通信实验二

实验1 单调谐回路谐振放大器

—、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点： ? 放大器静态工作点 ? LC并联谐振回路

? 单调谐放大器幅频特性 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ? ?

单调谐回路谐振放大器模块 双踪示波器 万用表 频率计 高频信号源

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．掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理； 3. 熟悉放大器静态工作点的测量方法；

4．熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性（包括电压增益、通频

带、Q值）的影响；

5．掌握测量放大器幅频特性的方法。

三、实验内容

1．用万用表测量晶体管各点（对地）电压VB、VE、VC，并计算放大器静态工作点； 2．用示波器测量单调谐放大器的幅频特性；

3．用示波器观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响； 4．用示波器观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。

四、基本原理

1．单调谐回路谐振放大器原理

小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中，RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。CE是RE的旁路电容，CB、CC是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，RC是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。为了减轻晶体管集电极电阻对回路Q值的影响，采用了部分回路接入方式。

Rb1CbINRb2

Ec CcL OUTRcC Q ReCe

图1-1 单调谐回路放大器原理电路

1K01+12V1 +12VVCCGNDVCC+12V12VGND1L01-12V1W011C021C081D01+12V11K0211T0116234TRANS6461W021R9LED+12V1R1COMMON13NONC21R31C25-20pF21C0431R61TP011C061Q0290181TP021输入IN1V01X1C051C011Q0190181R511C0711VO2XYY1OUT输出21R21R81R41C03GND112 图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路图

2．单调谐回路谐振放大器实验电路

单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中，1C2用来调谐，1K02用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1W01用以改变基极偏置电压，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1Q02为射极跟随器，主要用于提高带负载能力，1W02用来改变1Q02的基极偏置。

五、实验步骤 1．实验准备 （1）插装好单调谐回路谐振放大器模块，接通实验箱上电源开关，按下模块上开关1K01。 （2）接通电源，此时电源指示灯亮。 2．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量

测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。本实验采用点测法，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率

与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。步骤如下：

（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1V01）。示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ （用频率计测量），高频信号源输出幅度（峰——峰值）为200mv（示波器CH1监测），注意如果高频信号源减不到200mv时，需将高频信号源开关K208往下拨。调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。此时回路谐振于6.3MHZ。比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。 （2）按照表1-2改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。

表1-2

输入信号频率f(MHZ) 输出电压幅值U(mv) 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0 7.1 （3）以横轴为频率，纵轴为电压幅值，按照表1-2，画出单调谐放大器的幅频特性曲线。 3．观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。

顺时针调整1W01（此时1W01阻值增大），使1Q01基极直流电压为1.5V，从而改变静态工作点。按照上述幅频特性的测量方法，测出幅频特性曲线。逆时针调整1W01（此时1W01阻值减小），使1Q01基极直流电压为5V，重新测出幅频特性曲线。可以发现：当1W01加大时，由于ICQ减小，幅频特性幅值会减小，同时曲线变“瘦”（带宽减小）；而当1W01减小时，由于ICQ加大，幅频特性幅值会加大，同时曲线变“胖”（带宽加大）。 4．观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响 当放大器工作于放大状态下，按照上述幅频特性的测量方法测出接通与不接通1R3的幅频特性曲线。可以发现：当不接1R3时，集电极负载增大，幅频特性幅值加大，曲线变“瘦”，Q值增高，带宽减小。而当接通1R3时，幅频特性幅值减小，曲线变“胖”，Q值降低，带宽加大。

六、实验报告要求

1．对实验数据进行分析，说明静态工作点变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

2．对实验数据进行分析，说明集电极负载变化对单调谐放大器幅频特性的影响，并画出相应的幅频特性。

3．总结由本实验所获得的体会。

实验3 电容三点式LC振荡器

一、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

? 三点式LC振荡器 ? 克拉泼电路

? 静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器： ? ? ? ? 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．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能；

3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响； 4．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。

三、实验电路基本原理 1.概述

ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。 2.ＬＣ振荡器的起振条件

一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。 3.LC振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf

，频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０）

越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。

4.LC振荡器的调整和参数选择

以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图3-1所示。

LC振荡器与射随放大电路模块 双踪示波器 频率计 万用表

C3BGC1RCC2L 图3-1 电容三点式LC振荡器交流等效电路

(1)静态工作点的调整

合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。

当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。

（2）振荡频率f的计算 f=

1

2?L(c?cT)式中CT为C1、C2和C3的串联值，因C1（300p）>>C3(75p),C2(1000P)>>C3(75p)，故CT≈C3，所以，振荡频率主要由L、C和C3决定。

(3) 反馈系数F的选择

F=

C1 C2300?0.3 1000 反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F≈0.1～0.5,本实验取F=

5.电容三点式LC振荡器电路

电容三点式LC振荡器实验电路如图3-2所示。图中3C01是旁路电容，3W01用以调整振荡器静态工作点，3K02、3K03用来改变振荡器负载。3C05可微调振荡器频率。 +12V13W013R033TP013C043C063R0113K013Q0190183C02INSW-K23K023K033L013C053R023R103C013R043C033R11 图3-2 LC振荡器实验电路

四、实验内容

1．用万用表进行静态工作点测量，用示波器观察振荡器的停振、起振现象。 2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计测量振荡频率。 3．观察并测量静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值等因素对振荡器振荡幅度和频率的影响。

五、实验步骤

1．实验准备

⑴ 插装好LC振荡器与射随放大电路模块，按下开关3K1接通电源。 ⑵ 3K01、3K02、3K03置“off“位，即可开始实验。

2．静态工作点测量

⑴ 用三用表测量晶体振荡管3Q01的各管脚电压，用示波器探头接3TP01端，调整3W01，观察振荡器停振和起振时的情形。

⑵ 调整电位器3W01可改变3Q01的基极电压VB，并改变其发射极电压VE。记下VE的最大值，并计算相应的IE值（发射极电阻3R04=1kΩ）： IE?

3．静态工作点变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：IEQ=2.5mA（调3W01达到）。

⑵ 调节电位器3W01以改变晶体管静态工作点IEQ，使其分别为表3.1所示各值，且把示波器探头接到3TP01端，观察振荡波形，测量相应的输出振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表3.1。

表3.1

VE 3R04IEQ(mA) f(MHz) Vp-p(V) 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

4．振荡器频率范围的测量 测量方法：

用小起子调整半可变电容3C05，同时用频率计在3TP01端测量输出振荡信号的频率值 5.频率稳定度的测量 测试方法：

（1）用频率计在3TP01端测量振荡频率，观察１分钟左右，振荡频率f０的变化情况，并记录两个频率值f０１（开始值），f０２（最大变化值）。

－３

（2）计算：ＬＣ振荡器的短期频率稳定度Δf０／f０应优于１０。

例如：本实验振荡频率f０为7.5ＭＨＺ，因此，振荡频率的频率误差Δf０应满足：

－３３

Δf０＝f０２－f０１＝±f０×１０＝7.5×１０ＨＺ。即振荡频率在短时间内，误差不应超出7.5ＫＨＺ。

6.等效Q值变化（负载电阻变化）对振荡器工作的影响

改变负载电阻使其分别为10K、5.1K（分别接通3K02、3K03），观察振荡波形，测量相

应的振荡电压峰一峰值VP-P。

六、讨论与思考

1．如何用三用表通过测量，判断振荡器是否振荡？ 2．振荡器正常工作时振荡管的管压降Ｕbe、Ｕce的正常值范围各为多少？超出此 范围，振荡器将不能正常工作。

3．振荡器的频率范围（频率复盖）达不到要求，整个范围抬高了，如何降低高、低端振荡频率？如果频率范围过宽，如何提高低端，降低高端振荡频率？

七、实验报告要求

１.记录ＬＣ振荡器的测量数据： (1)静态工作点电流； (2)振荡器频率范围； (3)短期频率稳定度；

(4)影响振荡稳定性的因素； 2.实验体会和总结。

实验4 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： ? ? ? ?

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Vp-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。

四、基本原理

1．晶体振荡器工作原理

一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。图中，若将晶体短路,则L1、C2、C3、C4就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF、C4=20pF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率

图5-1 晶体振荡器交流通路图4-1 晶体振荡器交流通路 R4C2BG1C3C4C5晶体振荡器模块

双踪示波器 频率计 万用表

JTIL1R5f0≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C4是微调

载越重，输出振荡幅度将越小。 2．晶体振荡器电路

电容，用来微调振荡频率；C5是耦合（隔直流）电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负

晶体振荡器电路如图4-2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4-2电路的交流通路即为图4-1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

4W014R033k4C02+12V14R072K开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。

4R014L014D01LED 4TP014R054C054Q02901875p14TP022．静态工作点测量 改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压VB，并改变其发射极电压VE。记下VE的最大、最小值，并计算相应的IEmax、IEmin值（发射极电阻4R04=1KΩ）。

3．静态工作点变化对振荡器工作的影响

⑴ 实验初始条件：VEQ=2.5V（调4W01达到）。

4C0114C0614VO1X4C034C1Y4Q01输出4R065004JZ014R026MHZ4R044C04GND1312 图4-2 晶体振荡器实验电路 ⑵ 调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点IE，使其分别为表4.1所示各值，且把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表4.1。

表4.1

VEQ(V) f(MHz) Vp-p(V)

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，并以频率计测量其频率,看振荡频率有无变化。 六、实验报告要求

1．根据实验测量数据，分析静态工作点(IEQ)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。

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

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