非线性电子电路实验指导书.

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1、 非 线 性 电 子 电 路 实实 验验 指指 导导 书书 王宝忠 编写 适用专业：通信工程 电子信息工程 电子信息科学与技术 南徐学院电子信息工程 电工电子实验中心电工电子实验中心 20072007 年年 7 7 月月 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 1 - 前前 言言 非线性电子电路实验是与非线性电子电路理论课相配的独 立实验课，也是电子信息各专业的主要专业技术基础课，其目的 是通过本实验，使学生巩固、深化非线性电子电路的理论知识， 培养学生的通信电子线路实验研究能力，提高学生分析和解决问 题的能力。本实验教学的基本要求可归纳为以下几个方面： 1、 熟练使用常用高频

2、电子仪器，如高频信号发生器、模拟 示波器、频率特性测试仪等。 2、 根据实验要求，能拟定实验方案、测试方法。掌握电路 调试的基本技能，能正确测量、读取、处理实验数据，解决实验 中出现的异常现象，并能准确分析原因。 3、 根据课题要求，设计并实现基本非线性电子电路，测试 其性能指标达到课题的要求。培养学生善于把理论和实际问题相 结合的能力。 4、 正确撰写实验报告。实验报告的要求在指导书中给出。 在本实验箱中设置了十个实验，它们是：高频小信号调谐放 大器实验、二极管开关混频器实验、高频谐振功率放大器实验、 正弦波振荡器实验、集电极调幅及大信号检波实验、变容二极管 调频实验、集成模拟乘法器应用实验

3、、模拟锁相环应用实验、小 功率调频发射机设计和调频接收机设计。其中前八个实验是为配 合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容。后 两个实验是系统实验，是让学生了解每个复杂的无线收发系统都 是由一个个单元电路组成的。 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 2 - 目目 录录 实验一实验一 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 3 3 实验二实验二 二极管开关混频器实验二极管开关混频器实验 1212 实验三实验三 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 1919 实验四实验四 正弦振荡实验正弦振荡实验 3030 实验五实验五 集电极调幅与大信号检波集电极调幅与大信号

4、检波 3939 实验六实验六 变容二极管调频变容二极管调频 4747 实验七实验七 集成电路模拟乘法器的应用集成电路模拟乘法器的应用 5656 实验八实验八 模拟锁相环应用实验模拟锁相环应用实验 7272 实验九实验九 小功率调频发射机设计小功率调频发射机设计 8080 实验十实验十 调频接收机设计调频接收机设计 8484 附录一：高频电子线路简易调试说明书附录一：高频电子线路简易调试说明书 8787 附录二：高频附录二：高频 C4C4 电子实验箱总体介绍电子实验箱总体介绍 9797 附录三：实验电路原理图附录三：实验电路原理图 9999 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 -

5、 3 - 实验一实验一 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 实验学时： 2 学时 实验类型： 验证 实验要求： 必修 一、实验目的一、实验目的 小信号调谐放大器是高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。在本实验中，通过对谐振回路的调试，对放大器处于谐振时各项技术指标的测 试（电压放大倍数，通频带，矩形系数） ，进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。 学会小信号调谐放大器的设计方法。 二、实验内容二、实验内容 1、 调节谐振回路使谐振放大器谐振在 10.7MHz。 2、 测量谐振放大器的电压增益。 3、 测量谐振放大器的通频带。 4、 判断谐振放大器选择

6、性的优劣。 三、实验原理三、实验原理 1 1、原理、原理 图 1-1 所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高频信 号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为 LC 并联谐振回路。在高频情 况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。 晶体管的静态工作点由电阻 RB1，RB2及 RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。 图 1-1 小信号调谐放大器 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 4 - 放大器在高频情况下的等效电路如图 1-2 所示，晶体管的 4 个 y 参数 yie，yoe，yfe及 yr

7、e 分别为 输入导纳 （1-1 ebebbb ebeb ie jwcgr jwcg y 1 ） 输出导纳 （1-2 eb ebebbb ebbb m oe jwc jwcgr jwcrg y 1 ） 正向传输导纳 （1- ebebbb m fe jwcgr g y 1 3） 反向传输导纳 （1-4 ebebbb eb re jwcgr jwc y 1 ） 图 1-2 放大器的高频等效回路 式中，gm晶体管的跨导，与发射极电流的关系为 （1- S mAI g E m 26 5） gbe发射结电导，与晶体管的电流放大系数 及 IE有关， 其关系为 （1- S mAI r g E eb eb 26

8、1 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 5 - 6） rbb基极体电阻，一般为几十欧姆； Cbc集电极电容，一般为几皮法； Cbe发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。 由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流 IE，电流放大系数 有 关外，还与工作频率 有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下 测得的。如在 f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 条件下测得 3DG6C 的 y 参数为： mS r g ie ie 2 1 pFCie12mS r g oe oe 250 1 pFCoe4mSyfe40uSyre350 如果工作条件发

9、生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工 程估算的方法。 图 1-2 中所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即 （1-7 211 / NNP ） 式中，N2为电感 L 线圈的总匝数。 P2为输出变压器 T 的副边与原边的匝数比，即 （1-8 232 / NNP ） 式中，N3为副边（次级）的总匝数。 gL为调谐放大器输出负载的电导，gL=1/RL。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体 管调谐放大器，则 gL将是下一级晶体管的输入导纳 gie2。 由图 1-2 可见，并联谐振回路的总电导的表达式为 g （1-9 G jwL jwcgpgp G jwL jwcgp

10、gpg Loe ieoe 1 1 2 2 2 1 22 2 2 1 ） 式中，G 为 LC 回路本身的损耗电导。谐振时 L 和 C 的并联回路呈纯阻，其阻值等于 1/G，并联谐振电抗为无限大，则 jwC 与 1/（jwL）的影响可以忽略。 2 2、调谐放大器的性能指标及测量方法、调谐放大器的性能指标及测量方法 表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大倍数，放 o f vo A 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 6 - 大器的通频带 BW 及选择性（通常用矩形系数来表示）等。 1 . 0r K 放大器各项性能指标及测量方法如下： （1）谐振频率 放大器

11、的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，对于图 1-1 所示电 o f 路（也是以下各项指标所对应电路） ，的表达式为 o f （1-10 LC f 2 1 0 ） 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 C C （1- ieoe CPCPCC 2 2 2 1 11） 式中， Coe 为晶体管的输出电容；Cie 为晶体管的输入电容。 谐振频率的测量方法是： o f 用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪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。 o f （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

12、大倍数称为调谐放大器的电压放大倍数。 vo A 的表达式为 vo A （1- Ggpgp ypp g ypp u u A ieoe fefe i V 2 2 2 1 2121 0 0 12） 式中，为谐振回路谐振时的总电导。因为 LC 并联回路在谐振点时的 L 和 C 的并联电 g 抗为无限大，因此可以忽略其电导。但要注意的是本身也是一个复数，所以谐振时输出 fe y 电压 u0与输入电压 ui相位差为（180o+ 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 RL两端 的电压 u0及输入信号 ui的大小，则电压放大倍数 AV0由下式计算： 江苏科

13、技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 7 - 或 dB (1-13) iV UUA 00 ioV UUAlg20 0 （3）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 (1-14) L QffBW 07 . 0 2 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与通频带 BW的关系为 vo A (1-15) C y BWA fe V 2 0 上式说明，当晶体管选定即 yfe确定，且回路

14、总电容 C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 时的谐振频率及电压放大倍数然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压 uS o f vo A 不变） ，并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的 vo A 谐振曲线如图 1-3 所示。 由式（1-14）可得 (1-16) 7 . 0 2 fffBW LH 江苏科技大学电子信息学院 非线性电子电路实验指导书 - 8 - 图 1-3 谐振曲线 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，由式（1-15）可知，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