CC 等于V CC3 、V CC4 等，集电极电流脉冲的振幅下降， 出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。在这种情况下，分解出的I cm1 随集电极电压V CC 的 变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随V CC 而变化。输出高频电压的振幅V c =I cm1 ·R p ， R p 不变，I cm1 随V c 而变化，而V CC 是受υ Ω 控制的，回路两端输出的高频电压也随υ Ω 变化， 因而实现了集电极调幅。其波形如图 3—3 所示。－ 20 －-----------------------------------------------------Page 21-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书v (t)0v 0 (t)t0v λ0当没有加入低频调制电压 υ Ω （即υ Ω =0）时，逐步改变集电极直流电压 VCC 的大 小，同样可使 ic 电流脉冲发生 变化，分解出的I CO 或I cm1 也Ω (t)图 3-3 集电极调幅波形图IQttIcm1Ic0会发生变化。我们称集电极高 频电流I cm1 （或I CO ）随VCC变化的关系线为静态调制特性 曲线。根据分析结果可作出静态调制特性曲线如图 3—4 所示。OV CCQV CCOV CC图 3 － 4－ 21 －集电极调幅的静态调制特性-----------------------------------------------------Page 22-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电 压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。通常调制信号角频率Ω要比载波角频 率ω o 低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变 的一周内，调制信号电压基本上不变。这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过 程。我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。由图 3—4 可知，为了减 小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程都工作在过压状态，所以工 作点Q应选在调制特性曲线直线段的中央，即V CCQ =1/2V CCO 处，V CCO 为临界工作状态时的集 电极直流电压。否则，工作点Q偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。在本实验 中会得到证实。（2）二极管大信号检波的工作原理当输入信号较大（大于 0.5 伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。（ a ）大信号检波原理电路如图 3-5(a)所示。检波的物理过程如下：在高频信号电压的正－ 22 －-----------------------------------------------------Page 23-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书
半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充 电电流i D 很大，使电容器上的电压υ c 很快就接近高频电压的峰值。充电电 流的方向如 图 3－5（a）图中所示。这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管导通 与否，由电容器C上的电压υ c 和输入信号电压υ i 共同决定。当高频信号的瞬时值小于υ c 时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间 常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号 第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。如图 3—5—b中的t 1 至 t 2 的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近 第二个高频电压的最大值。在图 3—5—b中的t 2 至t 3 时间为二极管截止的时间，在此时间 内电容器又通过负载电阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图 3—5—b中电压υ c 的 波形。因此只要充电很快，即充电时间常数R d ·C很小（R d 为二极管导通时的内阻）；而 放电时间常数足够慢，即放电时间常数R·C很大，满足R d ·C<< RC,就可使输出电压υ c 的 幅度接近于输入电压υ i 的幅度,即传输系数接近 1。另外，由于正向导电时间很短，放 电时间常数又远大于高频电压周期（放电时υ c 的基本不变），所以输出电压υ c 的起伏是 很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。而高频调幅波的包络又与原调制信号的形 状相同，故输出电压υ c 就是原来的调制信号，达到了解调的目的。根据上述工作特点，大信号检波又称峰值包络检波。理想情况下，峰值包络检波器 的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。但实际上二者之间总会有一些差距，亦 即检波器输波形有某些失真。本实验可以观察到该检波器的两种特有失真：即惰性失真 和负峰切割失真。惰性失真是由于负载电阻 R 与负载电容 C 选得不合适，使放电时间常数 RC 过大引起的。惰性失真又称对切割失真，如图 3—6 所示。如图中t 1 -t 2 时间内，由于调幅波的包络下降，电容C上的电荷不能很快地随调幅波 包络变化，而输入信号电压υ i 总是低于电容C上的电压υ c ，二极管始终处于截止状态， 输出电压不受输入信号电压控制，而是取决于RC的放电，只有当输入信号电压的振幅重－ 23 －-----------------------------------------------------Page 24-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书新超过输出电压时，二极管才重新导电。为了避免这种失真，理论分
析证明，R·C的大 小应满足下列条件R ? C <1 ? Ma 2m a Ω max式中m a 是调制系数；Ωmax是被检信号的最高调制角频率。负峰切割失真是由于检波器的直流负载电阻 R 与交流（音频）负载电阻相差太大引起的一种失真。检波器总是通过耦合电容C C 与低频放大器或其他电路相连接。如图 3—7 所示。图中 C C 是耦合电容，容量较大；r i2 是下一级电路的输入电阻（一般较小 1KΩ左右）。由图可 见：检波器的直流负载电阻为R（R L ）；由于C C 的容量较大，对音频（低频）来说，可以 认为是短路。图 3-7接有交流负载的检波器因此，检波器的交流负载电阻R Ω 等于R与r i2 的并联值，即R Ω =R ? r i 2 R + r i 2< R显然交、直流电阻是不同的，因而有可能产生失真。这种失真通常使检波器音频输 出电压的负峰被切割，因而称为负峰切割失真或底部切割失真，如图 3—8 所示。为了避免这种失真，经理论分析 R 和 R Ω 应满足下列条件Ma max ≤R ΩR－ 24 －-----------------------------------------------------Page 25-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书V Ωm a ViVi图 3 － 8负峰切割失真V2、实验线路本实验的原理电路图如集电极调幅模块上印刷的原理图 G3 所示。图中 Q1 为驱动管，Q2 为调幅晶体管。晶体管 Q1 工作于甲类，Q2 工作于丙类，被 调信号由高频信号源从 IN1 输入，C13 与 T1 及 C3 与 T2 的初级调谐在输入信号，此处 调谐在 10. 7MHz。调制信号从 IN3 处输入，D1 为检波管，R3、R4、R5 为检波器的直流 负载，C6、R3、C7 组成π型低通滤波器，C10 为耦合电容，R7、R6、R10 为下级输入电 阻。五、实验步骤参照原理图 G3，在主箱上正确插好集电极调幅与大信号检波模块，对照集电极调幅 与大信号检波模块部分，正确连接电路电源线，＋12V 孔接+12V， GND 接 GND（从电源 部分+12V 和 GND 插孔用连接线接入），接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指 示灯将会亮)。1、调整集电极调幅的工作状态。开关 K1 向右拨，连接好跳线 J1,J2,J5;调 W1 使 Q1 的静态工作点为 UEQ＝2.1V（即测其发射极对地的电压）。2、从 IN1 处注入 10.7MHz 的载波信号（大小为 Vp-p=450mV 左右，此信号由高频信 号源提供。为了更好地得到调幅波信号，在实验过程中应微调 10.7Mhz 信号的大小。）， 在 TT1 处用示波器观察输出波形，调节 T1、T2 的磁芯使 TT1 处输出信号最大且不失真。3、测试动态调制特性用示波器从 Q2 发射极测试其输出电压波形，改变从 IN1 处输入信号的大小（即调 W401 ，信号幅
度从小到大），直到观察到电流波形顶点有下凹现象为止，此时， Q2 工 作于过压状态，保持输入信号不变，从 IN3 处输入 1KHz 的调制信号（调制信号由低频 信号源提供，参照低频信号源的使用），调制信号的幅度由 0V 开始增加。此时用示波器 在 TT1 处可以看到调幅信号如图 3-10 。改变调幅信号大小，记下不同的 V ? 时的 A 和 B 。－ 25 －-----------------------------------------------------Page 26-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 3-10 调幅系数测量BAm a =A ? B A + B× 100 %4、观察检波器的输出波形从 TT2 用示波器观察检波器输出波形，分别连接 J2、J3、J4、J5，J6 在 TT2 处观察输出波形。（1）观察检波器不失真波形（参考连接为 J2、J5，可以相应的变动）。 （2）观察检波器输出波形与调幅系数 ma 的关系。（3）在检波器输出波形不失真的基础上，改变直流负载，观察“对角线切割失真”现象，若不明显，可加大 ma（参考连接为 J3、J5，可以相应的变动）。（4）在检波器输出不失真的基础上，连接下一级输入电阻，观察“负峰切割失真”现象（参考连接为 J2、J6，可以相应的变动）。六、实验报告1、整理实验所得数据。 2、计算 ma。V ? （V）0.20.512……ma3、由实验步骤画出不失真和各种失真的调幅波波形。 4、画出当参数不同时，各种检波器的输出波形。－ 26 －-----------------------------------------------------Page 27-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验四集成电路模拟乘法器的应用一、实验目的1、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。 2、掌握 利用 乘法器 实现 混频， 平衡 调幅， 同步 检波， 鉴频 等几种 频率 变换电 路 的原理及方法。二、实验内容1 、 改 变 模 拟 乘 法 器 外 部 电 路 ， 实 现 混 频 器 电 路 ， 观 察 输 出 点 波 形 ， 并 测 量 输 出 的频率。2 、 改变模拟乘法器外部电路，实现平衡调幅电路，观察输出点波形。 3 、 改变模拟乘法器外部电路，实现同步检波电路，观察输出点波形。 4 、 改变模拟乘法器外部电路，实现鉴频电路，观察输出点波形。三、实验仪器1、20MHz 双踪模拟示波器 2、万用表3、调试工具 4、 扫频仪一台 一块 一套 一台四、实验原理及电路1、集成模拟乘法器的内部结构集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线 路中，振幅调制、同步检波、混频、
倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为 两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如 二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应 用较多。集成模拟乘法器的常见产品有 BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、 LM1596 等。下面介绍 MC1496 集成模拟乘法器。MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如图 4-1(a)(b)所示。其中VT 1 、 VT 2 与 VT 3 、 VT 4 组成双差分放大器， VT 5 、 VT 6 组成的单差分放大器用以激励VT 1 ～ VT 4 。 VT 7 、 VT 8 及其偏置电路组成差分放大器 VT 5 、 VT 6 的恒流源。引脚 8 与10 接输入电压U X ，1 与 4 接另一输入电压U y ，输出电压U 0 从引脚 6 与 12 输出。引脚 2 与3 外接电阻R E ，对差分放大器 VT 5 、 VT 6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压U y 的线性动态范围。引脚 14 为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使），引脚 5－ 27 －-----------------------------------------------------Page 28-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书外接电阻R 5 。用来调节偏置电流I 5 及镜像电流I 0 的值。(a) 内部电路(b) 引脚图图 4- 1 MC1496 的内部电路及引脚图2 、 基本 工 作原 理设输入信号 U x = U xm cos ω x t ， U y = U ym cos ω y t ，则MC1496 乘法器的输出U 0 与反馈电阻R E 及输入信号 U x 、 U y 的幅值有关。（1）不接负反馈电阻（脚 2 和 3 短接）a 、 U x 和 U y 皆为小信号 ( < 26mV ) 时，由于三对差分放大器（VT 1 ，VT 2 ，VT 3 ，VT 4及VT 5 ，VT 6 ）均工作在线性放大状态，则输出电压U 0 可近似表示为U 0 ≈I 0 R L2 U T 2U x U y = K 0 U x U y=1 2K 0 U xm U ym [cos( w x + w y ) t + cos( w x ? w y ) t ]（4-1）式中， K 0 ——乘法器的乘积系数，与器件外接元件参数有关，即K 0 =I 0 R L2 U T 2－ 28 －（4-2）-----------------------------------------------------Page 29-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书式中， U T ——温度的电压当量，当 T=300K 时， U T =KTq= 26 mVR L ——输出负载电阻。式（7-6）表明，输入均为小信号时，MC1496 可近似为一理想乘法器。输出信号 U 0中只包含两个输入信号的和频与差频分量。b 、 U y 为小信号， U x 为大信号（大于 100mV）时，由于双差分放大器（VT 1 、VT 2 和VT 3 、VT 4 ）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压 U 0 可近似表示为U 0 ≈ K 0 U x U y∞+ w ? wn
= 1输出信号 U 0 中包含w x ± w y , 3 w x ± w y , 5 w x ± w y ,······, ( 2 n ? 1 ) w x ± w y 等频率分量。（2）接入负反馈电阻由于 R E 的接入，扩展了 U y 的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由 U x 决定，分析表明：ａ、当 U x 为小信号 ( < 26mV ) 时，输出电压 U 0 可表示为U 0 =R LR E U T1 2U U（4-4）式中：K E =R LR E U T（4-5）式（4-4）表明，接入负反馈电阻 R E 后， U x 为小信号时，MC1496 近似为一理想的乘法器，输出信号 U 0 中只包含两个输入信号的和频与差频。－ 29 －= K 0 U gm ∑ A n [cos( nw x y ) t + cos( nw x y ) t ] （n 为奇数） （4-3）U x y =U K E xm ym [cos( w x y ) t + cos( w x y ) t ]+ w? w-----------------------------------------------------Page 30-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书ｂ、当 U x 为大信号 ( > 100mV ) 时，输出电压 U 0 可近似表示为U 0 ≈2 R LR EU y(4-6)上式表明， U x 为大信号时，输出电压 U 0 与输入信号 U x 无关。3、集成模拟乘法器的应用举例 （1）振幅调制振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设 载 波 信 号 的 表 达 式 为 U c ( t ) = U cm cos ω c t ， 调 制 信 号 的 表 达 式 为U c ( t ) = U Ω m cos Ω t ，则调幅信号的表达式为： U 0 ( t ) = U cm ( 1 + m cos Ω t ) cos ω c t1 1 2 2（4-7）MC1496 构成的振幅调制器电路如图 4-2 所示。其中载波信号U C 经高频耦合电容C 2 从U x 端输入，C 3 为高频旁路电容，使 8 脚接地。调制信号 U 0 经低频耦合电容C 1 从 U y 端输入，C 4 为低频旁路电容，使 4 脚接地。调幅信号 U 0 从 12 脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以 5 脚的偏置电阻R 5 接地，可计算器件的静态偏置电流 I 5 或 I 0 ，即I 5 = I 0 =? U EE ? 0 . 7 VR 5 + 500 Ω= 1 mA脚 2 与 3 间接入负反馈电阻 R E ，以扩展调制信号的 U Ω 的线性动态范围， R E 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。－ 30 －= U cm cos ω c t + mU cm cos ( ω c + Ω ) t + mU cm cos ( ω c ? Ω ) t-----------------------------------------------------Page 31-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 4-2 MC1496 构成的调幅器电阻R 6 、R 7 、R 8 及R L 为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放 大状态，所以阻值的选取应满足式（7-1）、（7-2）的要求。对于图 4-2 所示电路参数，测量器件的静态（ U c = 0 ， U Ω = 0
）偏置电压为表 4-1U 86VU 10 6VU 10VU 40VU 68VU 12 8VU 2-0.7VU 3-0.7VU 5-6.8VR 1 、R 2 与电位器RP组成平衡调节电路，改变RP可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制，操作过程如下：ａ、抑制载波振幅调制U x 端输入载波信号 U C ( t ) ，其频率 f c = 10 . 7 MHZ ，峰—峰值 U CP ? P = 40 mV 。 U y 端输入调制信号 U Ω ( t ) ，其频率 f Ω = 1 KHZ ，先使峰-峰值 U Ω P ? P = 0 ，调节 R P ，使输 出 U 0 = 0 （此时 U 4 = U 1 ），再逐渐增加 U Ω P ? P ，则输出信号 U 0 ( t ) 的幅度逐渐增大，最后出现如图 4-3（a）所示的抑制载波的调幅信号。由于器件内部参数不可能完全对称， 致使输出出现漏信号。脚 1 和 4 分别接电阻 R3 和 R4 可以较好地抑制载波漏信号和改善 温度性能。－ 31 －-----------------------------------------------------Page 32-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 4-3乘法器输出的调幅波ｂ、有载波振幅调制U x 端输入载波信号 U C ( t ) ， f c = 10 . 7 MHZ ， U CP ? P = 40 mV ，调节平衡电位器 R P ， 使输出信号 U 0 ( t ) 中有载波输出（此时 U 1 与 U 4 不相等）。再从 U y 端输入调制信号，其 f Ω = 1 KHZ ，当 U Ω P ? P 由零逐渐增大时，则输出信号 U 0 ( t ) 的幅度发生变化，最后出现如图 4-3（b）所示的有载波调幅信号的波形，调幅系数 m 为m =Um max ? Um min Um max + Um min× 100 %(4-8)式中， U max ——调幅波幅度的最大值； U mix ——调幅波幅度的最小值（2）同步检波振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有 载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方 法进行解调。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号 的变化规律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理， 实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号 U S ( t ) = U sm cos ω c t cos Ω t ，另一输入端输入同步信号（即载 波信号） U c ( t ) = U cm cos ω c t ，经乘法器相乘，由式（4-4）可得输出信号U 0 （t）为－ 32 －-----------------------------------------------------Page 33-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书U o ( t ) = K E U s ( t ) U c ( t )=1 21 4U1 4K E U sm U cm ( 2 ω c ? Ω ) t
（条件： x = U C < 26 mV ， y = U S 为大信号）（4-9）上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。若输入信号 U S ( t ) 为单边带振幅调制信号，即 U S ( t ) =法器的输出 U 0 ( t ) 为1 2U sm cos ( ω c + Ω ) t ， 则乘U o ( t ) ==1 2 1 4K E U sm U cm cos ( 2 ω c + Ω ) t cos ω C t1 4（4-10）上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。如果输入信号 U S ( t ) 为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号 U C ( t ) ,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。设 U s ( t ) = U sm ( 1 + m cos Ω t ) cos w c ( t ) ， u c ( t ) = u cm cos w c ( t ) 则输出电压 u 0 ( t ) 为 u 0 ( t ) = K E u s ( t ) u c ( t )=1 1 1 K mu K E sm cm c t++1 4 1 4K E mu sm u cm cos ( 2 wc + Ω ) t K E mu sm u cm cos ( 2 wc ? Ω ) t(条件： u x = U c < 26 mV ， u y = U s 为大信号)（4-11）上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高 频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振 幅调制信号的解调。MC1496 模拟乘法器构成的同步检波解调器电路如图 4-4 所示。－ 33 －U U K E sm cos ( 2 ω c + Ω ) t +K E sm cm cos Ω t +U K E sm cm c + Ω ) tU U ( 2 ωK E sm cos Ω t +K E sm cm E cm cos Ω t +u u +u u cos 2 w2 2 2-----------------------------------------------------Page 34-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 4-4 MC1496 构成的同步检波器其中 ux 端输入同步信号或载波信号 UC, uy 端输入已调波信号 US。输出端接有由 R11 与 C6、C7 组成的低通滤波器及隔直电容 C8，所以该电路对有载波调幅信号及抑制 载波的调幅信号均可实现解调。电路的解调操作过程如下:首先测量电路的静态工作点 C 应与图 4-2 电路的静态工作点基本相同,再从 u x 端输入载波信号 U c ,其 f c = 10.7 MHz ， U cp ? p = 100 m V 。先令 u y = 0 ,调节平衡电位器 RP,使输出 u 0 = 0 ,即为平衡状态.再从 u y 端输入有载波的调制 信号 U s ,其 f c = 10.7 MHz ， f n = 1 KHz ， U sp ? p = 200 mV ，调制度 m = 100% ，这时乘法器的输出 U 0 ( t ) 经低通滤波器后的输出 U'0( t ) ，经隔直电容 C 8 后的输出 U Ω ( t ) 的波形分别如图 4-5（a）所示。调节电位器 RP 可使输出波形 U 0 ( t ) 的幅度增大，波形失 真减小。若 U s 为抑制载波的调制信号，经 MC1496 同步检波后的输出波形 U n ( t ) 如图 4-5（b）所示。－ 34 －-------------
----------------------------------------Page 35-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 4-5 解调器输出波形（ 3 ）鉴频ａ、乘积型相位鉴频鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。其鉴频原理是：先将调 频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检 波器进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波 U s ( t ) ，设其表达式为u s ( t ) = u sm cos ( w c t + mf cos Ω t )（4-12）式中， m f ——调频系数， m f = Δ w / Ω 或 m f = Δ f / f ，其中 Δ w 为调制信号的频'? π? 2? ?= u ' sm sin ? w c t + m f sin Ω t + φ ( w ) ?－ 35 －(4-13)偏。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波 u s ( t ) ，设其表达式为u s ' ( t ) = u ' sm cos { w c t + m f sin Ω t + ?+ φ ( w ) ?-----------------------------------------------------Page 36-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书式中， φ ( w ) ——移相网络的相频特性。 由式（7-9）得，这时乘法器的输出 u 0 ( t ) 为u 0 ( t ) = K E u s ( t ) u ' s ( t ) =1 2K E u sm u ' sm sin ? ? 2 ( w c + m f sin Ω t ) + φ ( w ) ? ?1 ' 2u u w（4-14）式中，第一项为高频分量，可以被低通滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只 要 线 性 移 相 网 络 的 相 频 特 性 φ ( w ) 在 调 频 波 的 频 率 变 化 范 围 内 是 线 性 的 ， 当 φ ( w ) ≤ 0.4 r a d ， sin φ ( w ) ≈ φ ( w ) 。因此鉴频器的输出电压 u 0 ( t ) 的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。所以相位鉴频器的线性鉴频范围受 到移相网络相频特性的线性范围的限制。ｂ、鉴频特性相位鉴频器的输出电压 U 0 与调频波瞬时频率 f 的关系称为鉴频特性，U0其 特 性 曲 线 （ 或 称 S 曲 线 ） 如 图 4-6fminf0fmaxf所示。鉴频器的主要性能 指标是鉴频灵敏度 s d 和线性鉴频范围 2 Δ f max 。s d 定义为鉴频器调频波单位频率变化2△fmax图 4-6 相位鉴频特性所 引 起 的 输 出 电 压 的 变 化 量 ， 通 常 用 鉴 频 特 性 曲 线 u 0 ? f 在 中 心 频 率 f 0 处 的 斜 率 来 表示，即s d = U 0 / Δ f(4-15)2 Δ f max 定 义 鉴 频 器 不 失 真 解 调 调 频 波 时 所 允 许 的 最 大 频 率 线 性 变 化 范 围 ，2 Δ f max 可在鉴频特性曲
线上求出。ｃ、乘积型相位鉴频器用 MC1496 构成的乘积型相位鉴频器电路如图 4-7 所示。－ 36 －+ K E sm sm φ ( )-----------------------------------------------------Page 37-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 4 － 7 MC1496 构成的相位鉴频器其中 C 1 与并联谐振回路 C 2 L 共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性 φ ( w ) 的表达式为：φ ( w ) =π2? ? w 22? ? ? ?(4-16)当Δ ww 0<< 1 时，上式近似表示为φ ( Δ w ) =π2? arctan( Q2 Δ ww 0)或φ ( Δ f ) =π2? arctan( Q2 Δ ff 0)(4-17)式中 f 0 —回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。Q —回路品质因数。Δ f —瞬时频率偏移。ππ2φ ( Δ f )相移 φ 与频偏 Δ f 的特性曲线如图 4-8 所示。O2 Q Δ f / f 0图 4-8移相网络的相频待性由图可见： 在 f = f 0 即 Δ f = 0 的范围内，相位与 频偏呈线性 关系，从而 实现线 性－ 37 －? arctan ? Q ?? ? w 0? 1 ? ?-----------------------------------------------------Page 38-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书移相。MC1496 的作用是将调频波与调频调相波相乘（如式 7-21），其输出端接集成运放 构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R 0 C 0 滤波网络输出，对于图 7-8 所 示的鉴频电路的鉴频操作过程如下：首先测量鉴频器的静态工作点（与图 7-3 电路的静态工作点基本相同），再调谐并联谐振回路，使其谐振（谐振频率 f c = 10.7 MHz MHz）。 再从 u x 端输入 f c = 10.7 MHz ， U cp ? p = 40 mV 的载波（不接相移网络， u y = 0 ），调节 平衡电位器RP 使载波抑制最佳 u 0 = 0 。然后接入移相网络，输入调频波 U s ，其中心频 率 f c = 10.7 MHz ， U cp ? p = 40 mV ， 调 制 信 号 的 频 率 f Ω = 1 KHz ， 最 大 频 偏Δ f max = 75 KHz ，调节谐振回路 C 2 使输出端获得的低频调制信号 U 0 ( t ) 的波形失真最小，幅度最大。ｄ、鉴频特性曲线（S 曲线）的测量方法测量鉴频特性曲线逐点描迹法的操作是：用高频信号发生器作为信号源加到鉴频器的输入端 U s （见图 7-8），先调节中心频率 f c = 10.7 MHz ，输出幅度 U cp ? p = 40 m V 。鉴频器的输出端 U 0 接数字万用表（置于“直流电压”档）测量输出电压 U 0 值。（调谐并联谐振回路，使其谐振）。再改变高频信号发生器的输出频率（维持幅度不变），记下对
应的输出电压 U 0 值。（4）混频用模拟乘法器实现混频，只要 u x 端和 u y 端分别加上两个不同频率的信号，相差一 中频如 10.7 MHz ，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图 4-9 所示：图 4-9混频原理框图若 u x ( t ) = V s cos w s tu y ( t ) = s V 0 cos w 0 t－ 38 －-----------------------------------------------------Page 39-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书则 u c ( t ) = KV s V 0 cos w s t cos w 0 t=1 2KV s V 0 ? ? cos ( w 0 + w s ) t + cos ( w 0 ? w s ) t ? ?图 4-10 MC1496 构成的混频器经带通滤波器后，取差频V 0 ( t ) =1 2KV s V 0 cos ( w 0 ? w s ) tw 0 ? w s = w i 为某中频频率。由 MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图 4-10 所示其中 u x 端输入信号 u c = 10.7 M Hz 。u y 端输入信号 u s = 10.245 MHz 的信号，输出端接有带通滤波器LC。五、实验步骤参照乘法器模块上印刷的原理图 G6，在主箱上正确插好乘法器模块，对照乘法器模 块部分，正确连接电路电源线，＋12V 孔接+12V， －12V 孔接－12V，GND 接 GND（从电 源部分±12V 和 GND 插孔用连接线接入），接上电源通电，开关 K1、K2 拨动(若正确连 接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。1 、 混频 器 实验连接好跳线 J12、J13、J15、J19、J110（此时 J11、J14、J16、J17、J18 应断开），－ 39 －-----------------------------------------------------Page 40-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书组 成 由 mc1496 构 成 的 混 频 器 电 路 。 输 入 U c ， U c 为 10.7 MHz 的 载 波 信 号, 大 小 为 V p ? p = 300 mV ，从 TP6 处输入。 u s = 10.245 M Hz ，从 TP8 处输入。用示波器和频率计在 TT11 处观察输出波形，输出信号频率应为 455KHz。2 、 平衡 调 幅实 验参考乘法器模块上印刷的原理图 G6，断开 J12、J13、J15、J19，J110 连接好 J11、J14、J16、J17、J18，组成由 mc1496 构成的平衡调幅电路。（1）产生抑制载波振幅调制在 u x 端（TP6 处）输入 f c = 10.7 MHz 的载波（由高频信号源提供，参考高频信号 源使用）， U cp ? p = 150 mV ； u y 端（TP7 处）输入 f Ω = 1 KHz 信号，使 U Ω p ? p = 200 m V 为零，调节可调电阻 W 1 ，使在 TT11 处测试的信号 u 0 = 0 （此时 u 4 = u 1 ）。逐渐增大 U Ω p ? p（最大峰值为 1V，太大会失真），直至出现抑制载波的调幅信号出现（用示波器在 TT11 处测试）。在实验过程中应微调输入信号，以得到最好的输出波形。（注：此调幅波作为同步检波部分的调幅波输入信号。） （2）产生有载波振幅调制信号在步骤 1）的
基础上调节 W1，使输出信号中有载波存在，则输出有载波的振幅调制信号。3 、 同步 检 波实 验参考乘法器模块上印刷的原理图 G6，连接 J22、J25，断开 J21、J23、J24、J26，组成由 mc1496 构成的同步检波电路。从 TP3 处输入 10.7 MHz 的载波，由高频信号源部分提供（此信号与平衡调制实验中的载波信号为同一信号），使 u s = 0 ，调 W 2 使在 TT21处观察的信号近似为 0，在 u y 端输入由平衡调制实验中产生的抑制载波调幅信号，即将TT11 与 TP5 连接（TT11 输出调幅波），这时从 TT21 处用示波器应能观察到 U Ω ( t ) 的波形，微调 W2 可使输出波形幅度增大，波形失真减小。信号大小在实验过程中应微调， 以保证输出信号最好。4 、 鉴频 实 验参考乘法器模块上印刷的原理图 G6，断开 J22、J24、J26，连接好 J21、J23、J25， 组成由 mc1496 构成的鉴频电路。从 TP4 处输入已调调频波（此调频波信号由高频信号源 单 元 提 供 ， 参 考 高 频 信 号 源 的 使 用 ） 载 波 V p ? p = 300 mV 左 右 ， 调 制 信 号－ 40 －-----------------------------------------------------Page 41-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书V Ω p ? p = 250 mV ~ 600 mV 。 用 示 波 器 从 TT21 处 可 以 观 察 到 输 出 的 低 频 调 制 信 号U Ω ( t ) 。如果信号失真，可调节可调节 W 2 以及可调电容 CC 1 ，最后再微调调制信号及载波，使输出信号最大且不失真。用扫频仪测绘鉴频特性曲线。六、实验报告1、整理各项实验所得的数据，绘制出有关曲线和波形。 2、对实验结果进行分析。3、分析为什么在平衡调幅实验中得不到载波绝对为零的波形？ 4、分析如果鉴频特性曲线不对称或鉴频灵敏度过低，应如何改善？－ 41 －-----------------------------------------------------Page 42-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验五小功率调频发射机的设计（综合性实验）一、实验目的通过本节实验，要求掌握调频发射机整机电路的设计与调试方法，以及调试中常见 故障的分析与处理。学习如何将各种单元电路组合起来完成工程实际要求的整机电路设 计。二、实验内容1 、 调试发射单元的电路特性，实现发射机的正常工作。 2 、 观察发射单元的各点波形。三、实验仪器1、20MHz 双踪模拟示波器 2、万用表3、调试工具 4、扫频仪一台 一块 一套 一台四、实验原理1 、 调频 发 射机与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强的抗干 扰能力与较高的效率。所
以在无线通信、广播电视、遥控遥测等方面获得广泛应用。（ａ）直接调频发射机组成框图（ｂ）外差式调频接收机组成框图 图 5-1 调频发射、接收系统组成框图－ 42 －-----------------------------------------------------Page 43-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书图 5-1 为调频发射与接收系统的基本组成框图。其中图（ a ）为直接调频发射机的 组成框 图， 是本节 实验 的主要 内容 ，图（ b ） 为 外差式 调频 接收机 的组 成框图 ，将 在实验六中介绍。2、发射机的组成框图拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、 性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应、干扰和自激。 本实验不要求发射的功率达到多大，只要能达到信号发射的效果。因此，整机电路比较简单，组成框图如图 5-2 所示。LC 调频振荡缓冲隔离功率激励高频功放调制信 号图 5-2本实验发射线路组成框图关于 LC 调频振荡和高频功放的原理见各自的实验说明。五、实验步骤1 、 实验 中 可能 出 现 的故障高频电路由于受分布参数的影响及各种耦合与干扰的影响，使得电路的稳定性比起 低频电路来要差些，同时 L、C 元件本身在环境温度发生变化时存在值的漂移，所以在 LC 调频时，电路本身的稳定性不好。另外，由于后级功放的输出信号较强，信号经公共 地线，电源线或连接导线耦合至主振级，从而改变了振荡回路的参数或主振级的工作状 态。这样在各单元电路调整好后，还要仔细进行整机连调。2 、 实验 步 骤实验步骤由同学们自己设计，下面只给出部分提示：(1) 按设计要求连接好各个模块，并正确连接电路电源线。(2) 本实验电路的调频振荡部分及缓冲隔离部分是采用 LC 调频电路。将变容二极 管调频实验单元电路中的 J4 连接起来，组成 LC 调频实验（连 J3、J4、J5；断开 J1、 J2）。(3) 从 G1 模块的 IN1 处输入 f Ω = 1 KHz ， V cp ? p = 100 m V 左右的调制信号（正弦波信号，由低频信号源提供，参考低频信号源的使用）。调节 CC1 用频率计和示波器从TT1 处观察调频信号，使中心频率为 f 0 = 10.7 MHz ，当调制信号幅度大约为 100mV 时，调制频偏大约 10～15KHz（方法与变容二极管调频单元一样）。调制信号的大小，在操作 过程中可根据实际情况适当增大（例如 250mV）。(4) 将功放实验单元中的 JE3、JE5 连接，使功放负载为 50Ω，分别调节 TE1、TE2－ 43 －-----------------------------------------------------Page 44---------------------------
--------------------------? 高频电子线路实验指导书使 CCE1 与 TE1 初级和 CCE2 与 TE2 初级均谐振在 10.7MHz（方法与功放单元一样）。 (5) 连接 JE1，将调频单元与功放单元连接起来，组成发射单元。此时从 ANTE1 处 用 频 谱 仪 观 察 发 射 信 号 ， 如 果 发 射 信 号 的 中 心 频 率 有 偏 移 ， 可 以 微 调 CC1 使 之 为 10.7MHz。六、实验报告1、写出实验的步骤，并整理每一步骤的实验数据。 2、说明本实验电路的调试的过程。 3、画出每一观测点的曲线波形。4、说明本实验各个单个单元模块的功能。5、说明在自行设计实验的过程中出现的故障及解决方法。－ 44 －-----------------------------------------------------Page 45-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书实验六调频接收机的设计（综合性实验）一、实验目的通过本实验，要求掌握基本的（点频）调频接收机电路的构成与调试方法，了解集成电路单片接收机的性能及应用。二、实验内容1 、 调试接收机的电路特性，实现接收机的正常接收。 2 、 用接收机接收发射机信号，并观察接收机的各点波形。三、实验仪器1、20MHz 双踪模拟示波器 2、万用表3、调试工具 4、扫频仪一台 一块 一套 一台四、实验原理1、调频接收机的主要技术指标 调频接收机的主要技术指标有： （1）工作频率范围接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。 接 收 机 的 工作 频 率 必 须与 发 射 机 的工 作 频 率 相对 应 。 如 调频 广 播 收 音机 的 频 率 范围 为 88～108MHz，是因为调频广播发射机的工作频率范围也为 88～108MHz。（2）灵敏度接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收 的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为 5～30μV。（3）选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择 性，单位用 dB（分贝）表示，dB 数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰比应大 于 50dB。（4）频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为 200KHz。 （5）输出功率接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。2、调频接收机组成一般调频接收机的组成框图如图 6-1 所示。其工作原理是：天线接收到的高频信号， 经输入调谐回路选频为 f1，再经高频放大级放大进入混频级。本机振荡器输出的另一高－ 45 －----------------
-------------------------------------Page 46-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书频信号 f2 亦进入混频级，则混频级的输出为含有 f1、f2、（f1+ f2）、（f2—f1）等频率 分量的信号。混频级的输出接调谐回路选出中频信号（f2—f1），再经中频放大器放大， 获得足够高的增益，然后经鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。由于天线 接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高， 选择性较好，性能也比较稳定。图 6-1调频接收机组成框图关于高频小信号放大、振荡、混频及鉴频的原理见各自实验的说明。五、实验步骤实验步骤由同学们自己设计，下面只给出部分提示：(1) 按设计要求连接好各个模块，并正确连接电路电源线。(2) 分别调试好小信号调谐放大单元电路和高频功率放大单元电路。(3) 需要发射电路辅助完成本实验。连接好发射电路和接收电路（连 J3、J4、J5， JE1、JE3、JE5、JE6，JA1、JAB），同时用实验箱所配的天线（一端带夹子的导线）分 别将发射单元的天线 ANTE1 和本实验单元天线 ANTA1 连好。(4) 在不加调制信号的情况下，接通发射电路和接收电路的电源，调节变容二极管 单元的 CC1，用示波器探头测量 TTB2，当 TTB2 处有 455KHz 的信号输出时，说明调频单 元的工作频率在 10.7MHz 附近。此时从 IN1 处加入 1KHz，峰峰值为 100mV 左右的调制信 号，则从 TTB1 处用示波器可观测到输出的解调波（可以适当增加发射单元输入信号的 幅度，使输出波形更明显）。(5) 当从 TTB1 处观察鉴频输出信号，此时如果波形失真可以微调 CCB1 和微调 CC1。 注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致，幅度大小与调制频偏的关系（调制频 率可以通过改变调制信号大小来改变）。如果 TTB1 处的信号失真，一般要考虑是否调制 信号幅度过大以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏离 10.7MHz 太远。六、实验报告1、写出实验的步骤，并整理每一步骤的实验数据。 2、说明本实验电路的调试的过程。 3、画出每一观测点的曲线波形。4、说明本实验各个单个单元模块的功能。5、说明在自行设计实验的过程中出现的故障及解决方法。－ 46 －-----------------------------------------------------Page 47-----------------------------------------------------? 高频电子线路实验指导书参考文献[1] 张肃文，陆兆熊．高频电子线路．北京：高等教育出版社， 1993 [2] 谢嘉奎．电子线路．北京：高等教育出版社， 1988[3] 梅村等．晶体管宽频带放大器．北京：高等教育
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