通信電路虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 課件 第3章 通信電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

第3章通信電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一LC串并聯(lián)諧振回路選頻性能分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三單調(diào)諧放大器電路的設(shè)計(jì)與性能分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四高頻諧振功率放大器電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五LC三點(diǎn)式振蕩電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六晶體管混頻器電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七振幅調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一LC串并聯(lián)諧振回路選頻性能分析實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解和掌握LC串并聯(lián)諧振回路的原理、結(jié)構(gòu)及基本特性。

(2)學(xué)習(xí)Multisim電路分析軟件的使用。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)熟悉LC串并聯(lián)諧振回路的原理。

(2)學(xué)習(xí)LC串并聯(lián)諧振回路的特性參數(shù)的計(jì)算方法。

(3)認(rèn)真學(xué)習(xí)Multisim軟件：熟悉電路分析軟件的基本使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

1)實(shí)驗(yàn)電路及說明

實(shí)驗(yàn)電路如圖3.1所示：其中：圖3.1(a)為L(zhǎng)C串聯(lián)諧振回路：圖3.1(b)為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。圖3.1LC串并聯(lián)諧振回路

2)諧振回路的調(diào)諧

調(diào)諧：調(diào)整信號(hào)源的頻率：使其等于諧振回路的諧振頻率：使回路輸出電壓達(dá)到最大。

失諧：信號(hào)源頻率與諧振回路諧振頻率不相等：回路輸出電壓顯著小于諧振時(shí)的輸出電壓。

諧振回路的實(shí)現(xiàn)方法:將示波器連接到諧振回路的輸出負(fù)載電阻的兩端：然后調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率：使示波器中的電壓讀數(shù)為最大：回路即處于諧振狀態(tài)。

通頻帶BW0.1：輸出電壓振幅減小到諧振電壓的0.1倍時(shí)的上下限頻率之差就是通頻帶BW0.1。

回路矩形系數(shù)的計(jì)算公式為

4)LC串并聯(lián)諧振回路特性參數(shù)的計(jì)算

如圖3.1(a)所示：諧振回路的諧振頻率為

回路的諧振電阻為

有載品質(zhì)因數(shù)為

所以：回路的通頻帶

對(duì)于如圖3.1(b)所示的LC并聯(lián)諧振電路：除諧振電阻外：其相應(yīng)的參數(shù)也可以通過公式(3.1.2)~公式(3.1.4)計(jì)算得到。

并聯(lián)諧振回路的諧振電阻為

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

根據(jù)圖3.1所示的LC串并聯(lián)諧振回路：采用Multisim軟件仿真下面的實(shí)驗(yàn)。

1)測(cè)量串并聯(lián)諧振回路的諧振頻率

在負(fù)載電阻R2的兩端接入示波器：改變輸入信號(hào)源的振蕩頻率：觀測(cè)輸出電壓信號(hào)的波形：測(cè)量其振幅的大小并讀數(shù)記錄。當(dāng)輸出電壓振幅達(dá)到最大值時(shí)：記錄此時(shí)的輸入信號(hào)頻率大?。杭礊橹C振頻率。

2)測(cè)量串并聯(lián)諧振回路的頻率特性與通頻帶

選擇AC分析法：畫出串并聯(lián)諧振回路的頻率特性曲線：根據(jù)BW0.7和BW0.1的定義：

從曲線上測(cè)量其值：并根據(jù)公式(3.1.1)計(jì)算回路的矩形系數(shù)。

3)改變輸出電阻數(shù)值并測(cè)量特性參數(shù)

改變輸出負(fù)載電阻的大小：分別設(shè)置為25Ω和100Ω：選擇AC分析法：畫出其對(duì)應(yīng)的串并聯(lián)諧振回路的頻率特性曲線：根據(jù)BW0.7和BW0.1的定義：從曲線上測(cè)量其值：并根據(jù)公式計(jì)算回路的矩形系數(shù)K0.1。

將以上三組數(shù)據(jù)的特性參數(shù)數(shù)值進(jìn)行比較：可以總結(jié)出什么規(guī)律?

將以上測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算所得的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較：結(jié)果是否一致?

4)改變電容和電感數(shù)值并測(cè)量特性參數(shù)

保持輸出負(fù)載電阻大小50Ω不變：改變L1或C1的數(shù)值：使諧振頻率為1MHz或100MHz：測(cè)量通頻帶BW0.7和BW0.1及計(jì)算矩形系數(shù)K0.1。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出串并聯(lián)諧振電路的測(cè)量電路原理圖及輸出電壓波形圖。

(2)在串并聯(lián)諧振電路取三種負(fù)載電阻大小情況下：以表格形式給出參數(shù)通頻帶BW0.7和BW0.1及矩形系數(shù)K0.1的數(shù)值：并總結(jié)其規(guī)律。

(3)在串并聯(lián)諧振電路取不同L1或C1的數(shù)值時(shí)：以表格形式給出通頻帶BW0.7和BW0.1及矩形系數(shù)K0.1的數(shù)值：并總結(jié)其規(guī)律。

(4)給出以上測(cè)量參數(shù)的理論計(jì)算值：并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。

實(shí)驗(yàn)二Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解和掌握Г型濾波匹配電路的原理、結(jié)構(gòu)及基本特性。(2)掌握Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1)熟悉LC選頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的原理。(2)學(xué)習(xí)LC選頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)計(jì)算方法。(3)認(rèn)真學(xué)習(xí)MultisimUserGuide：熟悉電路分析軟件的使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

1)實(shí)驗(yàn)電路及說明

LC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)具有濾波和阻抗匹配的功能：在電路上有Г型、T型和π型等幾種不同組成形式：其中Г型是基本形式。實(shí)驗(yàn)電路如圖3.2所示：其中：圖3.2(a)為串聯(lián)輸出：圖3.2(b)為并聯(lián)輸出。

圖3.2中：R1為信號(hào)源內(nèi)阻：R2為輸出負(fù)載電阻。圖3.2及圖3.3電路中：元器件參數(shù)僅為示例：其數(shù)值不作為設(shè)計(jì)的參考。

圖3.2Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)基本電路結(jié)構(gòu)

2)諧振頻率的計(jì)算

使回路輸出電壓的振幅達(dá)到最大的工作頻率稱為諧振頻率?；芈分C振時(shí)：電路的總阻抗呈現(xiàn)純阻性：其中的電抗為零。由于計(jì)算回路總阻抗之中的電抗比較復(fù)雜：為簡(jiǎn)化計(jì)算：需要對(duì)電路進(jìn)行串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換：將其轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的串并聯(lián)諧振電路的形式。

如圖3.2(a)所示：將其中的L1和R2的串聯(lián)電路形式轉(zhuǎn)換成并聯(lián)電路形式：可得到圖3.3(a)。同理：將圖3.2(b)中的L1和R2的并聯(lián)電路形式轉(zhuǎn)換成串聯(lián)電路形式：可得到圖3.3(b)。圖3.3(a)和3.3(b)：分別為簡(jiǎn)單的并聯(lián)諧振電路和串聯(lián)諧振電路：可以很方便地計(jì)算其諧振頻率。

圖3.3Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)串并聯(lián)轉(zhuǎn)換后的電路結(jié)構(gòu)

3)阻抗匹配

圖3.3中：當(dāng)回路處于諧振狀態(tài)時(shí)：電路中的電抗為零：輸出負(fù)載呈現(xiàn)純阻性?？梢宰C明：當(dāng)輸出電阻等于信號(hào)源內(nèi)阻或前級(jí)電路輸出電阻時(shí)：輸出功率達(dá)到最大值：輸出阻抗處于匹配狀態(tài)。阻抗匹配具有實(shí)際意義：可使功率最大限度地傳導(dǎo)到輸出端：同時(shí)匹配電路本身并不消耗功率。

實(shí)際應(yīng)用中：信號(hào)源內(nèi)阻或前級(jí)電路輸出電阻是器件本身固有的：負(fù)載電阻也是器件本身固有的：有時(shí)負(fù)載并非純阻性的：也可能為感性或容性負(fù)載：并非一定處于阻抗匹配狀態(tài)：這時(shí)：設(shè)計(jì)和圖3.2(a)或3.2(b)一樣的Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)：使其阻抗達(dá)到匹配狀態(tài)：就是非常有意義的工作了。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

(1)已知某負(fù)載由200Ω電阻與20pF電容串聯(lián)組成：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)Г型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)：

使該負(fù)載在10MHz頻率時(shí)：能轉(zhuǎn)換為50Ω純阻性等效負(fù)載。

(2)利用Multisim軟件創(chuàng)建設(shè)計(jì)工程：并畫出原理圖。

(3)對(duì)所建工程進(jìn)行仿真分析：求得實(shí)際等效電阻值和實(shí)際諧振頻率以驗(yàn)證電路。

提示:使用Multisim進(jìn)行仿真分析時(shí)：先設(shè)置激勵(lì)源：并采用AC分析模式。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出設(shè)計(jì)電路：標(biāo)出各元器件數(shù)值。

(2)給出仿真結(jié)果(仿真波形圖及有用數(shù)值)：并說明仿真結(jié)果如何驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性。

實(shí)驗(yàn)三單調(diào)諧放大器電路的設(shè)計(jì)與性能分析實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解和掌握小信號(hào)諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)理解電路中各元件參數(shù)的變化對(duì)諧振放大器性能指標(biāo)的影響。(3)熟悉電路分析軟件Multisim的操作界面、虛擬儀器和各種分析方法。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)理解選頻網(wǎng)絡(luò)的原理和性能指標(biāo)(如通頻帶、Q值)。

(2)理解放大器的工作原理和性能指標(biāo)(如電壓增益)。

(3)復(fù)習(xí)模擬電路知識(shí)：掌握放大器偏置電路的設(shè)計(jì)方法：能讓放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)處于正確的狀態(tài)。

(4)認(rèn)真學(xué)習(xí)Multisim軟件的相關(guān)內(nèi)容：熟悉電路分析軟件的基本使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

單級(jí)單調(diào)諧放大器是由晶體管(場(chǎng)效應(yīng)管)和諧振回路組成的：放大器的集電極負(fù)載用LC諧振回路代替純電阻負(fù)載：晶體管基級(jí)電壓為正偏：工作在甲類狀態(tài)。單諧振回路小信

號(hào)諧振放大器電路如圖3.4所示。

圖3.4單諧振回路小信號(hào)諧振放大器電路

單調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)如下:

(1)中心頻率f0：放大器的工作頻率。在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)：中心頻率是選擇有源器件、計(jì)算諧振回路元器件參數(shù)的依據(jù)。

(2)增益：放大器對(duì)有用信號(hào)的放大能力：用中心頻率上的電壓增益和功率增益表示：增益的單位通常用分貝(dB)表示。

(3)通頻帶(寬)：通頻帶是指放大電路增益由最大值下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻帶寬度：用BW0.7表示。

(4)選擇性：放大器對(duì)通頻帶之外的干擾信號(hào)的衰減能力。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

(1)創(chuàng)建如圖3.4所示的高頻小信號(hào)放大電路：設(shè)置輸入信號(hào)頻率為10MHz：電壓增益≥20dB：并設(shè)計(jì)相應(yīng)的元器件參數(shù)值。

(2)單擊“仿真”按鈕：從示波器中觀察輸入、輸出信號(hào)的波形：計(jì)算該放大器的實(shí)際放大倍數(shù)：并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。

(3)直流工作點(diǎn)分析。為方便直流工作點(diǎn)分析：在菜單中選擇Edit/Properties/SheetProperties/SheetVisibility/NetName/ShowAll：將電路節(jié)點(diǎn)名稱顯示在電路圖上。選擇菜單Simulate/Analyses/DCOperatingPoints進(jìn)入直流工作點(diǎn)分析：結(jié)果記錄在表3.3.1中。

(4)進(jìn)行交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析：求出通頻帶和矩形系數(shù)。

(5)進(jìn)行參數(shù)掃描分析：觀察諧振回路參數(shù)改變對(duì)輸出的影響。

(6)高頻小信號(hào)諧振放大器的選頻作用分析。將高頻小信號(hào)諧振放大器的輸入信號(hào)由單一頻率改為多頻率：分別為10MHz及其第二、第三次諧波分量。用虛擬示波器觀察輸

出信號(hào)波形：并分析電路的選頻濾波作用。

(7)將工作頻率改變?yōu)?0MHz：重新設(shè)計(jì)電路參數(shù)：重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出設(shè)計(jì)電路圖：標(biāo)出各元器件數(shù)值：并計(jì)算諧振回路的Q值。

(2)標(biāo)出晶體管各極的靜態(tài)工作電壓及靜態(tài)工作電流數(shù)值：分析此時(shí)晶體管處于何種工作區(qū)。

(3)給出仿真結(jié)果(仿真波形圖及有用數(shù)值)：并給出電壓放大增益、3dB通頻帶寬。

實(shí)驗(yàn)四高頻諧振功率放大器電路的設(shè)計(jì)與

性能仿真實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)理解和掌握丙類諧振功率放大器(功放)的電路組成和工作原理。(2)掌握丙類諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)(欠壓、臨界和過壓)及功率和效率：研究負(fù)載、電源電壓、輸入信號(hào)對(duì)諧振功放工作狀態(tài)的影響：加深對(duì)欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)的理解。

(3)理解電路元件參數(shù)對(duì)諧振功放工作性能的影響：學(xué)習(xí)諧振功放的調(diào)諧與調(diào)整：熟悉主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量方法。

(4)了解丙類諧振功放的設(shè)計(jì)方法。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)理解丙類諧振功率放大器的原理和性能指標(biāo)(如直流功率、負(fù)載功率、耗散功率以及集電極效率)。

(2)理解丙類諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)及特性(負(fù)載特性、調(diào)制特性、放大特性)。

(3)復(fù)習(xí)LC選頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的原理和計(jì)算方法。

(4)進(jìn)一步熟悉Multisim電路分析軟件的使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

丙類諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖3.5所示。

圖3.5中：C5、C6、C7、L3構(gòu)成輸出諧振回路：既有選頻的作用：又有阻抗匹配的功能。C1為輸入耦合電容：L1為基極自給偏壓扼流圈：R2為發(fā)射極自給偏壓電阻：使功率管工作于丙類狀態(tài)。L2為集電極扼流圈：C4為集電極隔直流電容：二者共同構(gòu)成集電極并聯(lián)饋電電路。

圖3.5丙類諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路

下面通過設(shè)計(jì)舉例說明丙類諧振功放設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

設(shè)計(jì)要求:中心頻率f=1MHz：Po≥100mW：RL=75Ω：ηc>80%：Ucc=12V。

1)電路選擇

如圖3.5所示電路：基極采用自給偏壓電路：集電極采用并聯(lián)饋電方式：輸出采用π型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。

2)功率管工作狀態(tài)的確定及功率管的選擇

諧振功率放大器中：為兼顧效率和功率：功率管工作在丙類臨界狀態(tài)：通常取導(dǎo)通角θ=60°?？紤]到濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際傳輸效率：現(xiàn)根據(jù)指標(biāo)要求：并留有一定的余量：取諧振功放臨界狀態(tài)輸出功率Po=150mW。由此可得諧振功放臨界狀態(tài)時(shí)：集電極諧振電阻為

集電極電流基波振幅為

集電極電流脈沖最大值為

集電極電流直流分量為

其中：直流分量和基波分量的分解系數(shù)分別為

直流電源供給功率為

功放效率為

晶體管的集電極功耗為

在失諧時(shí)：晶體管的功耗會(huì)顯著增加：為了保證功率管的安全：PCM的選擇應(yīng)有足夠的余量。功率管承受的最大壓降UCEmax=2Ucc=24V。通過查晶體管性能手冊(cè)可知：2N2222滿足上述要求。

3)激勵(lì)信號(hào)及自給偏壓電阻的確定

由于

可得基極輸入電壓振幅為

式中：取UBB=-IC0Re=-0.1V：UBE(on)=0.5V：所以發(fā)射極電阻為

發(fā)射極電阻取標(biāo)稱值6.8Ω：由于Re要消耗一定的功率：所以放大器的效率將會(huì)小于83%。

4)輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)計(jì)算

可將π型網(wǎng)絡(luò)拆成兩個(gè)Г型網(wǎng)絡(luò)：如圖3.6所示。圖中：L1+L2=L。圖3.6π型網(wǎng)絡(luò)拆成兩個(gè)Г型網(wǎng)絡(luò)

設(shè)網(wǎng)絡(luò)(Ⅰ)和(Ⅱ)的品質(zhì)因數(shù)分別為Q1和Q2：取Q2=2：則可求得

5)扼流圈及隔直旁路電容的選擇

圖3.5中C1為輸入耦合電容：對(duì)交流的容抗越小越好：L1為基極扼流圈：用以阻止交流通過。根據(jù)工作頻率f=1MHz：可選用C1=0.033μF：L1=470μH。

L2為集電極扼流圈：C4為集電極隔直流電容：以使集電極電路構(gòu)成并聯(lián)饋電電路。要求L2的阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于回路的諧振阻抗Re：取L2=1mH。C4對(duì)工作頻率的容抗越小越好：取C4=0.1μF。

C2、C3為電源去耦合濾波電容：取C2=10μF：C3=0.033μF。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

1)諧振功放電路

如圖3.5所示：重新設(shè)計(jì)諧振功放電路：中心頻率f=10MHz：Po≥100mW：RL75Ω：ηc>80%：Ucc=12V。計(jì)算各元器件的參數(shù)值。

2)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率及振幅

使集電極電流脈沖凹陷對(duì)稱：則回路處于諧振狀態(tài)。降低輸入信號(hào)的振幅：使集電極電流脈沖波形變?yōu)轫敹俗兓骄彽挠嘞颐}沖：此時(shí)功放處于臨界狀態(tài)：測(cè)量集電極電流脈沖高度iCmax及導(dǎo)通角θ：及集電極余弦電壓的振幅Ucm。用以上測(cè)量結(jié)果：求出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc。

其中：導(dǎo)通角θ的測(cè)量方法如下。用瞬態(tài)分析測(cè)得集電極電流脈沖波形如圖3.7所示：分別測(cè)得高頻信號(hào)的周期T和脈沖寬度t：由于t/T=2θ/2π：可得θ=πt/T。

圖3.7集電極電流脈沖波形

3)負(fù)載特性的測(cè)量

維持輸入信號(hào)振幅、頻率不變：減小負(fù)載電阻到65Ω和50Ω：使功放工作于欠壓狀態(tài)：測(cè)量集電極電流脈沖高度iCmax及導(dǎo)通角θ：及集電極余弦電壓的振幅Ucm：求出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc。

維持輸入信號(hào)振幅、頻率不變：增大負(fù)載電阻到85Ω：使功放工作于過壓狀態(tài)：測(cè)量集電極電流脈沖高度iCmax及導(dǎo)通角θ：及集電極余弦電壓的振幅Ucm：求出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc。

4)放大特性的測(cè)量

RL=75Ω：維持輸入信號(hào)頻率不變：使放大器處于諧振狀態(tài)。

改變輸入信號(hào)的振幅Uim：使放大器工作狀態(tài)由過壓到臨界再到欠壓依次變化：分別測(cè)量Uim：集電極電流脈沖高度iCmax及導(dǎo)通角θ：及集電極余弦電壓的振幅Ucm：求出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc。作出放大特性Ucm－

Uim曲線。

5)研究電源電壓Ucc對(duì)放大器的影響

RL=75Ω：Ucc=12V：維持輸入信號(hào)頻率不變：使放大器處于諧振狀態(tài)。

改變電源電壓：使放大器工作狀態(tài)從過壓到臨界再到欠壓依次變化：分別測(cè)量Ucc：集電極電流脈沖高度iCmax、導(dǎo)通角θ及集電極余弦電壓的振幅Ucm：求出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc。作出放大特性Ucm－Ucc曲線。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出設(shè)計(jì)電路圖：標(biāo)出各元器件參數(shù)值。

(2)整理測(cè)試數(shù)據(jù)：算出功放的Ic1m、IC0、Re：以及Po、PD、ηc;作出負(fù)載特性、放大特性和集電極調(diào)制特性曲線。

(3)給出在欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)下的集電極電流的仿真波形圖：及負(fù)載電阻上的電壓仿真波形圖。

實(shí)驗(yàn)五LC三點(diǎn)式振蕩電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉LC振蕩器的工作原理及性能特點(diǎn)。(2)熟悉LC振蕩電路的調(diào)整與測(cè)試方法。(3)了解LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法。(4)理解電路元件參數(shù)對(duì)性能指標(biāo)的影響。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)理解LC振蕩器的工作原理及性能特點(diǎn)。

(2)熟悉克拉潑振蕩電路的基本構(gòu)成。

(3)進(jìn)一步熟悉Multisim電路分析軟件的使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

LC三點(diǎn)式(正弦波)振蕩器實(shí)驗(yàn)電路如圖3.8所示。

圖3.8LC三點(diǎn)式(正弦波)振蕩器實(shí)驗(yàn)電路

圖中：晶體管VT1為改進(jìn)型電容三點(diǎn)式(正弦波)克拉潑振蕩電路(克拉波振蕩器為典型的LC正弦波振蕩器之一)：由于C1和C2?C3：所以振蕩電路頻率

因此：減少了晶體管極間電容和分布電容的影響：振蕩頻率穩(wěn)定度比較高：可達(dá)10-4~10-5數(shù)量級(jí)。調(diào)節(jié)C3：可微調(diào)振蕩頻率。C1和C2大小的選擇主要取決于反饋的大?。悍答佅禂?shù)k=C1/C2：其值一般取1/8~1/2。

增大C1和C2：減小C3：雖然可提高振蕩頻率的穩(wěn)定度：但這將使晶體管輸出端與回路耦合減弱：因?yàn)橹C振回路對(duì)晶體管集電極C和發(fā)射極E之間呈現(xiàn)的等效諧振電阻為

諧振回路折算到晶體管：使得諧振電阻明顯下降、放大器的增益下降、振蕩幅度下降?？梢姡篊3越?。赫袷庮l率越高：R'e越?。悍糯笃鞯脑鲆嬖叫。赫袷幏纫簿驮叫　3過小：將有可能使電路不滿足振蕩條件而停振。

晶體管VT2構(gòu)成射極跟隨器的輸出(元件)：用以隔離負(fù)載：以減小負(fù)載對(duì)振蕩特性的影響。如果振蕩信號(hào)由VT2集電極輸出：那么幅度較大：但波形較差：而且負(fù)載阻抗影響前級(jí)品質(zhì)因數(shù);如果振蕩信號(hào)由VT2發(fā)射極輸出：那么幅度較小：但波形好：由于射極跟隨器的輸入阻抗很大：負(fù)載對(duì)振蕩特性影響很小。

這里簡(jiǎn)要介紹LC振蕩電路設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算方法。

指標(biāo)要求:取電源電壓Ucc=12V：振蕩頻率f0=4MHz：頻率穩(wěn)定度Δf0/f0=1×10-3：輸出幅度Uom≈0.5V(RL=10kΩ)。設(shè)計(jì)過程如下。

1)電路形式的選擇

振蕩電路形式主要根據(jù)工作頻率及頻率穩(wěn)定度進(jìn)行選擇。電容三點(diǎn)式振蕩波形好：電路簡(jiǎn)單：可工作于數(shù)百兆赫以上的頻率。改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-4~10-5量級(jí)：故本實(shí)驗(yàn)采用克拉潑電容三點(diǎn)式電路。

振蕩頻率較低時(shí)：常采用共發(fā)射極電路;振蕩頻率較高時(shí)：則采用共基極電路。故本實(shí)驗(yàn)采用共基級(jí)電路形式。為了提高振蕩穩(wěn)定度：改善輸出波形：晶體管的發(fā)射極可以連接100Ω以下的負(fù)反饋電阻。

2)晶體管的選擇

晶體管選擇應(yīng)滿足下列要求:

(1)特征頻率fT>(3~10)f0。

(2)最大管耗PCM>(5~20)Po。

(3)跨導(dǎo)較大：有利于起振。

故本實(shí)驗(yàn)選用晶體管2N2222。

3)靜態(tài)工作點(diǎn)及偏置電路計(jì)算

一般小功率自動(dòng)穩(wěn)幅的LC振蕩器：其靜態(tài)工作點(diǎn)要遠(yuǎn)離飽和區(qū)：靠近截止區(qū)：集電極靜態(tài)電流可取1~5mA。通常選用分壓式電流反饋偏置電路：發(fā)射極電阻取大一點(diǎn)好?，F(xiàn)取ICQ=1.5mA：UCEQ=5V：故

則取R3=3kΩ：R4≈10Ω：R5=1.5kΩ。

因UEQ=1.5mA×1.5kΩ=2.25V：則UBQ≈3V。由

得R1=3R2。

取R2=10kΩ：則R1=30kΩ。

基極旁路電容C5取0.01μF。

4)LC回路參數(shù)的選擇

LC回路參數(shù)的選擇首先應(yīng)滿足振蕩頻率的要求。L越大：C越?。褐C振回路的品質(zhì)因數(shù)就越高：有利于提高頻率穩(wěn)定度和減小失真：同時(shí)還可增大輸出幅度。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)：取電感L=47μH：則由已知f0=4MHz：可得

考慮到C1及C2的影響：取10pF的電容與(5~33)pF的可調(diào)電容并聯(lián)使用。

又由C1

與C2

遠(yuǎn)大于C3：C1

/C2

=1/8~1/2：現(xiàn)取C1=330pF：C2

=680pF。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

1)電路設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)指標(biāo):取電源電壓Ucc=12V：振蕩頻率f0=2MHz：頻率穩(wěn)定度Δf0/f0=1×10-3：輸出幅度Uom≈0.5V(RL=10kΩ)。

步驟如下：

(1)確定電路形式：畫出實(shí)際電路圖。

(2)選擇晶體管：確定靜態(tài)工作點(diǎn)：計(jì)算偏置電阻值。

(3)計(jì)算電路中各元件參數(shù)值。

2)靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整

將L短路：使振蕩器停振：改變R1的大?。菏笽CQ等于設(shè)計(jì)值。

3)用示波器觀察輸出波形

微調(diào)R1使輸出電壓波形不失真且幅度大于指標(biāo)要求。

4)微調(diào)C3可變電容

使振蕩頻率f0=2MHz。用示波器觀察輸出波形：并測(cè)量幅度：用頻率計(jì)測(cè)量頻率。

5)測(cè)量頻率穩(wěn)定度Δf0/f0和幅度穩(wěn)定度ΔU0/U0

測(cè)量負(fù)載RL變化對(duì)頻率的影響：設(shè)RL=10kΩ時(shí)的頻率為f0：幅度為U0。

測(cè)量電源電壓變化對(duì)頻率的影響：設(shè)Ucc=12V時(shí)的頻率為f0：幅度為U0。

6)振蕩電路特性研究

將振蕩時(shí)的晶體管各電極的直流電位與停振時(shí)的值進(jìn)行比較。

改變靜態(tài)工作點(diǎn)：測(cè)量頻率和幅度的變化：以及波形失真情況的變化。

改變C3：觀察頻率和輸出幅度的變化。

改變反饋電容C2：觀察其對(duì)振蕩器特性的影響。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出設(shè)計(jì)電路圖：標(biāo)出各元器件參數(shù)值。

(2)給出電路設(shè)計(jì)過程及參數(shù)計(jì)算過程。

(3)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。

6.實(shí)驗(yàn)后思考

(1)為什么起振時(shí)的直流工作點(diǎn)與停振時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不同?ICQ對(duì)振蕩特性有何影響?

(2)信號(hào)從VT1管集電極和發(fā)射極輸出：電壓波形有何特點(diǎn)：為什么?

(3)用C3調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)：為什么振蕩幅度會(huì)隨頻率的升高而下降?

實(shí)驗(yàn)六晶體管混頻器電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握晶體管混頻器的工作原理及其作用。(2)掌握混頻增益、晶體管工作狀態(tài)與本振電壓的關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1)理解晶體管混頻器的工作原理及性能特點(diǎn)。(2)進(jìn)一步熟悉電路分析軟件Multisim的使用方法。

3.實(shí)驗(yàn)原理

晶體管混頻器的實(shí)驗(yàn)電路如圖3.9所示。

圖中：高頻AM信號(hào)經(jīng)耦合電容C1輸入到晶體管VT1的基極：本振信號(hào)經(jīng)耦合電容C3輸入到晶體管的發(fā)射極：串聯(lián)接入晶體管的B-E節(jié)點(diǎn)。利用三極管轉(zhuǎn)移特性的非線性：輸出集電極電流中產(chǎn)生了高頻信號(hào)與本振信號(hào)的差頻、和頻及各次諧波的差和頻：經(jīng)由LC并聯(lián)諧振回路選出2.065MHz-1.6MHz=465kHz的中頻信號(hào)。調(diào)節(jié)電位器R-的大?。嚎梢哉{(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。

圖3.9晶體管混頻器實(shí)驗(yàn)電路

在通信接收機(jī)中：混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻(一般稱為中頻)的高頻已調(diào)波信號(hào)：而保持其調(diào)制規(guī)律不變。從頻譜角度看：混頻的實(shí)質(zhì)是將已調(diào)信號(hào)的頻譜沿頻率軸做線性搬移：因而混頻電路必須由具有乘法作用的非線性器件和中頻帶通濾波器組成：如圖3.10所示。

圖3.10混頻器電路組成原理框圖

混頻器的主要質(zhì)量指標(biāo)之一是混頻增益或混頻損耗?；祛l增益是指混頻器輸出中頻信號(hào)電壓振幅UIm或功率PI與輸入高頻信號(hào)電壓振幅Usm或功率Ps的比值：?jiǎn)挝挥梅重恉B

表示：混頻增益為

在輸入信號(hào)相同的情況下：分貝數(shù)越大：表明混頻增益越高：混頻器將輸入信號(hào)變換為輸出中頻信號(hào)的能力越強(qiáng)：接收機(jī)的靈敏度越高。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

(1)電路設(shè)計(jì)計(jì)算。輸入信號(hào)頻率fs=10MHz：本振頻率fo=16.455MHz：中頻fI=6.455MHz：設(shè)計(jì)晶體管混頻器：計(jì)算元件參數(shù)。提示:晶體管可采用9014。

(2)用示波器觀察輸出波形：并測(cè)量幅度：用頻率計(jì)測(cè)量頻率。進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析：制作表格記錄結(jié)果。

(3)用示波器觀察輸入和輸出波形：計(jì)算出該電路的混頻增益。

(4)調(diào)節(jié)電位器R5的大?。赫{(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)：并進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析：計(jì)算混頻增益。

(5)改變本地振蕩電壓的幅度：保持靜態(tài)工作點(diǎn)電壓不變：測(cè)量輸出波形并計(jì)算混頻增益。

(6)分析測(cè)量結(jié)果：找出最佳靜態(tài)工作點(diǎn)及本地振蕩電壓的最佳幅值。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)畫出設(shè)計(jì)電路圖：標(biāo)出各元器件參數(shù)值。

(2)給出電路設(shè)計(jì)過程及參數(shù)計(jì)算過程。

(3)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。

(4)繪出混頻增益Avc-IEQ的關(guān)系曲線。

(5)繪出混頻增益Avc-ULm的關(guān)系曲線。

6.實(shí)驗(yàn)后問題思考

(1)為什么晶體管混頻增益與本地振蕩電壓幅度ULm和靜態(tài)工作點(diǎn)IEQ相關(guān)?

(2)應(yīng)該怎樣選擇ULm和IEQ?

實(shí)驗(yàn)七振幅調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與性能仿真實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解高電平調(diào)幅的工作原理。(2)掌握基極調(diào)幅電路的仿真實(shí)驗(yàn)方法。(3)掌握二極管包絡(luò)檢波電路的工作原理及測(cè)試方法。(4)掌握檢波電路元件參數(shù)的設(shè)計(jì)及參數(shù)對(duì)檢波性能的影響。(5)了解檢波電路失真的原因。

2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)學(xué)習(xí)振幅調(diào)制與解調(diào)電路的工作原理。

(2)學(xué)習(xí)包絡(luò)檢波電路的原理與性能。

3.實(shí)驗(yàn)原理

振幅調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)電路如圖3.11所示。圖3.11振幅調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)電路

圖中：虛線左邊是基極調(diào)幅電路：虛線右邊是包絡(luò)檢波電路。實(shí)際應(yīng)用中：發(fā)射機(jī)與接收機(jī)通過長(zhǎng)距離傳輸線或射頻天線連接：本實(shí)驗(yàn)做了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：將發(fā)射機(jī)與接收機(jī)整合到同一個(gè)電路中：只是為了易于演示其工作原理。

發(fā)射機(jī)采用基極振幅調(diào)制電路：VT1和VT2組成差分對(duì)管：高頻載波信號(hào)從其基極輸入：低頻調(diào)制信號(hào)從VT3基極輸入：處于線性時(shí)變狀態(tài)：實(shí)現(xiàn)相乘作用。已調(diào)信號(hào)從VT

1和VT2的集電極輸出：L1、C1和R2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路：將高頻窄帶信號(hào)選頻輸出。C2是耦合