高頻C實驗指導

高頻電子實驗指導

電子系電子實驗室

高頻電子實驗箱總體介紹

一、概述

本高頻電子實驗箱的實驗內容及實驗順序是根據(jù)高等教育出版社出版的

〈〈高頻電子線路〉〉-書而設計的（作者為張肅文）。在本實驗箱中設置了十個

實驗，它們是：高頻小信號調諧放大器實驗、二極管開關混頻器實驗、高頻諧振

功率放大器實驗、正弦波振蕩器實驗、集電極調幅及大信號檢波實驗、變容二極

管調頻實驗、集成模擬乘法器應用實驗、模擬鎖相環(huán)應用實驗、小功率調頻發(fā)射

機設計和調頻接收機設計。其中前八個實驗是為配合課程而設計的，主要幫助學

生理解和加深課堂所學的內容。后兩個實驗是系統(tǒng)實驗，是讓學生了解每個復雜

的無線收發(fā)系統(tǒng)都是由一個個單元電路組成的。

整機介紹

二、整機介紹

整機元件分布圖如圖0-1所示,整機測試點和各調試點分布圖如圖0-2所示,

在圖0-2中所列出的是測試點、調試點、電源開關及電源指示等。

在實驗板的右側為為實驗所需而配備的高低頻信號源和頻率計。它們不作為

實驗內容，屬于實驗工具。高低頻信號源和頻率計的使用說明如下。

?頻率計的使用方法

本實驗箱提供的頻率計是基于本實驗箱實驗的需要而設計的。它只適用于頻

率低于15MHz，信號幅度Vp-p=100mV~5V的信號。參看電原理圖G11和整機

分布圖（原理圖中的CG10用于校正顯示頻率的準確度，WG1用于調節(jié)測量的

閾門時間，這兩個元件均在PCB板的另一面）。

使用的方法是：KG1是頻率計的開關，在使用時首先要按下該開關；當測

低于lOOKHz的信號時連接JG3、JG4（此時JG2應為斷開狀態(tài)）。當測高于lOOKHz

的信號時連接JG2（此時JG3、JG4應為斷開狀態(tài)，一般情況下都接JG2）。

將需要測量的信號（信號輸出端）用實驗箱中附帶的連線與頻率計的輸入端

（ING1）相連，則從頻率計單元的數(shù)碼管上能讀出信號的頻率大小。數(shù)碼管為8

個，其中前6個顯示有效數(shù)字，第8個顯示10的幕，單位為Hz（如顯示10.7000-6

時，則頻率為10.7MHz）0

本頻率計的精度為：若信號為MHz級，顯示精度為百赫茲。若信號為KHz

和Hz級則顯示精度為赫茲。

?低頻信號源的使用方法

本實驗箱提供的低頻信號源是基于本實驗箱實驗的需要而設計的。它包括兩

部分：

第一部分500Hz?2KHz信號；此信號可以以方波的形式輸出，也可以以

正弦波的形式輸出。它用于變容二極管調頻單元，集成模擬乘法應用中的平衡調

幅單元，集電極調幅單元和高頻信號源調頻輸出單元。

第二部分20KHz?lOOKHz信號；此信號以正弦波的形式輸出。它用于鎖

相頻率合成單元。

低頻信號源在整機中的位置見整機分布圖，電原理圖見附圖G8o

低頻信號源的使用方法如下：

電原理圖中的可調電阻WD5用于調節(jié)輸出方波信號的占空比；WD3、WD4

的作用是：在輸出正弦波信號時，通過調節(jié)WD3、WD4使輸出信號失真最小。

這三個電位器在實驗箱出廠時均已調到最佳位置且此三個電位器在PCB板的另

一面。

電原理圖中的可調電阻WD6用來調節(jié)輸出頻率的大小;WD1用于調節(jié)輸出

方波信號的大??；WD2用于調節(jié)輸出正弦波信號大小。

在使用時，首先要按下開關KD1。當需輸出500Hz?2KHz的信號時，參照

電原理圖G8連接好JD1、JD4（此時JD2、JD3應斷開），則從TTD1處輸出

500Hz~2KHz的正弦波；斷開JD4,連上JD3,則從TTD2處輸出500Hz~2KHz

的方波。根據(jù)實驗的需要用示波器觀察，通過調節(jié)WD1、WD2獲得需要信號的

大小，WD1調節(jié)方波的大小，WD2調節(jié)正弦波的大小；用頻率計測量，通過調

節(jié)WD6獲得需要信號的頻率。

當需輸出20KHz~lOOKHz的信號時，參照電原理圖G8連接好JD2、JD4（此

時JD1、JD3應斷開）。從TTD1處輸出20KHz?lOOKHz的正弦波。根據(jù)實驗的

需要用示波器觀察，通過調節(jié)WD2獲得需要信號的大??；用頻率計測量，通過

調節(jié)WD6獲得需要信號的頻率。

?高頻信號源的使用方法

本實驗箱提供的高頻信號源是基于本實驗箱實驗的需要而設計的。它只提供

10.7MHz的載波信號和約10.7MHz的調頻信號（調頻信號的調制頻偏可以調節(jié)）。

載波主要用于小信號調諧放大單元、高頻諧振功率放大器單元、集電極調幅單元、

模擬乘法器部分的平衡調幅及混頻單元和二極管開關混頻單元。調頻信號主要用

于模擬乘法器部分的鑒頻單元和FM鎖相解調單元。參看附原理圖G10和整機

分布圖。

高頻信號源的使用方法如下：

使用時，首先要按下開關KF1。

當需要輸出載波信號時，連接JF1（此時JF2、JF3、JF4斷開），則10.7MHz

的信號由TTF1處輸出，WF1用于調節(jié)輸出信號的大小。

當需要輸出10.7MHz的調頻信號時，連接JF2、JF3、JF4（此時JF1斷開，

同時使低頻信號源處于輸出IKHz正弦波的狀態(tài)，改變低頻信號源的幅度就是改

變調頻信號的頻偏，在沒有特別要求時，一般低頻信號源幅度調為2V,參看低

頻信號源的使用），則10.7MHz的調制信號由TTF1處輸出，WF1用于調節(jié)輸出

信號的大?。坏皖l信號源處的WD2用于調節(jié)調制頻偏的大小。

在具體使用中，通過示波器觀察輸出信號的大小和形狀。

實驗一高頻小信號調諧放大器

一、實驗目的

小信號調諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號

或微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調試，對放大器處于諧

振時各項技術指標的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進一步掌握高

頻小信號調諧放大器的工作原理。學會小信號調諧放大器的設計方法。

二、實驗原理

圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調諧放大器。它不僅要

放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC并

聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會

影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RBI，RB2及RE

決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

圖1-1小信號調諧放大器

放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2所示,晶體管的4個y參數(shù)yie,yoe,

yfe及yre分別為

ghe+初"

輸入導納21+赤，+-)(1-°

g，』bbjwce,./、

輸出導納y°eX——("b-------r+JWC.(1-2)

I+rb,h(gb.e+jwcb.e)

gm

正向傳輸導納yfe--1----------7------------：-W--C------(1-3)

++Jh'e)

~加。bZ

反向傳輸導納x上-------()

yre——7—1WCi-4

1+分Jb'e)

BC

UiP/e二二

UiP患L

I-

信號源晶體管負載回路

圖1-2放大器的高頻等效回路

式中，gm——晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為

={lE}mA

8m-26、(1-5)

gb'e——發(fā)射結電導，與晶體管的電流放大系數(shù)0及IE有關，

其關系為g一十二鋁彩5

(1-6)

nA——基極體電阻，一般為兒十歐姆；

Cb'c——集電極電容，一般為幾皮法；

Cb'e-發(fā)射結電容，一般為兒十皮法至兒百皮法。

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放

大系數(shù)B有關外，還與工作頻率3有關。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是

在測試條件一定的情況下測得的。如在fb=30MHz,IE=2mA,UCE=8V條件下測

得3DG6c的y參數(shù)為：

gie=—=2mS品=12pFg.e=L=25QmS

C,,e=4pF\yfe\=40mS|yrf|=350?5

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動。因此，高頻電路的設計計算

一般采用工程估算的方法。

圖1-2中所示的等效電路中，Pi為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

P、=N、IN2（1-7）

式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

尸2=%/愀(1-8)

式中，用為副邊（次級）的總匝數(shù)。

gL為調諧放大器輸出負載的電導，gL=l/RLo通常小信號調諧放大器的下一

級仍為晶體管調諧放大器，則gL將是下一級晶體管的輸入導納gie2o

由圖1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導gg的表達式為

22，?1一?

gg:PigjPM+M+m+G

；1

=Pg0e+pig,.+jwc+―T+G(1-9)

JWL

式中，G為LC回路本身的損耗電導。諧振時L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其

阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC與1/（jwL）的影響可以忽略。

三、調諧放大器的性能指標及測量方法

表征高頻小信號調諧放大器的主要性能指標有諧振頻率場，諧振電壓放大倍

數(shù)A、.o,放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kg來表示）等。

放大器各項性能指標及測量方法如下：

1、諧振頻率

放大器的調諧回路諧振時所對應的頻率fo稱為放大器的諧振頻率，對于圖

1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），fb的表達式為

式中，L為調諧回路電感線圈的電感量；

Cg為調諧回路的總電容，Cg的表達式為

2

=C+P}Coe+P^Cie(1-11)

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。

諧振頻率啟的測量方法是：

用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出電路的幅頻特性曲線，調變壓器T

的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點

2、電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調諧放大器的電

壓放大倍數(shù)。Avo的表達式為

〃O=-P32)^_北

-PiP2y(1-12)

?,Pl8oe+Plgie+G

式中，g工為諧振回路諧振時的總電導。因為LC并聯(lián)回路在諧振點時的L和

C的并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導。但要注意的是yfe本身也是一個

復數(shù)，所以諧振時輸出電壓uo與輸入電壓5相位差為(180°+0fe)o

Avo的測量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1

中RL兩端的電壓uo及輸入信號w的大小，則電壓放大倍數(shù)Avo由下式計算：

Avo=u()/ui或Avo=201g(u0/Ui)dB(1-13)

3、通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大

倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)Avo的0.707倍

時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶Bw，其表達式為

BW=2Afb,7=fb/QL(1-14)

式中，QL為諧振回路的有載品質因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶Bw的關系為

LI

AVO?BW=-^-(1-15)

上式說明，當晶體管選定即yfc確定，且回路總電容Ci為定值時，諧振電壓

放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為

一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW的測量方法：是通過測量放

大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以

是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量

步驟是：先調諧放大器的諧振回路使其諧

振，記下此時的諧振頻率為及電壓放大倍數(shù)

Avo然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率(保持

其輸出電壓us不變)，并測出對應的電壓放

大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)

下降,所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。

由式(1-14)可得

BW=fH-fL=2^0J(1-16)

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越圖1-3諧振曲線

小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時乂能

提高放大器的電壓增益，由式(1-15)可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還

應盡量減小調諧回路的總電容量CEO如果放大器只用來放大來自接收天線的某

一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

4、選擇性——矩形系數(shù)

調諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)KvO.l時來表示，如圖(1-3)

所示的諧振曲線，矩形系數(shù)KvO.l為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時對應的頻率

偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707Avo時對應的頻率偏移之比，即

KvO.1=2Af^j/2Afb.7=2Afo.i/BW(1-17)

上式表明，矩形系數(shù)KvO.l越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好,

反之亦然。一般單級調諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)KvO.l遠大于1),為

提高放大器的選擇性，通常采用多級單調諧回路的諧振放大器。可以通過測量調

諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)KvO.lo

四、實驗參考電路

圖1一4單級調諧放大器

1、主要技術指標：諧振頻率備=10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Avo210-15dB,

通頻帶Bw=lMHz,矩形系數(shù)KmVIO。因打比工作頻率f。大(5—10)倍，所

以選用3DG12C,選8=50,工作電壓為12V,查手冊得》b=70,Cbc=3PF,當

k=L5mA時Cbe為25PF,取L^L8iiH,變壓器初級N?=23匝，次級為10匝。

P2=0.43,PI=0

2、確定電路為單級調諧放大器，如上圖l-4o

3、確定電路參數(shù)。

1)設置靜態(tài)工作點

由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取

0.8—2mA為宜，現(xiàn)取k=L5mA,uEQ=3V,UCEQ=9V。

則RE=UEQ/IE=L5KQ則RA6=1.5KQ

取流過RA3的電流為基極電流的7倍，則有：

RA3=UBQ/7IBQ=UBQXB/7上p17.6KQ取18KQ

12-37

則RA2+WAI=———x18a40KQ

3.7

則取RA2=5.1KWAI選用50K的可調電阻以便調整靜態(tài)工作點。

2)計算諧振回路參數(shù)

由式(1-6)得g/e=§』L15

由式(1-5)得g,?="小"S?58mS

26

由式(1-1)~(1-4)得4個y參數(shù)

g,■+iwc.,,

V.=——2~--紅——r=1.373X10-3s+J2.88x10-3S

“l(fā)+rlh(g).+jwc,.)

bhheJbeJ

由于yie=gie+jwCie

則有gic=l.373msrie=l/gic=728Q

l2.88mS?

C=------x22.5pF

iew

jW：b/b,cg，n

a0.216加S+jl.37nls

1+%*淀+加1)+小

因yoe=gOe+jwCoc則有

goe=0.216msCoe=1.37ms/W^10.2PF

計算回路總電容Cg，由(1-10)得

______________]

Cv-=-------?123/?F

Z(2/JL(2x3.14xl0.7xl06)2xl.8xl0-6

由(1-11)=C+P&+P；g得

C=Cg-P；C〃-P；Ci?=120-o.432x22.5-02xlO.2?119pF

則有CA3=119pF,取標稱值120pF

3）確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合

電容CA2=0.01UF,旁路電容CA4=0.1UF,濾波電容CA5=0.1UF

五、實驗內容

本實驗中，用到BT-3和頻譜儀的地方選做。

參考所附電路原理圖G6。先調靜態(tài)工作點，然后再調諧振回路。

1）按照所附電原理圖G6,按下開關KA1,接通12V電源，此時LEDA1點

鳧°

2）調整晶體管的靜態(tài)工作點：

在不加輸入信號（即Ui=0）,將測試點TTA1接地，用萬用表直流電壓檔（20V

檔）測量三極管QA1射極的電壓（可以在電阻RA4靠近QA1一端測），調整可

調電阻WAL使UEQ=2.25V（即使lE=L5mA）,根據(jù)電路計算此時的UBQ,UCEQ，

UEQ及IEQ值。

3）調諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz

方法是用BT-3頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路

的信號輸入端TTA1及測試端TTA2,通過調節(jié)y軸，放大器的“增益”旋鈕和

“輸出衰減”旋鈕于合適位置，調節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的

“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中

心頻率f0=10.7MHz所對應的幅值最大。

如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調諧過程，方法是：在TTA1

處由高頻信號源提供頻率為10.7MHz的載波（參考高頻信號源的使用），大小為

Vp-p-=20?100mV的信號，用示波器探頭在TTA2處測試（在示波器上看到的是

正弦波），調節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調好后，磁芯不論往上或往下

旋轉，波形幅度都減?。?。

4）測量電壓增益Avo

在有BT-3頻率特性測試儀的情況下用頻率特性測試儀測Avo測量方法如下:

在測量前，先要對測試儀的y軸放大器進行校正，即零分貝校正，調節(jié).“輸

出衰減”和“y軸增益“旋鈕，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時

的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù)NQB,然后接入被測放大器，在保持y軸增

益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋鈕，使諧振曲線清晰可見。記

下此時的“輸出衰減”的值NzdB,則電壓增益為

Avo=（N2-N1）dB

若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果Avo.較

小，可以通過調靜態(tài)工作點來解決（即IE增大）。

在無BT-3頻率特性測試儀的情況下，可以由示波器直接測量。方法如下：

用示波器測輸入信號的峰峰值，記為Uio測輸出信號的峰峰值記為Uoo則

小信號放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Uio

5）測量通頻帶BW

用掃頻儀測量Bw：

先調節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋鈕，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當

的格數(shù)，然后接入被測放大器，調節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線

在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降3dB處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，

根據(jù)內頻標就可以近似算出放大器的通頻帶

BW=BO.7=1OOKHZX（寬度）

6）測量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kg表示

用5）中同樣的方法測出Bo」即可得：

y__2紂0|

1\n,==----------

一由方處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術指標滿足設計要

求后的元件參數(shù)值與設計計算值有一定的偏差，所以在調試時要反復仔細調整才

能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。

六、實驗報告要求

1、整理好實驗數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線。

2、思考：引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實驗中出現(xiàn)自激

現(xiàn)象，應該怎樣消除？

七、實驗儀器

-臺

1、BT-3(G)型頻率特性測試儀(選項)

-臺

2、20MHz模擬示波器

-塊

、數(shù)字萬用表

3套

-

4、調試工具

實驗二二極管開關混頻器實驗

一、實驗目的

進一步掌握變頻原理及開關混頻原理。掌握環(huán)形開關混頻器組合頻率的測試

方法。了解環(huán)形開關混頻器的優(yōu)點。

二、實驗原理

1、環(huán)形開關混頻器的工作原理

變頻器的原理方框圖如圖2—1所示。

圖2—1變頻原理方框圖

圖中明為信號電壓，UL為本地振蕩電壓。當這兩個不同頻率的正弦電壓,

同時作用到一個非線性元件上時，就會在它的輸出電流中，產生許多組合頻率分

量，選用適當?shù)臑V波器取出所需的頻率分量3。，此時就完成了頻率變換，這就

是變頻原理。

根據(jù)所選用的非線性器件不同，可以組成不同的混頻器。如二極管混頻器、

晶體管混頻器、場效應混頻器和差分對混頻器等。這些混頻器各有其優(yōu)缺點。隨

著生產和科學技術的發(fā)展，人們逐漸認識到由二極管組成的平衡混頻器和環(huán)形混

頻器較之晶體管混頻器具有：動態(tài)范圍大、噪聲?。槐镜卣袷師o輻射、組合頻率

少等優(yōu)點，因而目前被廣泛采用。

如果把本振電壓取得較大(約0.6—1伏)，使二極管工作在導通、截止的開

關狀態(tài)，則這種由二極管組成的混頻器性能會更好。二極管的開關作用可用以下

單位開關函數(shù)式來描述：

flV>0.6V

S(/)=<°n

0Vo<0.6V

則二極管的電流可表示成：

i=gDS(t)?vD

go為二極管的導通電導，隊為加在二極管上的電壓。

下面就以圖2—2所示的環(huán)形混頻器為例，分析它工作在開關狀態(tài)的原理。

DW1

DW2

DK4

D%3

GND

圖2-2環(huán)形混頻原理圖

把本圖與典型的環(huán)形混頻器電路相比，本振輸出與中頻輸出的位置互換了；

?D］是經(jīng)挑選具有相同參數(shù)的二極管，則認為它們都有相同跨導gu;兩個高

頻變壓器線圈匝數(shù)經(jīng)均為1：2,所以次級電壓為初級電壓的兩倍。

由于本振電壓起著開關作用，在本振電壓的正半周，D?、D3導通；負半周，

匕、D,導通，其等效電路如圖2—3所示。

uL

(b)負半周

圖2-3工作原理圖

在本振電壓正半周的輸出電流為:

i'=i2-i3=2(vs-u0)S(t)gD

負半周的輸出電流為:

i"=ii-。=-2(us-uo)S*(t)gD

所以，總的輸出電流為：

,z

i=i'+i=2?sgD[S(t)—S*(t)]—2vogD[S(t)+S*(t)](2-1)

式中的S*(t)也是受本振電壓控制的單位開關函數(shù)，只是S*(t)的時間比

S(t)落后To/2(相位落后口)。它們的變化周期就是本振電壓UL的周期，如圖

2—4所小。

V,

圖2-4S⑺與S*⑺的關系

設Us=VsmSin3stUL=VtmSin3Lt(2-2)

則S(t)和S*(t)可用付里葉級數(shù)展開為:

17o

S(t)=-+—sinoLt+—sin3wLt

27t3%

2

+—sin5GOLt+....(2-3)

5/r

S*(t)=—+—sin(oLt+兀)+—sin(3Lt+3冗)

27i3兀

9

+—sin(5?Lt+5Ji)+....

5乃

177

=一--sinwLt-——sin3?Lt

27T3萬^

2

--sin5?Lt-....(2-4)

5萬

由(2-3)、(2-4)式可得：

S(t)+S*(t)=1(2-5)

*444

S(t)-S(t)=—sinwLt+——sin3Lt+——sin5(ott+...

7i37r5不

d4

=X—sin<oLt(n為奇整數(shù))(2-6)

，i〃萬

將(2-5)、(2-6)式代入(2-1)式得:

?4

i=2gNsmSin3st?Y一sin<oLt-2gDVomsinuot(n為奇整數(shù))

,,=inn

44

+w

=—gi)Vsm[cos(3L-3s)t-COS(Ls)t]+—gi)Vsm[C0S(33「3$)t

71571

4

-COS(33L+3s)t]+—gI)v[cos(53「3s)t-C0S(5WL+ws)t]

57sm

+“-2gt)VomSin30t(2-7)

從(2-7)式可以看出：環(huán)形開關混頻器工作在開關狀態(tài)時，輸出電流中的

組合頻率，只有本振電壓的奇次諧波與信號電壓頻率的基波的組合，用一通式表

示組合頻率為

(2p+l)3L±3S其中p=0、1、2、...o

即使環(huán)形混頻器不工作在開關狀態(tài)時，它的輸出電流也只含有本振電壓的奇

次諧波與信號電壓的奇次諧波的組合，也可用通式

(2p+l)3L土(2q+l)3s來表示,其中p=l、2、3、……。較之其他的

混頻器，組合頻率干擾少是其突出的優(yōu)點之一。

從(2-7)式，我們還可以找出中頻電流分量為：

4

ii=-goVsmcos(coL-cos)t-2VimgDsin?it(2-8)

n

式中第二項是負載電壓反作用所引起的中頻電流。

同理，我們還可以從圖2—3中分析知道，總的輸入信號電流為：

ir=i'r+ii"

=2usgD-2vogD[s(t)-s*(t)]

從而可以得出信號電流成分為：

4

is=2VsmgDsin3st--gVcos(?-?)t(2-9)

71DimL0

把(2-8)、(2-9)兩式中的電流電壓寫成復數(shù)形式，得：

.4

4=2g。匕——gDv0

兀

4

‘0=-g。匕-2g。%

I71

與它對應的等效電路如圖(2—5)所示：

圖2-5等效電路圖

4

圖中:g2=~g

71D

網(wǎng)絡特性阻抗g°=/g；+2g|g2=2g41

根據(jù)等效電路，不難求得此混頻器的增益：

。_om_o2

八丫。-77—-

嗑gl+g2+gL

當環(huán)形混頻器的負載開路時，即RL-8,gL-0這時

Kvc=一.一X0.64

gi+心

由此可見,環(huán)形混頻器沒有變頻增益，只有衰減，最大的Kvc-0.64,這也是

它的缺點。

在全匹配條件下，即gL=gc，gs=gc，功率增益最大為：

/2\2

Kpc=K；c=----------*(0.32)2=0.1

[gi+g2+gcj

Kpc(dB)x—10dB

2、實驗電原理圖，如附圖G7

圖中MIX41為集成環(huán)形開關混頻器，型號為HSPL—1。其內部電原理如圖

2-6o

圖2-6集成環(huán)形開關混頻器內部電原理圖

封裝外引腳功能如下:

其中，1腳為射頻信號輸入端，8腳為

?1?3?5?7本振信號輸入端，3腳、4腳為中頻信

?2?4?6?8號輸出端，2、5、6、7接地。

本混頻器的本振輸入信號在+3dBm—+13dBm之間，用高頻信號源輸入本

振信號，頻率選為10.7MHz,而射頻信號是由正弦振蕩部分產生的10.245MHz

的信號。輸出取差頻10.7-10.245=455KHz信號，經(jīng)過455KHz的陶瓷濾波器FL41

進行濾波，選取中頻信號，因信號較弱，經(jīng)Q41進行放大。此放大電路的靜態(tài)

工作電流為IcQ=7mA(VE=3.36V)o

選R4|4=RE=470Q,取Rc=R4i2=560Q。R4H=3.6KOR4io=5.1KoW4I=5.1KO

其中R41，R42?R43；&5，艮)4，R46；R48，&7，R49組成隔離電路。

因為頻率較高，信號較強，且信號引入較長，存在一定感應，在輸出可能存

在一定強度的本振信號和射頻信號。

三、實驗內容

因混頻器是一非線性器件，輸出的組合頻率較多，為了能更好地觀察輸出信

號，建議使用頻譜分析儀來對混頻器輸出端的信號進行測試。

1、熟悉頻譜分析儀的使用。

2、調整靜態(tài)工作點：按下開關K41,調節(jié)電位器W41使三極管Q41的

UEQ=3.36V（可用萬用表測量電阻R413靠近三極管Q41管腳的電壓值）。

3、參照附圖G7,接通射頻信號（從IN42輸入），射頻信號選用10.245MHz,

此信號由正弦振蕩部分產生（產生的具體方法是：參見正弦振蕩部分的原理圖

G5,連接J54、J53；其余插鍵斷開，也就是說，由10.245MHz晶體產生該信號,

信號從TT51輸出）。

4、輸入本振信號：從IN41注入本振信號，本振信號由信號源部分提供，頻

率為10.7MHz的載波信號（產生的方法參考高頻信號源的使用），大小為：用示

波器觀測，Vp-p不小于300mVo

5、驗證環(huán)形開關混頻器輸出組合頻率的一般通式（選做）。

用頻譜儀在TT41處觀察混頻器的輸出信號，驗證環(huán)形開關混頻器輸出組合

頻率的一般通式為

（2p+l）fi±1（p=0、1、2........）

同時用示波器在TT41處觀察波形。

6、測量輸出回路：用頻譜儀在TT43處（測量點參看總體測量分布圖0-1）

觀察步驟5所測到的頻率分量，計算選頻回路對除中頻455KHz之外的信號的抑

制程度，同時用示波器在TT42處觀察輸出波形，比較TT41與TT42處波形形

狀。（輸出的中頻信號為信號源即IN41處信號和射頻信號IN42處信號的差值，

結果可能不是準確的455KHZ,而在其附近）。

7、觀察混頻器的鏡像干擾

IN41處信號不變。由正弦振蕩單元的LC振蕩部分產生11.155MHz的信號

（產生的具體方法參見正弦振蕩部分實驗內容），作為IN42處的輸入信號。觀察

TT42處的信號是否也為455KHzo此即為鏡像干擾現(xiàn)象。

四、實驗報告內容

1、整理本實驗步驟5、6中所測得的各頻率分量的大小，并計算選頻電路對

中頻以外的分量的抑制度。

2、繪制步驟5、6中分別從TT41、TT42處用示波器測出的波形。

3、說明鏡像干擾引起的后果，如何減小鏡像干擾？

五、實驗儀器

1、頻譜分析儀（選項）一臺

2、20MHz雙蹤模擬示波器一臺

3、萬用表一塊

4、調試工具一?套

實驗三高頻諧振功率放大器

一、實驗目的

1、進一步理解諧振功率放大器的工作原理及負載阻抗和激勵信號電壓變化

對其工作狀態(tài)的影響。

2、掌握諧振功率放大器的調諧特性和負載特性。

二、電路的基本原理

利用選頻網(wǎng)絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電

發(fā)射機中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導通角。的范圍可分為甲類、乙類、

丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導通角o愈小，放大器的效率n愈高。

如甲類功放的。=180,效率n最高也只能達到50%,而丙類功放的。＜90°,效

率n可達到80%,甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放

大器。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。

圖3-1高頻功率放大器

圖3-1為由兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中Q1組成甲類

功率放大器，晶體管Q2組成丙類諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應用十

分廣泛，下面介紹它們的工作原理及基本關系式。

1、甲類功率放大器

1）靜態(tài)工作點

如圖3-1所示，晶體管Qi組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其

中RBI、RB2為基極偏置電阻；REI為直流負反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。

RFI為交流負反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工

作點由下列關系式確定：

UEQ=IEQ（RFI+REI）"ICQREI（3-1）

式中，RFI一般為兒歐至兒十歐。

ICQ=3IBQ（3-2）

UBQ=UEQ+O.7V（3-3）

UCEQ=UCC-ICQ（RFI+REI）（3-4）

2）負載特性

如圖3-1所示，甲類功率放大器的輸出負載由丙類功放的輸入阻抗決定，兩級

間通過變壓器進行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率Po可表示為：

PO=PH，/HB（3-5）

式中，PH'為輸出負載上的實際功率，QB為變壓器的傳輸效率，一般為

B

/UcESUCC-ICQRE1\\J

tTIAUcc

/Ucmj

M-------------

圖3-2甲類功放的負載特性

圖3-2為甲類功放的負載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點Q

應選在交流負載線AB的中點，此時集電極的負載電阻RH稱為最佳負載電阻。

集電極的輸出功率Pc的表達式為：

2

匕=—外（3-6）

2Zi\H

式中，Ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，km為交流電流的振幅，它們的表

達式分別為

Ucm=ucc-ICQREi-UCES（3-7）

式中，UCES稱為飽和壓降，約IV

Icn^IcQ（3-8）

如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1,次級線圈匝數(shù)為N2,則

N、_,BRH

比一(3-9)

式中，RH'為變壓器次級接入的負載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗。

3)功率增益

與電壓放大器不同的是功率放大器應有一定的功率增益，對于圖4.3.1所示

電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前

級輸入的信號，進行功率放大，功率增益Ap的表達式為

Ap=P("i(3-10)

其中，Pi為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓Uim及輸入電阻Ri的

關系為

口曲=也￡(3-11)

式中，氐又可以表示為

R產hie+(1+hfe)RFI(3-12)

式中，hie為共發(fā)接法晶體

管的輸入電阻，高頻工作時，可

認為它近似等于晶體管的基極體

電阻rbbohfe為晶體管共發(fā)接

法電流放大系數(shù)，在高頻情況

下它是復數(shù)，為方便起見可取晶

體管直流放大系數(shù)B。

2、丙類功率放大器

1)基本關系式

如圖3-1所示，丙類功率放大

器的基極偏置電壓UBE是利用發(fā)射

極電流的直流分量IEO(^ICO)在

射極電阻RE2上產生的壓降來提供

的，故稱為自給偏壓電路。當放大

器的輸入信號Ui'為正弦波時，則

集電極的輸出電流ic為余弦脈沖

波。利用諧振回路L2c2的選頻作

用可輸出基波諧振電壓Ucl,電流iclo圖3-3丙類功放的基極、集電

圖3-3畫出了丙類功率放大器的基

極與集電極間的電流、電壓波形關極電流和電壓波形

系。分析可得下列基本關系式：

Uclm=IclmRo(3-13)

式中，Ucim為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；

Iclm為集電極基波電流振幅；R。為集電極回路的諧振阻抗。

Pc=、UClm【Clm=RllMo=3；〃'(3-14)

L22X\Q

式中，Pc為集電極輸出功率

PD=UCC1CO(3-15)

式中，PD為電源ucc供給的直流功率；

Ico為集電極電流脈沖ic的直流分量。

電流脈沖ic經(jīng)付立葉級數(shù)分解，可得峰值1cm與分解系數(shù)%(6)的關系式

>(3-10)

，cO=1an?。0(”

分解系數(shù)％(。)與。的關系

如圖3-4所示。

放大器集電極的耗散功率Pc'為

Pc'=PD-PC(3-17)

放大器的效率n為

圖3-4電流脈沖的分解系數(shù)

PD2UccIc0

:i.％?)=tg?)

(3-18)

-2Ucc即⑻一廣”。⑻

圖3-5為功放管特性曲線折線化后的輸入電壓Ube與集電極電流脈沖1的

波形關系。由圖可得:

U；一〃A

cos6=-^-（3-19）

即,“

式中：可為晶體管導通電壓（硅管約為0.6V,錯管約為0.3V）

Ubm為輸入電壓（或激勵電壓）的振幅。

UB為基極直流偏壓。

UB=-ICORE2（3-20）

當輸入電壓Ube大于導通電壓巧時，晶體管導通，工作在放大狀態(tài)，則基極

電流脈沖Ibm與集電極電流脈沖Ln成線性關系，即滿足

Icm=hfelbm^B1bm（3-21）

因此基極電流脈沖的基波幅度Iblm及直流分量1b。也可以表示為

=//o⑻,

基極基波輸入功率Pi為

6=3"（3-23）

放大器的功率增益Ap為

Ap=?Mp=101g""8（3-24）

丙類功率放大器的輸出回路采用了變壓器耦合方式，其等效電路如圖3-6

所示，集電極諧振回路為部分接入,

諧振頻率為

W0=vb^°=2^Zc325）

諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為

(3-26)

式中，N1為集電極接入初級匝數(shù)。

N2為初級線圈總匝數(shù)。

N3為次級線圈總匝數(shù)。

QL為初級回路有載品質因數(shù)，一般取2?10。

兩類功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級輸

出阻抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗|Z,|為

Iz,|=(3-27)

（1一cos。）。/。）

式中，九為晶體管基極體電阻力W25Q。

bhbb

2）負載特性

當功率放大器的電源電壓+Ucc，基極偏壓Ub，輸入電壓C或稱激勵電壓Usm

確定后，如果電流導通角選定，則放大