實(shí)驗(yàn)三集電極調(diào)幅與大信號檢波.doc

實(shí)驗(yàn)三 集電極調(diào)幅與大信號檢波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步加深對集電極調(diào)幅和二極管大信號檢波工作原理的理解；2、掌握動態(tài)調(diào)幅特性的測試方法；3、掌握利用示波器測量調(diào)幅系數(shù)ma的方法；4、觀察檢波器電路參數(shù)對輸出信號失真的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、調(diào)試集電極調(diào)幅電路特性，觀察各點(diǎn)輸出波形。2、改變輸入信號大小，觀察電流波形。3、觀察檢波器的輸出波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、20MHz雙蹤模擬示波器 一臺2、BT-3頻率特性測試儀（選項(xiàng)） 一臺四、實(shí)驗(yàn)原理1、原理(1) 集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。集電極調(diào)幅的基本原理電路如圖51所示：圖51 集電極調(diào)幅原理電路 圖中，設(shè)基極激勵信號電壓（即載波電壓）為：則加在基射極間的瞬時電壓為調(diào)制信號電壓 加在集電極電路中，與集電極直流電壓VCC串聯(lián)，因此，集電極有效電源電壓為 式中，VCC 為集電極固定電源電壓； 為調(diào)幅指數(shù)。由式可見，集電極的有效電源電壓VC隨調(diào)制信號壓變化而變化。由圖52所示，VBmaxic ic t0 Vc4 Vc3 Vc2 Vc1 Vc 0 欠壓 臨界 過壓圖52 同集電極電壓相對應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形圖中，由于-VBB與b不變，故為常數(shù)，又RP不變，因此動態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動態(tài)線隨VCC值的不同，沿c平行移動。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)VCC由VCC1變至VCC2（臨界）時，集電極電流脈沖的振幅與通角變化很小，因此分解出的Icm1的變化也很小，因而回路上的輸出電壓c的變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。當(dāng)動態(tài)特性曲線進(jìn)入過壓區(qū)后，VCC等于VCC3、VCC4等，集電極電流脈沖的振幅下降，出現(xiàn)凹陷，甚至可能使脈沖分裂為兩半。在這種情況下，分解出的Icm1隨集電極電壓VCC的變化而變化，集電極回路兩端的高頻電壓也隨VCC而變化。輸出高頻電壓的振幅Vc=Icm1Rp，Rp不變，Icm1隨Vc而變化，而VCC是受控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨變化，因而實(shí)現(xiàn)了集電極調(diào)幅。其波形如圖53所示。 圖5-3 集電極調(diào)幅波形圖當(dāng)沒有加入低頻調(diào)制電壓 I（即=0）時，逐步 Icm1改變集電極直流電壓VCC的大小，同樣可使ic電流脈沖發(fā)生 Ic0 變化，分解出的ICO或Icm1也 Q會發(fā)生變化。我們稱集電極高頻電流Icm1（或ICO）隨VCC變化的關(guān)系線為靜態(tài)調(diào)制特性曲線。根據(jù)分析結(jié)果可作出靜態(tài)調(diào)制特性曲線如圖54所示。 O VCCQ VCCO VCC 圖54 集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性靜態(tài)調(diào)制特性曲線不能完全反映實(shí)際的調(diào)制過程，因?yàn)闆]有加入調(diào)制信號，輸出電壓中沒有邊頻存在，只有載波頻率，不是調(diào)幅波。通常調(diào)制信號角頻率要比載波角頻率o低得多，因此對載波來說，調(diào)制信號的變化是很緩慢的，可以認(rèn)為在載波電壓交變的一周內(nèi)，調(diào)制信號電壓基本上不變。這樣，靜態(tài)調(diào)制特性曲線仍然能正確反映調(diào)制過程。我們可以利用它來確定已調(diào)波包絡(luò)的非線性失真的大小。由圖54可知，為了減小非線性失真，當(dāng)加上調(diào)制信號電壓時，保證整個調(diào)制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點(diǎn)Q應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段的中央，即VCCQ=1/2VCCO處，VCCO為臨界工作狀態(tài)時的集電極直流電壓。否則，工作點(diǎn)Q偏高或偏低，都會使已調(diào)波的包絡(luò)產(chǎn)生失真。在本實(shí)驗(yàn)中會得到證實(shí)。（2）二極管大信號檢波的工作原理當(dāng)輸入信號較大（大于0.5伏）時，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫φ穹{(diào)制信號的解調(diào)，稱為大信號檢波。(a)大信號檢波原理電路如圖5-5-a所示。檢波的物理過程如下：在高頻信號電壓的正半周時，二極管正向?qū)ú﹄娙萜鰿充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄。猿潆婋娏鱥D很大，使電容器上的電壓c很快就接近高頻電壓的峰值。充電電 流的方向如圖55（a）圖中所示。 這個電壓建立后通過信號源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時二極管導(dǎo)通與 否，由電容器C上的電壓c和輸入信號電壓i共同決定。當(dāng)高頻信號的瞬時值小于c時，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時，調(diào)頻信號第二個正半周的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。因此只要充電很快，即充電時間常數(shù)RdC很?。≧d為二極管導(dǎo)通時的內(nèi)阻）；而放電時間常數(shù)足夠慢，即放電時間常數(shù)RC很大，滿足RdC RC,就可使輸出電壓c的幅度接近于輸入電壓i的幅度,即傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r間很短，放電時間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期（放電時c的基本不變），所以輸出電壓c的起伏是很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號的形狀相同，故輸出電壓c就是原來的調(diào)制信號，達(dá)到了解調(diào)的目的。根據(jù)上述工作特點(diǎn)，大信號檢波又稱峰值包絡(luò)檢波。理想情況下，峰值包絡(luò)檢波器的輸出波形應(yīng)與調(diào)幅波包絡(luò)線的形狀完全相同。但實(shí)際上二者之間總會有一些差距，亦即檢波器輸波形有某些失真。本實(shí)驗(yàn)可以觀察到該檢波器的兩種特有失真：即惰性失真和負(fù)峰切割失真。惰性失真是由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C選得不合適，使放電時間常數(shù)RC過大引起的。惰性失真又稱對切割失真，如圖56所示。如圖中t1-t2時間內(nèi)，由于調(diào)幅波的包絡(luò)下降，電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化，而輸入信號電壓i總是低于電容C上的電壓c，二極管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓不受輸入信號電壓控制，而是取決于RC的放電，只有當(dāng)輸入信號電壓的振幅重新超過輸出電壓時，二極管才重新導(dǎo)電。為了避免這種失真，理論分析證明，RC的大小應(yīng)滿足下列條件式中ma是調(diào)制系數(shù)；max是被檢信號的最高調(diào)制角頻率。負(fù)峰切割失真是由于檢波器的直流負(fù)載電阻R與交流（音頻）負(fù)載電阻相差太大引起的一種失真。 圖5-7 接有交流負(fù)載的檢波器因此，檢波器的交流負(fù)載電阻R等于R與ri2的并聯(lián)值，即顯然交、直流電阻是不同的，因而有可能產(chǎn)生失真。這種失真通常使檢波器音頻輸出電壓的負(fù)峰被切割，因而稱為負(fù)峰切割失真或底部切割失真，如圖58所示。 V maViVi V 圖58 負(fù)峰切割失真為了避免這種失真，經(jīng)理論分析R和應(yīng)滿足下列條件2、實(shí)驗(yàn)線路本實(shí)驗(yàn)的原理電路圖如附圖G3所示。圖中Q1為驅(qū)動管，Q2為調(diào)幅晶體管。晶體管Q1工作于甲類，Q2工作于丙類，被調(diào)信號由高頻信號源從IN1輸入，C13與T1及 C3與T2的初級調(diào)諧在輸入信號，此處調(diào)諧在10. 7MHz。調(diào)制信號從IN3處輸入，D1為檢波管，R3、R4、R5為檢波器的直流負(fù)載，C6、R3、C7組成型低通濾波器，C10為耦合電容，R7、R6、R10為下級輸入電阻。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)整集電極調(diào)幅的工作狀態(tài)。開關(guān)K61，連接好跳線J1,J2,J5;調(diào)W61使Q61的靜態(tài)工作點(diǎn)為UEQ2.1V（即測其發(fā)射極對地的電壓）。2、 從IN1處注入10.7MHz的載波信號（大小為Vp-p=250mV左右，此信號由高頻信號源提供。為了更好地得到調(diào)幅波信號，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)微調(diào)10.7Mhz信號的大小。），在TT61處用示波器觀察輸出波形，調(diào)節(jié)T63、T61的磁芯使TT1處輸出信號最大且不失真。IN1處注入10.7MHz的信號TT61處用示波器觀察到的輸出波形3、測試動態(tài)調(diào)制特性用示波器從Q2發(fā)射極測試其輸出電壓波形，改變從IN1處輸入信號的大?。凑{(diào)W401，信號幅度從小到大），直到觀察到電流波形頂點(diǎn)有下凹現(xiàn)象為止，此時，Q2工作于過壓狀態(tài)，保持輸入信號不變，從IN3處輸入1KHz的調(diào)制信號（調(diào)制信號由低頻信號源提供，參照低頻信號源的使用），調(diào)制信號的幅度由0V開始增加。此時用示波器在TT1處可以看到調(diào)幅信號如圖5-10。改變調(diào)幅信號大小，記下不同的V時的調(diào)幅系數(shù)ma，并制表5-2。V（V）0.20.512ma圖5-10 調(diào)幅系數(shù)測量 4、觀察檢波器的輸出波形從TT2用示波器觀察檢波器輸出波形，分別連接J2、J3、J4、J5，J6在TT2處觀察輸出波形。（1）觀察檢波器不失真波形（參考連接為J2、J5，可以相應(yīng)的變動）。（2）觀察檢波器輸出波形與調(diào)幅系數(shù)ma的關(guān)系。（3）在檢波器輸出波形不失真的基礎(chǔ)上，改變直流負(fù)載，觀察“對角線切割失真”現(xiàn)象，若不明顯，可加大ma（參考連接為J3、J5，可以相應(yīng)的變動）。（4）在檢波器輸出不失真的基礎(chǔ)上，連接下一級輸入電阻，觀察“負(fù)峰切割失真