高频电路实验

高频电路实验

一、验证性实验(8学时) 1、内容

1.1小信号调谐放大器(实验板G1)??????????????4学时（连续4学时）

1.2 LC电容反馈式三点式振荡器(实验板G1)??????????2学时 1.3 低电平振幅调制器(实验板G3)??????????????2学时

二、综合性实验一(6学时) 1、内容

1.1丙类高频谐振功率放大(实验板G2F) 1.2石英晶体振荡器(实验板G1)

1.3高电平振幅调制器实验（实验板G2F） 1.4调幅波信号的解调实验(实验板G3)

1.5变容二极管调频振荡器(实验板G4)

1.6集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器(实验板G5) 1.7集成电路(锁相环)构成的频率解调器(实验板G5) 1.8晶体管混频电路(实验板G7)

2、学时：集中大班授课4学时，实验室分组2学时 3、实验任务：完成以上任一实验或多个实验板组合试验。 三、综合性实验二(6学时)

1、内容：小功率调频/调幅发射机与接收机实验(实验板G2－F、G7)

2、时间：集中大班授课2学时，实验室分组4学时（连续4学时）。 四、复习(2学时) 五、考试(2学时)

高频电路实验提纲

一、验证性实验(8学时) 内容:（见附件1） 二、综合性实验一(6学时) 1、内容（见附件1）

2、学时：集中大班授课4学时，实验室分组2学时 3、实验任务：完成以上任一实验或多个实验板组合试验。 三、综合性实验二(6学时)

1、内容：（见附件）

2、时间：集中大班授课2学时，实验室分组4学时（连续4学时）。 四、复习(2学时) 五、考试(2学时)

TPE－GP系列高频电路实验学习机

实

验 指 导

清华大学科教仪器厂

2006年2月

书

前 言

实验是学习电子技术的一个重要环节。对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。为适应电子科学技术的迅猛发展和教学改革不断深入的需要，我们在教学实践的基础上，运用多年从事教学仪器产品研制生产的经验，研制生产了TPE—GP系列高频电路实验学习机。

其中，TPE-GP2型高频电路实验学习机由实验机箱与单元电路板构成，可完成下述属于模拟电路范畴的实验，即：单、双调谐振回路谐振放大（小信号选频放大电路）；丙类高频功率放大电路；LC电容反馈三点式振荡器；石英晶体振荡器；低电平振幅调制与解调电路，高电平集电极调幅与发射电路；变容二极管调频与相位鉴频电路；集成电路（压控振荡器）构成的频率调制器；集成电路（锁相环）构成的频率解调器；利用二极管函数电路实现的波形转换电路；晶体管混频电路实验；调幅、调频接收实验等。TPE-GP3型高频电路实验学习机除涵盖上述实验外，还增加了数字电路范畴的实验，即：数字信号发生实验，锁相调频与鉴频实验，数字调频与解调实验，锁相式数字频率合成器实验。

电路的设计多采用原理性强的典型电路，以便结合理论知识进行学习与分析。各实验单元电路板既可完成独立的单元实验，又可通过适当连接完成系统性实验。

为使理论教学和实践教学紧密结合，注重学生的能力培养，同时为了更好地使用TPE-GP系列高频学习机，我们编写了这本实验指导书。实验项目的编排和指导书的编写主要以近年来出版的以面向21世纪课程教材“电子线路非线性部分”，“通信电子电路”，“高频电路”等高校教材，同时也参考了中等专业学校电子信息类教材“高频电子线路”等资料，因此该实验指导书有较强的通用性。指导书的编写力求简明扼要，突出实验要

LC电电容反馈三点式振荡器

五、实验报告要求

1.写明实验目的。

2.写明实验所用仪器设备。

3.画出实验电路的直流与交流等效电路，整理实验数据，分析实验结果。

4.以IEQ为横轴，输出电压峰峰值VP-P为纵轴，将不同C/C′值下测得的三组数据，在同一座标纸上绘制成曲线。 5.说明本振荡电路有什么特点。

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石英晶体振荡器

实验四 石英晶体振荡器

一、实验目的

1.了解晶体振荡器的工作原理及特点。

2.掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。

二、预习要求

1.查阅晶体振荡器的有关资料。阐明为什么用石英晶体作为振荡回路元件就能使 振荡器的频率稳定度大大提高。

2.试画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的实际电路，并阐述两者 在电路结构及应用方面的区别。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器

2.频率计 3.万用表。 4.实验板G1

四、实验内容及步骤

图4-1 晶体振荡器原理图

实验电路见图4-1

1.测振荡器静态工作点，调图中RP，测得IEmin及IEmax。 2.测量当工作点在上述范围时的振荡频率及输出电压。

3.负载不同时对频率的影响，RL分别取110KΩ，10KΩ，1KΩ，测出电路振荡频率，填入表4.1，并与LC振荡器比较。

RL ～ f 表4.1 RL f(MHz)

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110KΩ

10KΩ 1KΩ 石英晶体振荡器

五、实验报告要求

1.画出实验电路的交流等效电路。 2.整理实验数据。

3.比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异，并分析原因。 4.你如何肯定电路工作在晶体的频率上。

5.根据电路给出的LC参数计算回路中心频率,阐述本电路的优点。

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低电平振幅调制器实验

实验五 低电平振幅调制器(利用乘法器)

一、实验目的

1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并

研究已调波与二输入信号的关系。 2.掌握测量调幅系数的方法。

3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

二、预习要求

1.预习幅度调制器有关知识。

2.认真阅读实验指导书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理，并分析计算各引出脚的直流电压。

3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点，并画出其频谱图。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器。 2.高频信号发生器。 3.万用表。 4.实验板G3。

四、实验电路说明

幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。变化的周期与调制信号周期相同。即振幅变化与调制信号的振幅成正比。通常称高频信号

为载波信号，低频信号为调制信号，调 图5-1 1496芯片内部电路图 幅器即为产生调幅信号的装置。

本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器，图5-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1-V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，

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低电平振幅调制器实验

因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1-V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接 1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚⑹、⑿之间)输出。

用1496集成电路构成的调幅器电路图如图5-2所示，图中RP1用来调节引出脚①、④之间的平衡，RP2用来调节⑧、⑩脚之间的平衡，三极管V为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。

五、实验内容及步骤

实验电路见图5-2

图5-2 1496构成的调幅器

1.直流调制特性的测量

(1).调RP2电位器使载波输入端平衡：在调制信号输入端IN2加峰值为100mv，频

率为1KHz的正弦信号，调节Rp2电位器使输出端信号最小，然后去掉输入信号。

(2).在载波输入端IN1加峰值VC为10mv，频率为100KHz的正弦信号，用万用表测

量A、B之间的电压VAB，用示波器观察OUT输出端的波形，以VAB=0.1V为步长，记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压，注意观察相位变化，根据公式 VO=KVABVC(t) 计算出系数K值。并填入表5.1。

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低电平振幅调制器实验

表5.1 VAB VO（P-P） K

2.实现全载波调幅

5

(1).调节RP1使VAB=0.1V，载波信号仍为VC(t)=10sin2π×10t(mV)，将低频信号

3

Vs(t)=VSsin2π×10t(mV)加至调制器输入端IN2，画出VS=30mV和100mV时的调幅波形(标明峰一峰值与谷一谷值)并测出其调制度m。

(2).加大示波器扫描速率，观察并记录m=100%和m＞100%两种调幅波在零点附近的

波形情况。

3

(3).载波信号VC(t)不变，将调制信号改为VS(t)=100sin2π×10t(mV)调节RP1观

察输出波形VAM(t)的变化情况，记录m=30%和m=100%调幅波所对应的VAB值。 (4).载波信号VC(t)不变，将调制信号改为方波，幅值为100mV，观察记录VAB=0V、

0.1V、0.15V时的已调波。

3.实现抑制载波调幅

5

(1).调RP1使调制端平衡，并在载波信号输入端IN1加VC(t)=10Sin2π×10t(mV)

信号，调制信号端IN2不加信号，观察并记录输出端波形。

3

(2).载波输入端不变，调制信号输入端IN2加VS(t)=100sin2π×10t(mV) 信号，

观察记录波形，并标明峰一峰值电压。 (3).加大示波器扫描速率，观察记录已调波在零点附近波形，比较它与m=100%调幅

波的区别。

(4).所加载波信号和调制信号均不变，微调RP2为某一个值，观察记录输出波形。 (5).在(4)的条件下，去掉载波信号，观察并记录输出波形，并与调制信号比较。

六、实验报告要求

1.整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。

2.画出调幅实验中m=30%、m=100%、m＞100%的调幅波形，在图上标明峰一峰值电压。 3.画出当改变VAB时能得到几种调幅波形，分析其原因。

4.画出100%调幅波形及抑制载波双边带调幅波形，比较二者的区别。 5.画出实现抑制载波调幅时改变RP2后的输出波形，分析其现象。

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高电平振幅调制器实验

实验六 高电平振幅调制器（集电极调幅）实验

一、实验目的

1. 通过实验加深对于高电平调幅器的了解。 2. 熟悉并掌握集电极调幅器的调整方法。 3. 掌握调幅系数的测量方法。

二、预习要求

1. 预习高电平幅度调制器的有关知识，并与低电平调幅器相对照。

2. 了解高电平调幅器都有那些工作形式，以及构成高电平调幅器的基础电路。

三、实验仪器

1. 双踪示波器 2. 高频电路学习机 3. 万用表

4. 高频功放（调幅）及发射实验电路板（实验板G2F）

四、 高电平振幅调制电路工作原理简介

在无线电发送中，振幅调制的方法按功率电平的高低分为高电平调幅电路和低电平调幅电路两大类。而普通调幅波的产生多用高电平调幅电路。其优点是不需要采用效率低的线性放大器，有利于提高整机效率。但他必须兼顾输出功率、效率和调幅线性的要求。

高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的，实际上它是一个输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器。根据调制信号注入调幅器的方式不同，分为基极调幅、发射极调幅和集电极调幅三种，本实验是晶体管集电极调幅器。

C3 调幅波 V 载波 -Eb C2 调制信号 C1 EC GND GND 图1集电极调幅电路 - 20 -

高电平振幅调制器实验

所谓集电极调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。电路原理图如图1所示，载波信号由基极加入，而调制信号加在集电极。由于调制信号与电源Ec串联在一起，故可将二者合在一起看作一个随调制信号变化的综合集电极电源电压Ecc。

Ecc=Ec+uΩ= Ec+UΩmCOSΩt= Ec(1+ maCOSΩt)

ma?U?mEC

式中：Ec为集电极固定电源电压；ma为调幅度。

在调制过程中，Eb和载波保持不变，只是集电极等效电压Ecc随调制信号而变。放大器工作于过压区，集电极电流为凹陷脉冲。其基波分量随Ecc的变化近似线性变化，同样，集电极谐振回路两端的高频电压也随Ecc的变化近似线性变化，即受调制电压的控制，从而完成了集电极调幅。

完整的实验电路如图2所示。 J512R6L6L4L5330VccP1011200330D1.01C7.01GND212C11.013K12C221330R19C211.01C200.01LEDGND1Rp147KGNDGNDGNDGNDGNDVinU1Vout3P3P47805C23.01R181.8K11212312K2R202403K3X2C5V2-VbbP211C4470PM212131J4324241GNDC180.0151P1M11X32C19L2121212211210K*123212X191p*12231.01CT4C11111121.5K125.6KR1412C1.0124p*270p*0~20p2R1121000PR8360R106.2KR1230R4R16112C14'C14CT12C1612C3C15.010.011211.5K*21.5RL1120RL2751L333330μHJ2TRANS-11C6200P6800PE11BL11221667BV4C2V1J1C9V366723.9μH110K*342P610~20p168p*21000p*4P9P7P8EGNDRL339P111P121 图2 高频功放（调幅）及发射电路原理图 五、实验内容与步骤

1．按照实验二 丙类高频谐振功率放大器实验指导书第五项的要求调整好高频功放电路，使其在12V电源条件下，负载电阻为75Ω时，工作在临界状态下。

2．将J3的短路环跳接在2、3端，接通6～9V可调电源，调整RP3，使电源电压为6V。

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1GND1C13CT20~20p12R330K310~20p2Y11C8R1162p*C241R9360CT3C10R1321K22C120.011Rp210KR00GND0.01M3P11R1530K*C17R171T1166ANTENAP512344GND2R5R751K*2Rp32.2K1R2111T2166J3C22101D2LED高电平振幅调制器实验

3．用短路环将J4的1、2端和3、4端分别短接，使低频调制信号（fΩ=2KHz）加至VΩ输入端，在输出端M3处观察输出波形，逐渐加大VΩ的幅度可得到调幅度近似等于1的调幅波形。

4．将电源电压调整为9V，将低频调制信号调整为4.2VP-P左右，由于音频变压器的变压比大约为1.41，所以实际加至集电极回路的音频电压为6VP-P（UΩm=3V），用包络法测量调幅度，并与计算值进行比较。 5．测量电参数变化对调幅度ma的影响。

A．保持音频调制频率Ω=2KHz，测出ma～UΩ曲线。 B．保持调制电压UΩm=3V不变，测出ma～Ω曲线。

调幅度计算公式 ma?U?m EC

六、问题思考

1. 集电极调幅为什么必须工作于过压状态，本实验是如何保证工作在过压状态的？

2. 设计一基极调幅器，对于基极调幅器应工作在什么状态？为什么？

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调幅波信号的解调实验

实验七 调幅波信号的解调

一、实验目的

1.进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法。 2.了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真。 3.掌握用集成电路实现同步检波的方法。

二、预习要求

1.复习课本中有关调幅和解调原理。

2.分析二极管包络检波产生波形失真的主要因素。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器 2.高频信号发生器 3.万用表 4.实验板G3

四、实验电路说明

调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。调幅

波解调方法有二极管包络检波器和同步检波器。 1. 二极管包络检波器

适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程，它具有电路简单，易于实现，本实验如图6-1所示，主要由二极管D及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。 所以RC时间常数选择很重要， RC时间常数过大, 则会产生对角切割失真。RC时间常数太小，高频分量会滤不干净。

图6-1 二极管包络检波器

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调幅波信号的解调实验

综合考虑要求满足下式:

其中: m为调幅系数，fO为载波频率，11?m2 ??RC??Ω为调制信号角频率。 f0?m 图中A对输入的调幅波进行幅度放大（满足大信号的要求），D是检波二极管，

R4、C2、C3滤掉残余的高频分量，R5、和RP1是可调检波直流负载，C5、R6、RP2是可调检波交流负载，改变RP1和RP2可观察负载对检波效率和波形的影响。

2.同步检波器

利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号。本实验如图6-2所示，采用1496集成电路构成解调器，载波信号VC经过电容C1加在⑧、⑩脚之间，调幅信号VAM经电容C2加在①、④脚之间，相乘后信号由(12)脚输出，经C4、C5、R6组成的低通滤波器，在解调输出端，提取调制信号。

图6-2 1496构成的解调器

五、实验内容及步骤

注意:做此实验之前需恢复实验五的实验内容2（1）的内容。

(一)二极管包络检波器 实验电路见图6-1

1. 解调全载波调幅信号 (1).m＜30%的调幅波的检波

5

载波信号仍为VC(t)=10sin2π×10(t)(mV)调节调制信号幅度，按调幅实验中

实验内容2(1)的条件获得调制度m＜30%的调幅波，并将它加至图6-1信号输入端，（需事先接入－12V电源），由OUT1处观察放大后的调幅波（确定放大器工作正常），在OUT2观察解调输出信号，调节RP1改变直流负载，观测二极

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调幅波信号的解调实验

管直流负载改变对检波幅度和波形的影响，记录此时的波形。 (2).适当加大调制信号幅度，重复上述方法，观察记录检波输出波形。 (3).接入C4，重复(1)、(2)方法，观察记录检波输出波形。

(4).去掉C4，RP1逆时针旋至最大，短接a、b两点，在OUT3观察解调输出信号，

调节RP2改变交流负载，观测二极管交流负载对检波幅度和波形的影响，记录检波输出波形。

2.解调抑制载波的双边带调幅信号。

载波信号不变，将调制信号VS的峰值电压调至80mV，调节RP1使调制器输出为抑制载波的双边带调幅信号，然后加至二极管包络检波器输入端，断开a、b两点，观察记录检波输出OUT2端波形，并与调制信号相比较。

(二)集成电路(乘法器)构成解调器 实验电路见图6-2 1.解调全载波信号

(1).将图6-2中的C4另一端接地，C5另一端接A，按调幅实验中实验内容2(1)的

条件获得调制度分别为30%，100%及＞100%的调幅波。将它们依次加至解调器VAM的输入端，并在解调器的载波输入端加上与调幅信号相同的载波信号，分别记录解调输出波形，并与调制信号相比。

(2).去掉C4，C5观察记录m=30%的调幅波输入时的解调器输出波形，并与调制信号

相比较。然后使电路复原。

2.解调抑制载波的双边带调幅信号

(1).按调幅实验中实验内容3(2)的条件获得抑制载波调幅波，并加至图6-2的VAM

输入端，其它连线均不变，观察记录解调输出波形，并与调制信号相比较。

(2).去掉滤波电容C4，C5观察记录输出波形。

六、实验报告要求

1.通过一系列两种检波器实验，将下列内容整理在表内，并说明二种检波结果的异同原因。 输入的调幅波波形 二极管包络检波器输出 同步检波输出 m＜30% m=100% 抑制载波调幅波 2.画出二极管包络检波器并联C4前后的检波输出波形，并进行比较，分析原因。 3.在同一张坐标纸上画出同步检波解调全载波及抑制载波时去掉低通滤波器中电容C4、C5前后各是什么波形，并分析二者为什么有区别。

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变容二极管调频振荡器

实验八 变容二极管调频振荡器

一、实验目的

1.了解变容二极管调频器电路原理及构成。 2.了解调频器调制特性及测量方法。

3.观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法。

二、预习要求

1.复习变容二极管的非线性特性，及变容二极管调频振荡器调制特性。 2.复习角度调制的原理和变容二极管调频电路有关资料。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器

2.频率计 3.毫伏表 4.万用表 5.实验板G4

四、实验内容及步骤

实验电路见图7-1

图7-1 变容二极管构成的调频振荡器

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变容二极管调频振荡器

1.静态调制特性测量

输入端不接音频信号，将频率计接到调频器的F端。C3(=100pf)电容分接与不接

两种状态,调整RP1使Ed =4V时f0=6.5MHz，然后重新调节电位器RP1，使Ed在0.5～8V范围内变化，将对应的频率填入表7.1。

表7.1 Ed(V) f0(MHz)

2. 动态测试(需利用相位鉴频器作辅助测试)：

重要提示：为进行动态测试，必须首先完成实验九指导书中的第四项第2条的内容，并利用其实验结果，即相应的S曲线。

(1). C3电容不接，调RP1使Ed=4V时，调RP2使=6.5MHz,自IN端口输入频率f=2KHz、VP-P=0.5V的音频信号Vm，输出端接至相位鉴频器的输入端，用示波器观察解调输出正弦波的波形，并记录输出幅值，将其与测量得出的S曲线相比较，计算出的对应的中心频率与上下频偏。将音频信号VP-P分别改为0.8V、1V,重复以上步骤。将实验所得数据填入表格（表格自拟），记下调制电压幅度与调制波上下频偏的关系，核算中心频率附近动态调制灵敏度即曲线斜率S。

接C3 不接C3 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 S??f?Vf?6.5M

将动态调制灵敏度与静态调试特性相比较。

(2).接上C3电容后测试，调整RP1使已调信号的中心频率f0接近S曲线的上下极点频率，观察解调后的波形。

五、实验报告要求

1.整理实验数据

2.在同一坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受

哪些因素的影响。

3.在坐标纸上画出动态调制特性曲线，说明输出波形畸变原因。

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相位鉴频器

实验九 相位鉴频器

一、实验目的

相位鉴频器是模拟调频信号解调的一种最基本的解调电路，它具有鉴频灵敏度高，解调线性好等优点。 通过本实验：

1.熟悉相位鉴频电路的基本工作原理。

2.了解鉴频特性曲线(S曲线)的正确调整方法。

3.将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验板进行联机试验，进一步了解调频和解

调全过程及整机调试方法。

二、预习要求

1.认真阅读实验内容，预习有关相位鉴频的工作原理，以及典型电路和实用电路。 2.分析初级回路、次级回路和耦合回路有关参数对鉴频器工作特性(S曲线)的影响。

三、实验仪器设备

1.双踪示波器 2.扫频仪

4.频率计 4.万用表 5.实验板G4

四、实验内容及步骤

实验电路见图8-1

1.用扫频仪调整鉴频器的鉴频特性。

实验条件:将实验电路中E、F、G三个接点分别与半可调电容CT1、CT2、CT3连接。 将扫频仪输出信号接入实验电路输入端IN，其输出信号不宜过大，一般用30db

衰减器，扫频频标用外频标，外频标源采用高频信号发生器，其输出频率调到6.5MHz。

(1).调整波形变换电路的回路频率。

将扫频仪输入检波头插入测式孔A，耦合电容CT3调到最小，此时显示屏将显

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