高频电子线路实验指导书

通信工程专业

实验指导书

河北科技大学信息科学与工程学院

2008年3月

第二部分高频电子线路

实验一石英晶体振荡器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●石英晶体振荡器

●串联型晶体振荡器

●静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响

2．做本实验时所用到的仪器：

●晶体振荡器模块

●双踪示波器

●频率计

●万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。

3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响

4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。

三、实验内容

1．用万用表进行静态工作点测量。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计测量振荡频率。3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。

1．晶体振荡器工作原理

一种晶体振荡器的交流通路如图1-1

成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图1-1

振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF

联谐振回路的谐振频率f0≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C

荡频率；C5是耦合（隔直流）电容，R5是负载电阻。很显然，R5

幅度将越小。

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路如图1-2所示。图中，4R03、4C02为去耦元件，4C01为旁路电容，并构成共基接法。4W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。4C1为微调电容，可微调振荡频率，4C05为输出耦合电容。4Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图

1-2电路的交流通路即为图1-1所示的电路。

五、实验步骤 1．实验准备

在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关

4K01，此时电源指示灯点亮。 2．静态工作点测量

改变电位器4W01可改变4Q01的

基极电压V B ，并改变其发射极电压V E 。记下V E 的最大、最小值，并计算相应的I Emax 、I Emin 值（发射极电阻4R04=1K Ω—）。

3．静态工作点变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：V EQ =2.5V （调4W01达到）。

⑵ 调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点I E ，使其分别为表1.1所示各值，且把示波器探头接到4TP01端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p ，并以频率计读取相应的频率值，填入表1.1。

表1.1

4．微调电容4C1变化对振荡器工作的影响 ⑴ 实验初始条件：同3⑴。

⑵ 用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容4C1。与此同时，把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p ，并以频率计读取相应的频率值，填入表1.2。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，分析静态工作点(I EQ )对晶体振荡器工作的影响。

2．对实验结果进行分析，总结静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响，并阐述缘由。

3．对晶体振荡器与LC 振荡器之间在静态工作点影响、带负载能力方面作一比较，并分析其原因。

4．总结由本实验所获得的体会。

实验二 振幅调制

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点： ● 幅度调制

● 用模拟乘法器实现幅度调制 ● MC1496四象限模拟相乘器 2．做本实验时所用到的仪器： ● 集成乘法器幅度调制电路模块

● 高频信号源 ● 双踪示波器 ● 万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；

2．掌握用MC1496来实现AM 和DSB-SC 的方法，并研究已调波与调制信号、载波之间的关

系；

3．掌握在示波器上测量调幅系数的方法； 4．通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

三、实验内容

1．模拟相乘调幅器的输入失调电 压调节、直流调制特性测量。 2．用示波器观察DSB-SC 波形。

3．用示波器观察AM 波形，测量调幅系数。 4．用示波器观察调制信号为方波时的调幅波。 四、基本原理 1．MC1496简介

MC1496是一种四象限模拟相乘器，其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图3-1所示。由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T 1～T 4），且这两组差分对的恒流源管（T 5、T 6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。其典型用法是：

⑻、⑽脚间接一路输入（称为上输入v 1），⑴、⑷脚间接另一路输入（称为下输入v 2），⑹、⑿脚分别经由集电极电阻R c 接到正电源+12V 上，并从⑹、⑿脚间取输出v o 。⑵、⑶脚间接负反馈电阻R t 。⑸脚到地之间接电阻R B ，它决定了恒流源电流I 7、I 8的数值，典型值为6.8k Ω。⒁脚接负电源-8V 。⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。由于两路输入v 1、v 2的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。可以证明：

122th 2c

o t T R v v v R v ??=

? ???，

图3-1 MC1496内部电路及外部连接

因而，仅当上输入满足v 1≤V T (26mV)时，方有：

12

c

o t T

R v v v R v =

?，

才是真正的模拟相乘器。本实验即为此例。 2．1496组成的调幅器

用1496组成的调幅器实验电路如图3-2所示。图中，与图3-1相对应之处是：8R 08对应于R t ，8R 09对应于R B ，8R 03、8R 10对应于R C 。此外，8W 01用来调节⑴、⑷端之间的平衡，8W 02用来调节⑻、⑽端之间的平衡。此外，本实验亦利用8W 01在⑴、⑷端之间产生附加的直流电压，因而当IN2端加入调制信号时即可产生AM 波。晶体管8Q 01为射极跟随器，以提高调制器的带负载能力。

五、实验步骤 1．实验准备

⑴ 在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通实验箱上电源开关，按下模块上开关8K1，此时电源指标灯点亮。

⑵ 调制信号源：其参数调节如下（示波器监测）： ? 频率范围：1kHz ? 波形选择：正弦波 ? 输出峰-峰值：100mV

⑶ 载波源：采用高频信号发生器： ? 工作频率：2MHz 用频率计测量；

? 输出幅度（峰-峰值）：100mV ，用示波器观测。 2．静态测量

⑴ 载波输入端（IN1）输入失调电压调节

把调制信号源输出的调制信号加到输入端IN2（载波源不加），并用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W 02使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。然后断开调制信号源。

⑵ 直流调制特性测量

仍然不加调制信号，仍用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形，并用万用表测量8P01、8P02之间的电压V AB 。改变8W 01以改变V AB ，记录V AB 值（由表9.1给出）以及对应的输出电压峰-峰值V o （可用示波器CH1监测输入载波，并观察它与输出波形之间的相位关系）。再根据公式p cp AB V KV V -=0计算出相乘系数k 值（mv V P CP 100==-），并填入表3.1。

表3.1

需要指出，对相乘器，有z kxy =，在这里有

o c v kv v Ω=（v o 、v c 、v Ω

相应地是OUT 、IN1、

IN2端电压）。因此，当v Ω=0时，即使v c ≠0，仍应有v o =0。若v o ≠0，则说明MC1496的⑴、⑷输入端失调。于是应借由调节8W 01来达到平衡，这就是上面实验（2⑵）的做法（2⑴相同）。另一方面，在下面的实验中，又要利用对8W 01的调节来获得直流电压，把它先与v Ω相加后再与 v c 相乘，便可获得AM 调制。这与“失调”是两个完全不同的概念，请勿混淆。 3．DSB-SC （抑制载波双边带调幅）波形观察

在IN1端已进行输入失调电压调节（对应于8W 02的调节）的基础上，可进行DSB-SC 测量。

⑴调制输入端（IN2）输入失调电压调节

把载波源输出的载波加到输入端IN1（调制信号源不加），并用示波器CH2监测输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W 01使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。

⑵DSB-SC 信号波形观察

将高频信号源输出的载波接入IN1，调制信号接入IN2。

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接OUT 端，即8TP03，即可观察到调制信号及其对应的DSB-SC 信号波形。

⑶ DSB-SC 信号反相点观察

为了清楚地观察双边带信号过零点的反相，必须降低载波的频率，本实验可将高频信号降低为100KHZ ，幅度仍为100mv ，接入IN1，调制信号仍为1KHZ （幅度100mv ），接入IN2。

增大示波器X 轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB-SC 信号，过零点时刻的波形应该反相。

⑷ DSB-SC 信号波形与载波波形的相位比较

在实验3（3）的基础上，将示波器CH1改接8TP01点，把调制器的输入载波波形与输出DSB-SC 波形的相位进行比较，可发现：在调制信号正半周期间，两者同相；在调制信号负半周期间，两者反相。

4．AM（常规调幅）波形测量

⑴ AM正常波形观察

在保持8W02已进行载波输入端（IN1）输入失调电压调节的基础上，改变8W01，并观察当V AB从-0.4V变化到+0.4V时的AM波形（示波器CH1接8TP02， CH2接8TP03）。可发现：当 | V AB| 增大时，载波振幅增大，因而调制度m减小；而当V AB的极性改变时，AM波的包络亦会有相应的改变。当V AB= 0时，则为DSB-SC波。记录m=0.3时V AB值和AM波形，最后再返回到V AB = 0.1V的情形。

⑵不对称调制度的AM波形观察

在保持8W01已调节到V AB = 0.1V的基础上，观察改变8W02时的AM波形（示波器CH1接8TP02， CH2接8TP03）。可观察到调制度不对称的情形。最后仍调整到调制度对称的情形。

⑶ 100％调制度观察

在上述实验的基础上（示波器CH1仍接8TP02， CH2仍接8TP03），逐步增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到100％调制时的AM波形。

⑷过调制时的AM波形观察

①继续增大调制信号源输出的调制信号幅度，可观察到过调制时的AM波形，并与调制信号波形作比较。

②调8W01使V AB = 0.1V逐步变化为-0.1V（用万用表监测），观察在此期间AM波形的变化，并把V AB为-0.1V时的AM波形与V AB为0.1V时的AM波形作比较。当V AB = 0时是什么波形？

③最后调到m=0.3时的AM波形。

5．输入为大载波时的调幅波观察

保持调制信号输入不变，逐步增大载波源输出的载波幅度，并观察输出已调波。可发现：当载波幅度增大到某值（如0.2V峰-峰值）时, 已调波形开始有失真（顶部变圆）；而当载波幅度继续增大到某值（如0.6V峰-峰值）时, 已调波形开始变为方波。最后把载波幅度复原（100mV）。

6．调制信号为方波时的调幅波观察

保持载波源输出不变，但把调制信号源输出的调制信号改为方波（峰-峰值为100mV），观察当V AB从0.1V变化到-0.1V时的（已）调幅波波形。最后仍把V AB调节到0.1V。当V AB= 0时是什么波形？

7．调制信号为三角波时的调幅波观察

同上，把调制信号源输出的调制信号改为三角波。

六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线；

2．由本实验得出DSB-SC波形与调制信号、载波间的关系；

3．由本实验得出m＜100％、m=100％、m＞100％这三种情况下的AM波形与调制信号、载波间的关系；

4．画出DSB-SC波形及m=100％时的AM波形，比较两者的区别；

5．解释在1496组成的调幅器中，把载波作为上输入的理由；

6．总结由本实验所获得的体会。

实验三幅度调制信号的解调

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

●振幅解调

●二极管包络检波

●模拟乘法器实现同步检波

2．做本实验时所用到的仪器：

●集成乘法器幅度解调电路模块

●晶体二极管检波器模块

●高频信号源

●双踪示波器

●万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握用包络检波器实现AM波解调的方法。了解滤波电容数值对AM波解调影响。

3．理解包络检波器只能解调m≤100％的AM波，而不能解调m＞100％的AM波以及DSB-SC 波的概念。

4．掌握用MC1496模拟乘法器组成的同步检波器来实现AM波和DSB-SC波解调的方法。了解输出端的低通滤波器对AM波解调、DSB-SC波解调的影响。

5．理解同步检波器能解调各种AM波以及DSB-SC波的概念。

三、实验内容

1．用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB-SC波时的性能。

2．用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB-SC波时的性能。

3．用示波器观察包络检波器的滤波电容过大对AM波解调的影响。

4．用示波器观察同步检波器输出端的低通滤波器对AM波解调、DSB-SC波解调的影响。

四、基本原理

振幅解调即是从

已调幅波中提取调制

信号的过程，亦称为检

波。通常，振幅解调的

方法有包络检波和同

步检波两种。

1．包络检波

二极管包络检波

器是包络检波器中最

简单、最常用的一种电

路。它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰-峰值为1.5V以上）的AM波。它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。本实验电路主要包括二极管和RC低通滤波器，如图4-1所示。图中，10D01为检波管，10C02、10R01构成低通滤波器，10C05、10C01构成并联谐振回路，对送来的中频谐振，调整10W01可改变输入阻抗。10BG01、10BG02对检波后的音频进行放大，放大后的音频由10P01输出。10K02可控制音频信号是否输出。图中，利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同（实际上，相差很大）来实现检波。因此，选择合适的时间常数RC就显得很重要。

2．同步检波

同步检波，又称相干检波。它利用与已调幅波的载波同步（同频、同相）的一个恢复载波（又称基准信号）与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调得调制信号。本实验采用MC1496集成电路来组成解调器，如图10-2所示。图中，恢复载波v c先加到输入端IN1上，再经过电容9C01加在⑻、⑽脚之间。已调幅波v amp先加到输入端IN2上，再经过电容9C02加在⑴、⑷脚之间。相乘后的信号由⑿脚输出，再经过由9C04、9C05、9R06组成的 型低通滤波器滤除高频分量后，在解调输出端（OUT）提取出调制信号。

需要指出的是，在图4-2中对1496采用了单电源（+12V）供电，因而⒁脚需接地，且其它脚亦应偏置相应的正电位，恰如图中所示。

图4-2 MC1496 组成的解调器实验电路

五、实验步骤

1．实验准备

⑴选择好需做实验的模块板：集成乘法器幅度调制电路、二极管检波器、集成乘法器幅度解调电路。

⑵接通实验板的电源开关，使相应电源指示灯发光，表示已接通电源即可开始实验。

注意：做本实验时仍需重复实验九中部分内容，先产生调幅波，再供这里解调之用。2．二极管包络检波器

二极管包络检波器的实验电路如图4-1所示。

⑴ AM波的解调

①m=30％的AM波的解调

(ⅰ) AM波的获得

与实验三的五、4．⑴中的实验内容相同，低频信号或函数发生器作为调制信号源（输出100mV p-p的1kHz正弦波），以高频信号源作为载波源（输出100mV p-p的2MHz正弦波），V= 0.2V左右，便可从幅度调制电路单元上输出m=30％的AM波，其输出幅再调节8W01使

AB

度（峰-峰值）至少应为0.8V。

(ⅱ) AM波的包络检波器解调

把上面得到的AM波加到包络检波器输入端（IN），即可用示波器在10TP02观察到包络检波器的输出（提示：用“DC”档），并记录输出波形。为了更好地观察包络检波器的解调性能，可将示波器CH1接包络检波器的输入10TP01，而将示波器CH2接包络检波器的输出10TP02（下同）。若增大调制信号幅度，则解调输出信号幅度亦会相应增大。拨动10K02，使音频输入低放10BG01、10BG02，观察10TP03的波形。

(ⅲ) 加大滤波电容的影响

把开关10K01接通，便可观察到加大滤波电容的影响（输出减小，且有失真）。

②m=100％的AM波的解调

加大调制信号幅度，使m=100％，观察并记录检波器输出波形。

③m＞100％的AM波的解调

继续加大调制信号幅度，使m＞100％，观察并记录检波器输出波形。

V）的方法来获得各种不同类型的调幅波。

在做上述实验时，亦可用改变8W01（

AB

⑵ DSB-SC波的解调

增大载波信号及调制信号幅度，并调节8W01，使得在调制器输出端产生较大幅度的DSB-SC信号。然后把它加到二极管包络检波器的输入端，观察并记录检波器的输出波形，并与调制信号作比较。

3．同步检波器

同步检波器的实验电路如图4-2所示。

⑴ AM波的解调

将幅度调制电路的输出接到幅度解调电路的IN2输入端。解调电路的恢复载波，通过幅度调制电路的另一IN1与解调电路INI相连。示波器CH1接调制信号9TP02，CH2接同步检波器的输出9TP03（幅度解调电路单元的“OUT”端），分别观察并记录当调制电路输出为m=30%、m=100%、m>100%时三种AM波的解调输出波形，并与调制信号作比较。

⑵ DSB-SC波的解调

采用实验三的五、3中相同的方法来获得DSB-SC波，并加入到幅度解调电路的IN2输入端，而其它连线均保持不变，观察并记录解调器输出波形，并与调制信号作比较。

六、实验报告要求

1．由本实验归纳出两种检波器的解调性能，以“能否正确解调”填入表4-1中，并作必要说明。

表4-1

2．由本实验知：在图4-1中的并联电容10C07对AM波的解调有何影响？由此可以得出什么结论？

3．由本实验知：在图4-2中的 型低通滤波器对AM波、DSB-SC波的解调有何影响？由此可以得出什么结论？

4．总结由本实验所获得的