1、 梧 州 学 院WUZHOU UNIVERSITY实验报告梧州学院实验报告实验名称：高频小信号调谐放大器实验 实验室名称：通信虚拟仿真实验室 实验时间：2021年12月4日实验设备及环境：1、1号板信号源模块 1块2、2号板小信号放大模块 1块3、6号板频率计模块 1块4、双踪示波器 1台5、万用表 1块6、扫频仪（可选） 1块实验目的：1、 掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。2、 熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。3、 掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。实验原理及内容：1、 谐振频率的调整与测定。2、 主要技术性能指标的测定：谐振频率、谐振放大增
2、益Avo及动态范围、通频带BW0.7。单调谐小信号放大器图1-1 单调谐小信号放大电路图小信号谐振放大器是接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线形放大。实验单元电路由晶体管N1和选频回路T1组成，不仅对高频小信号放大，而且还有选频作用。本实验中单调谐小信号放大的谐振频率为fs=10.7MHz。放大器各项性能指标及测量方法如下：1、谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；为调谐回路的总电容，的表达式为式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电
3、容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。2、电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180 而是为180+fe。AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：AV0 = V0
4、/ Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB3、通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为BW = 2f0.7 = f0/QL式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振
5、曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。可得： 通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量C。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益实验步骤及数据记录：单调谐小信号放大器
6、单元电路实验1、 断电状态下，按如下框图进行连线：单调谐小信号放大电路连线框图注：图中符号表示高频连接线。源端口目的端口连线说明1号板：RF OUT1（Vp-p=200mV f=10.7MHz）2号板：P3高频小信号输入1号板：RF OUT26号板：P3频率计观察输入频率 2、 频率谐振的调整（1） 用示波器观测TP3，调节号板信号源模块，使之输出幅度为200mV、频率为10.7MHz正弦波信号。（2） 顺时针调节W1到底，用示波器观测TP1，调节中周，使TP1幅度最大且波形稳定不失真。3、 动态测试保持输入信号频率不变，调节信号源模块的幅度旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的幅度。用示
7、波器观察在不同幅度信号下TP1处的输出信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，计算电压增益Avo。在坐标轴中画出动态曲线。输入信号fs（MHz）10.7MHz输入信号Vi（mv）TP350100200300输出信号Vo（v）TP14.05.595.766.00增益Avo（dB）805628.8204、 通频带特性测试保持输入信号幅度不变，调节信号源的频率旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的频率。用示波器观察在不同频率信号下TP1处的输出信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，在坐标轴中画出幅度-频率特性曲线。若配有扫频仪，可用扫频仪观测回路谐振曲线。输入信号Vi（mv）TP3200m
8、v输入信号fs（MHz）10.410.510.610.710.810.911.011.1输出信号Vo（v）TP122.966.805.844.242.721.921.52增益（dB）1014.83429.221.21410.47.6幅度-频率特性测试（1） 调节输入信号频率，测试并计算出Bw0.707。测得数据：f0.707=10.79MHz f0=10.7MHzBW = 2f =2（f0.707-f0）=2(10.79-10.7)=0.18实验总结通过本次实验，对放大器处于谐振时各项技术指标的测试，如：电压放大倍数、通频带，进一步掌握了高频小信号调谐放大器的工作原理。了解小信号调谐放大器是高
9、频电子线路中的基本单元电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大、以及在高频调谐放大器中，由于晶体体管集电结电容的内部反馈，形成了放大器的输出电路与输入电路之间的相互影响。成绩评定： 梧州学院实验报告实验名称：非线性丙类功率放大器实验 实验室名称：通信虚拟仿真实验室 实验时间：2021年12月10日实验设备及环境：1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 8 号板 1块4、 双踪示波器 1台5、 频率特性测试仪（可选） 1台6、 万用表 1块实验目的：1、 了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。2、 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以
10、及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。3、 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点4、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。实验原理及内容：1、 观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点2、 测试丙类功放的调谐特性3、 测试丙类功放的负载特性4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响放大器按照电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角越小，放大器的效率越高。甲类功率放大器的，效率最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放
11、以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1或更小)，基极偏置为负值，电流导通角，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。电路原理图如图7-1所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中N4、T5组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R14、R15、R16组成静态偏置电阻。N4、T6组成丙类功率放大器。R18为射极反馈电阻，T6为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R17送到N4基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管N4基极射极间的负偏压值时，Q4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接
12、电阻，改变S1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。1、甲类功率放大器1）静态工作点如图7-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定：2）负载特性如图7-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P0可表示为：式中，为输出负载上的实际功率，为变压器的传输效率，一般为0.750.85图7-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻RH称为最佳负载电阻。集电极的输出功率PC的
13、表达式为：式中，Vcm为集电极输出的交流电压振幅；Icm为交流电流的振幅，它们的表达式分别为：式中，VCES称为饱和压降，约1V图7-2 甲类功放的负载特性如果变压器的初级线圈匝数为N1，次级线圈匝数为N2，则式中，为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。3）功率增益与电压放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，对于图7-1所示电路，甲类功率放大器不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还要将前级输入的信号进行功率放大，功率放大增益Ap的表达式为其中，Pi为放大器的输入功率，它与放大器的输入电压uim及输入电阻Ri的关系为2、丙类功率放大器1）基本关系式丙类功率放大器的基极偏
14、置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。图7-3画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：式中，为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；为集电极基波电流振幅；为集电极回路的谐振阻抗。式中，PC为集电极输出功率式中，PD为电源VCC供给的直流功率；ICO为集电极电流脉冲iC的直流分量。放大器的效率为 图7-3 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形2）负载特性当放大器
15、的电源电压VCC，基极偏压vb，输入电压(或称激励电压)vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图7-4所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值Icm。此时，集电极输出的功率PC和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用R0表示，即当RqR0时，放大器处于欠压状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当RqR0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极
16、电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：实验步骤及数据记录：1、 连线框图如图7-5所示图7-5 非线性丙类功率放大电路连线框图源端口目的端口连线说明信号源：RF OUT1（Vp-p =300mV f=10.7MHz）8号板：P5射频信号输入信号源：RF OUT2频率计：P3频率计实时观察输入频率2、在前置放大电路输入端P5处输入频率10.7MHz（测试点TP7，Vp-p300mV）的高频信号， 调节中周T5，使TP15处信号约为3.5V。调节T6，使TP9幅
17、度最大。调谐特性的测试将S1设为“0000”，以0.5MHz为步进从9MHz15MHz改变输入信号频率，记录TP9处的输出幅度，填入表7-1。Fi9MHz9.5MHz10MHz10.5MHz11MHz11.5MHz12MHzV0250mv310mv492mv4.10v2.50v400mv310mv表7-1负载特性的测试将信号源调至10.7M，RF幅度为300mV。8号板负载电阻转换开关S1(第4位没用到)依次拨为“1110”，“0110”和“0100”，用示波器观测相应的Vc（TP9处观测）值和Ve（TP8处观测）波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。表中的R19=51欧，R20
18、=75欧，R21=100欧, R100=300欧。等效负载R19/R20R19（轻欠压）R20(临界)R21（轻过压）R100（重过压）RL()30.365175100300VcP-P(V)2.002.643.003.243.36VeP-P(mV)456mv490mv352mv312mv250mvie的波形表7-2 Vb6V f10.7MHz VCC5V3、观察激励电压变化对工作状态的影响先将TP8调成对称的凹陷波形，然后使输入信号由大到小变化，用示波器观察ie波形的变化（观测ie波形即观测Ve波形，ieVe/R16+R17），用示波器在TP8处观察实验报告要求：1、 对实验参数和波形进行分析
19、，说明输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响。（1）当增大输入激励电压Vbb时，放大器工作状态由欠压状态临界状态过压状态过渡。高频功率放大器工作在欠压状态时，基波电压振幅UC与基极偏置电压Ubb成线性变化。（2）随着R从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态过渡。过压区与欠压区，集电极输出功率都比较小，要使高频功率放大器给出足够大的功率，只有工作在临界状态才能保持最好的能量关系。2、 分析丙类功率放大器的特点。（1）功放管的发射结处于反偏下。 （2）功放管的导通角小于180度。（3）输出的电压不会产生失真。（4）电路有较强的选频特性，放大器的通频带较窄。实验总结：通过这次实验，我了解了在丙
20、类谐振功率放大器中，根据晶体管工作是否进入饱和区，可将其分为欠压、临界和过压工作状态。临界状态输出功率最大，效率也较高，通常应选择在此状态工作。过压状态的特点是效率高、损耗小，并且输出电压受负载电阻RL的影响小，近似为交流恒压源特性。欠压状态时电流负载电阻RL的影响小，近似为交流恒流源特性，但由于效率低、集电极损耗大。成绩评定： 梧州学院实验报告实验名称：集电极调幅实验 实验室名称：通信虚拟仿真实验室 实验时间：2021年12月10日实验设备及环境：1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 8 号板 1块4、 双踪示波器 1台5、 万用表 1块实验目的：1、掌握用晶体三极管进行集电极调
21、幅的原理和方法。2、研究已调波与调制信号及载波信号的关系。3、掌握调幅系数测量与计算的方法。实验原理及内容：1、丙类功放工作状态与集电级调幅的关系。2、 观察调幅波，观察改变调幅度输出波形变化并计算调幅度。1、集电极调幅的工作原理集电极调幅就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。它的基本电路如图9-1所示。图9-1 集电极调幅的基本过程由图可知，低频调制信号与直流电源VCC相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化。于是得到调幅波输出。图9-2（a）为Ic1m、ICO
22、随VCC而变化的曲线。由于，因而可以从已知的ICO,Ic1m得出PD、P0、PC随VCC变化的曲线，如图9-2(b)所示。由图可以看出，在欠压区，VCC对Ic1m与P0的影响很小。但集电极调幅作用时通过改变VCC来改变Ic1m与P0才能实现的。因此，在欠压区不能获得有效的调幅作用，必须工作在过压区，才能产生有效的调幅作用。图9-2 Vcc对工作状态的影响集电极调幅的集电极效率高，晶体管获得充分的应用，这是它的主要优点。其缺点是已调波的边频带功率P(0)由调制信号供给，因而需要大功率的调制信号源。2、 实验电路实验电路图如图9-3所示Q3和T6、C13组成甲类功放，高频信号从J3输入；Q4、T4
23、、C15组成丙类高频功放，由R16、R17提供基极负偏压，丙类功放的电压增益，R18R21为丙放的负载。音频信号从J5输入，经集成运放LM386放大之后通过变压器T5感应到次级，该音频电压与电源电压VCC串联，构成Q4管的等效电源电压VCC(t)=VCC+，在调制过程中VCC（t）随调制信号的变化而变化。如果要求集电极输出回路产生随调制信号规律变化的调幅电压，则应要求集电极电流的基波分量Icm1、集电极输出电压随而变化。由振荡功放的理论可知，应使Q4放大器在Vcc(t)的变化范围内工作在过压区，此时输出信号的振幅值就等于电源供电电压VCC(t);如果输出回路调谐在载波角频率o上，则输出信号为：
24、从而实现了高电平调幅。判断功放的三种工作状态的方法：临界状态 VCCVcm= VCES欠压状态 VCCVcmVCES过压状态 VCCVcm 100% 的调幅波形,分析过调幅的原因。3、画出当改变W1时能得到几种调幅波形，分析其原因。当改变W1时能得到3种调幅波形。4、画出全载波调幅波形、抑制载波双边带调幅波形及抑制载波的单边带调幅波形，比较三者区别。（1）形成条件不同：调制信号将其叠加一个直流偏量后与载波相乘，即可形成调幅信号。抑制载波双边带调幅波在AM调制模型中，将直流偏量去掉，即可得到一种高效率的调制方式。单边带调幅波将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。 （2）包括范围不同：普通调幅波包
25、含抑制载波双边带调幅波和单边带调幅波，抑制载波双边带调幅和制载波单边带调幅波是幅度调制中的一种。（3）波形不同：普通调幅波它保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和调制信号波形相似。调幅波的振幅大小，由调制信号的强度决定。双边带就是正常的调幅信号，在频谱中靠近0点的两个包络是下边带，远离的是上边带。单边带调幅波将双边带信号中的一个边带滤掉而保留一个边带。 实验总结：通过本次振幅调制器实验，在熟悉了示波器以及信号发生器的使用后，掌握了用集成模拟乘法器实现了全载波调幅调幅、抑制载波双边带调幅和抑制载波单边带调幅的方法与过程。而且能够通过示波器观察波形和分析波形，不仅锻炼了实验操作能力还复习了调
26、幅波的理论知识，记忆更加巩固。成绩评定： 梧州学院实验报告实验名称：包络检波及同步检波实验 指导老师： 郑瑶实验室名称：通信虚拟仿真实验室 实验时间：2021年12月17日实验设备及环境：1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 4 号板 1块4、 双踪示波器 1台5、 万用表 1块6、高频实验箱 1台7、双踪示波器 1台8、频率特性测试仪（可选） 1台实验目的：1、 进一步了解调幅波的原理,掌握调幅波的解调方法。2、 掌握二极管峰值包络检波的原理。3、 掌握包络检波器的主要质量指标,检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并思考克服的方法。4、 掌握用集成电路实现同步检波的方法。
27、实验原理及内容：1、 完成普通调幅波的解调。2、 观察抑制载波的双边带调幅波的解调。3、 观察普通调幅波解调中的对角切割失真，底部切割失真以及检波器不加高频滤波时的现象。 1、二极管包络检波的工作原理当输入信号较大(大于0.5伏)时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。大信号检波原理电路如图11-2（a）所示。检波的物理过程如下：在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流iD很大，使电容器上的电压VC很快就接近高频电压的峰值。充电电流的方向如图11-2（a）图中所示。这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极
28、管D的两端。这时二极管导通与否，由电容器C上的电压VC和输入信号电压Vi共同决定.当高频信号的瞬时值小于VC时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。如图11-2（b）中的tl至t2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。在图11-2（b）中的t2至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图11-2（b）中电压的波形。因
29、此只要充电很快，即充电时间常数RdC很小(Rd为二极管导通时的内阻)：而放电时间常数足够慢，即放电时问常数RC很大，满足RdCRC，就可使输出电压的幅度接近于输入电压的幅度，即传输系数接近l。另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期(放电时的基本不变)，所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。本实验电路如图11-3所示，主要由二极管D及RC低通滤波器组成，利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波，所以RC时间常数的选择很重要。RC时间常数过大，则
30、会产生对角切割失真又称惰性失真。RC常数太小，高频分量会滤不干净。综合考虑要求满足下式：其中：m为调幅系数，为调制信号最高角频率。当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻R不相等，而且调幅度又相当大时会产生负峰切割失真（又称底边切割失真），为了保证不产生负峰切割失真应满足。图11-3 峰值包络检波（465KHz）2、同步检波（1）同步检波原理同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的同步信号。同步检波器的名称由此而来。外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：图11-4 同步检波器方框图一种是将它与接收信号在检波器中相乘
31、，经低通滤波器后检出原调制信号，如图11-4(a)所示；另一种是将它与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号，如图11-4(b)所示。本实验选用乘积型检波器。设输入的已调波为载波分量被抑止的双边带信号1，即本地载波电压本地载波的角频率0准确的等于输入信号载波的角频率1，即1=0,但二者的相位可能不同；这里表示它们的相位差。这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1）低通滤波器滤除21附近的频率分量后，就得到频率为的低频信号由上式可见，低频信号的输出幅度与成正比。当=0时，低频信号电压最大，随着相位差加大，输出电压减弱。因此，在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位
32、也相同。此时，乘积检波称为“同步检波”。实验步骤及数据记录：一、二极管包络检波1、连线框图如图11-5所示，用信号源和4号板幅度调制部分产生实验中需要的信号，然后经二极管包络检波后用示波器观测输出波形。图11-5 二极管包络检波连线示意图 2、解调全载波调幅信号图11-6 调幅输出进行二极管包络检波连线示意图(1) m30%的调幅波检波按调幅实验中实验内容获得峰峰值Vp-p=2V、 m30%的已调波(音频调制信号频率约为2K) 。将开关S1拨为10，S2拨为00，将示波器接入TP4处，观察输出波形. (2) 加大调制信号幅度,使m=100%,观察记录检波输出波形.3、观察对角切割失真保持以上输出，将开关S1拨为“01”，检波负载电阻由2.2K变为20K，在TP4处用示波器观察波形并记录,与上述波形进行比较。4、观察底部切割失真将开关S1拨为“10”，S2仍为“01”，在TP4处观察波形，记录并与正常解调波形进行比较。二、集成电路（乘法器）构成解调器 1、连线框图如图11-7所示2、解调全载波信号按调幅实验
