TPE-GP4高频4综合实验箱指导书

TPE－GP4高频综合实验箱实验指导书清华大学科教仪器厂2008年2月I前言实验是学习电子技术的一个重要环节。对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。为配合教学需要，我们新研制了TPE-GP4高频综合实验学习机。该学习机仍属于TPE—GP系列产品，与TPE-GP2相比，TPE-GP4所提供的实验是基于建立一个完整的无线电收发系统而设置的，因此更强调电路的系统性、相关性和综合性。电路的设计多采用原理性强的典型电路，以便结合理论知识进行学习与分析。同时，尽量多地介绍一些功能相同但电路形式不同的单元电路，以便学生掌握各电路的共性与差异。本学习机采用了整板结构形式，所有的实验均集成在同一电路板上，并且面板上绘制了电原理图，连接方便，易于教学和使用。内置电源直接将直流连接到各单元电路，并用独立的按键开关切换。同时还设置了外供电源，采用自锁紧插孔，为用户的外挂电路提供电源。电路的设计多采用原理性强的典型电路，以便结合理论知识进行学习与分析。各实验单元电路板既可完成独立的单元实验，又可通过适当连接完成系统性实验。为使理论教学和实践教学紧密结合，注重学生的能力培养，同时为了更好地使用TPE-GP4高频学习机，我们特编写了这本实验指导书。实验项目的编排和指导书的编写主要以近年来出版的以面向21世纪课程教材“电子线路非线性部分”，“通信电子电路”，“高频电路”等高校教材，同时也参考了中等专业学校电子信息类教材“高频电子线路”等资料，因此该实验指导书有较强的通用性。指导书的编写力求简明扼要，突出实验要求与过程，必要时结合工作原理对电路特点加以说明。对于II通过实验应能解决的问题或应能解释的现象，均在实验报告要求中提出。由于编者水平所限，时间仓促，错误及欠缺之处恳请批评指正。编者2008年2月于清华大学III实验要求1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。2）完成各实验“预习要求”中指定的内容。3）熟悉实验任务。4）预习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。2．使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4．高频电路实验注意：1）全实验箱地都是相连的，每个模块的电源都已连接，使用时仅须按下模块右上角的电源开关即可。2）由于高频电路频率较高，分布参数及相互感应的影响较大。所以在接线时连接线要尽可能短。接地点必须接触良好，以减少干扰。3）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大。5．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。6．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。7．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据、波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。9．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。IV目录实验一小信号调谐放大器…………………………………………………………11.单调谐回路谐振放大器2.双调谐回路谐振放大器实验二集中选择滤波式高频小信号放器…………………………………………5实验三丙类高频功率放大器实验…………………………………………………8实验四LC电容反馈三点式振荡器………………………………………………13实验五石英晶体振荡器…………………………………………………………17实验六低电平振幅调制器………………………………………………………19实验七高电平振幅调制器实验…………………………………………………23实验八调幅波信号的解调实验……………………………………………………26实验九变容二极管调频振荡器…………………………………………………30实验十相位鉴频器实验…………………………………………………………34实验十一集成电路(压控振荡器)构成的频率调制器……………………………39实验十二集成电路(锁相环)构成的频率解调器…………………………………42实验十三集成乘法器混频实验…………………………………………………44实验十四晶体管混频电路………………………………………………………47实验十五二次变频与鉴频实验…………………………………………………50实验十六中放、检波与低放电路………………………………………………54实验十七小功率调频/调幅发射机与接收机实验………………………………55小信号调谐放大器1实验一调谐放大器一、实验目的1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱。2.熟悉谐振回路的幅频特性分析--通频带与选择性。3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。二、预习要求1.复习谐振回路的工作原理。2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。3.实验电路中,若电感量L=1μH，回路总电容C=220pf(分布电容包括在内),计算回路中心频率f。三、实验仪器设备1.双踪示波器2.扫频仪3.SP1461型高频信号发生器4.毫伏表5.万用表6.TPE-GP4实验箱四、实验内容及步骤(一)单调谐回路谐振放大器。1.实验电路见图1-1图1-1单调谐回路谐振放大器原理图(1).按图1-1所示连接电路，用短路子进行连接，J2003选择R=10K，J2002选择Re=1K。(2).接线后仔细检查，确认无误后接通电源。2.静态测量实验电路中选Re=1K测量各静态工作点，计算并填表1.1小信号调谐放大器2表1.1实测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因VBVEICVCE是否*VB，VE是三极管的基极和发射极对地电压。做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波或者产生自激现象，应及时检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大，以免烧坏三极管。3.动态研究(1).测放大器的动态范围Vi～V0(在谐振点)选R=10K，Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接高频毫伏表，选择正常放大区的输入电压Vi，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT2002使回路谐振，使输出电压幅度为最大。此时调节Vi峰峰值由20mV变到150mV，逐点记录V0电压，并填入表1.2。Vi的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。表1.2Vi(mV)20150V0(V)Re=1kRe=500ΩRe=2K(2)当Re分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表1.2。在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。(3)用扫频仪调回路谐振曲线。仍选R=10K，Re=1K。将扫频仪射频输出送入电路输入端，电路输出接至扫频仪检波器输入端。观察回路谐振曲线(扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置)，调回路电容CT2002，使f0=10.7MHz。注意：当扫频仪的检波探头为高阻时，电路的输出端必须接入RL，而当扫频仪的检波探头为低阻探头时，则不要接入RL（下同）。(4)测量放大器的频率特性当回路电阻R=10K时,选择正常放大区的输入电压Vi，将高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT使回路谐振（输出电压幅度为最大），此时的回路谐振频率f0=10.7MHz小信号调谐放大器3为中心频率，然后保持输入电压Vi不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压V0，将测得的数据填入表1.3。频率偏离范围可根据(各自)实测情况来确定。表1.3f(MHz)10.7V0R=10KΩR=2KΩR=470Ω计算f0=10.7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。(5)改变谐振回路电阻，即R分别为2KΩ，470Ω时，重复上述测试，并填入表1.3。比较通频带情况。(二)双调谐回路谐振放大器1.实验线路见图1-2(1).用扫频仪调双回路谐振曲线扫扫频仪使用低阻探头，电路不需接入RL，J2004选Cc=3pf，反复调整CT2003使回路谐振在10.7MHz。图1-2双调谐回路谐振放大器原理图J2004再选Cc=9pf，调节CT2004，使输出波形为有一微小凹坑的梯形。J2004再选Cc=12pf，此时应观察到一个明显的双峰波形。(2).测双回路放大器的频率特性按图1-2所示连接电路,将高频信号发生器输出端接至电路输入端，选Cc=3pf，并连接J2006,即接入RL。置高频信号发生器频率为10.7MHz，输入峰峰值约40mV.反复调整CT2003、CT2004使两回路谐振，使输出TP2003L2005V2002R2011R2012R2013CT2004L2003L2002J2004GNDGNDGNDP2005P2004C2005C2011C2012CT2003C20173P*9P*12P*C2019C2020C2022P2003R201512J2006+12VCc小信号调谐放大器4电压幅度为最大，此时的频率为中心频率，然后保持高频信号发生器输出电压不变，改变频率，由中心频率向两边逐点偏离，测得对应的输出频率f和电压值,并填入表1.3。表1.3f(MHz)10.7V0C=3pfC=9pfC=12pf2.改变耦合电容Cc为9Pf、12Pf，重复上述测试，并填入表1.3。(三)附：天线输入回路的调整方法：天线输入回路是无线电接收设备中必不可少的电路。天线回路使用扫频仪调整，将扫频仪输出与检波探头同时加在M2001，调整CT2001，使输入回路谐振于10.7MHz。在实际联机时，再作进一步调整。五、实验报告要求1.写明实验目的。2.画出实验电路的直流和交流等效电路，计算直流工作点，与实验实测结果比较。3.写明实验所用仪器、设备及名称、型号。4.整理实验数据，并画出幅频特性。(1).单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带,整理并分析原因。(2).双调谐回路耦合电容C对幅频特性，通频带的影响。从实验结果找出单调谐回路和双调谐回路的优缺点。5.本放大器的动态范围是多少（放大倍数下降1dB的折弯点V0定义为放大器动态范围），讨论IC对动态范围的影响。宽带放大器与集中选择式滤波器5实验二集中选择滤波式高频小信号放大器一、实验目的：1.了解宽带放大器集成电路的特点和使用方法。2.了解陶瓷滤波器的特点和使用方法。3.熟悉扫频仪的使用。二、预习要求1.查阅有关宽带集成电路的相关资料。2.了解陶瓷滤波器的原理与使用。三、实验仪器设备1.扫频仪2.万用表图1AD829原理图3.TPE-GP4高频综合实验箱（宽带放大器与集中选择式滤波器部分）四、实验原理简介本实验采用AD829集成电路作宽带放大器，其输出连接一陶瓷滤波器，于是就构成了集中选择滤波式放大器。AD829是一种高速、低噪声运算放大器。由于它具有及低的输入噪声电压和输入噪声电流，即使不加外部补偿电容，当增益在1～20之间时，可保证具有50MHz的带宽，用于视频放大器或前置放大器均十分理想。1.AD829内部电路原理如图1所示。2.典型应用：图1是用AD829构成的视频放大器，这是一种典型应用。该电路在5MHz的带宽内可以提供70倍的增益。1pf74623AD8293.45k50GND1pfVoVi图2用AD829构成的视频放大器宽带放大器与集中选择式滤波器6电容在高增益下使芯片能够稳定工作。3.实验方框图：本实验是由AD829集成宽带运算放大器和10.7MHz陶瓷滤波器组成，方框图如图3所示。图3选择滤波式高频小信号放大器方框图宽带放大器滤波器集中选择12UiUo4.实际实验电路P5011P5013M5008R5028R5029R5030R503112345678U5003GNDC5021G