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1、非线性电路实验指导书重庆邮电大学移通学院电信系电工电子技术实验室非线性电路实验指导书 目 录实验一 LC 与晶体振荡器实验 1实验二 幅度调制与解调实验 4实验三 非线性波形变换实验 7实验四 变容二极管调频器及相位鉴频器实验10实验五 数字锁相环实验13实验六 锁相调频与鉴频实验15实验七 函数信号发生实验18实验八 锁相环与锁相式频率合成器实验21实验九 数字调频与解调实验24实验十 数字信号发生实验27- 1 - 实验一 LC 与晶体振荡器实验一、实验目的1、了解 LC 振荡器和晶体振荡器的基本电路组成结构及其工作原理。2、了解两振荡电路的动态工作点，了解工作点对振荡器的影响。3、 LC
2、 振荡器和晶体振荡器分别所输出波形的频率相关那些器件参数。二、实验预习要求实验前，预习相关教材：“正弦波振荡器”等有关章节的内容。三、实验原理说明三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器） ，其交流等效电路如图 1-1。1、 起振条件1） 相 位 平 衡 条 件 ： Xce和 Xbe必 须 为 同 性 质 的 电 抗 ， Xcb必 须 为 异 性 质 的 电 抗 ， 且 它 们 之 间 满 足 下 列 关 系 ：2）幅度起振条件： 式中：q m晶体管的跨导， FU反馈系数， A U放大器的增益，qie晶体管的输入电导， 图 1-1、三点式振荡器qoe晶体
3、管的输出电导，qL晶体管的等效负载电导，FU一般在 0.10.5 之间取值。2、并联改进型电容反馈三点式电路西勒振荡器电路如图 1-2 所示，它是在串联改进型的基础上，在 L1两端并联一个小电容 C4，调节 C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。本实验箱所提供的 LC 振荡器就是西勒振荡器。（a ） 、西勒振荡器 （b） 、交流等效电路图 1-2、西勒振荡器3、晶体振荡器本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振 b-c 型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路 + LCcoCLbe1
4、|)(， 即 )(u*ieeqeb cL1C1C2EcC3C4eb c C1C2L1C3C4非线性电路实验指导书 - 2 -如图 1-3 所示。图 1-3、皮尔斯振荡器四、实验设备 TKGD 系列高频电子实验箱；双踪数字示波器； 数字万用表。五、实验内容与步骤开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来改换电路的结构形式。作为初次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析； 电阻 R101R106为三极管 BG101提供直流偏置工作点，电感 L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在
5、电阻 R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。用“短路帽”短接切换开关 K101、K 102、K 103的 1 和 2 接点（以后简称“短接 Kxxx -” ）便成为 LC 西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接 K101、K 102、K 103 2-3，并去除电容 C107后，便成为晶体振荡电路，电容 C106起耦合作用，R 111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的 Q 值，以改善振荡波形。三极管 BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的+12V 总电源开关 K1和实验单元的电源开关 K100，电源
6、指示发光二极管 D4和 D101点亮。1、组成 LC 西勒振荡器：短接 K1011-2、K 1021-2、K 103 1-2、K 1041-2，并在 C107处插入 470p1000p 的电容器，这样就组成了与图 1-2 完全相同的 LC 西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10 或1)在测试点 TP102观测 LC 振荡器的输出波形，测量其输出频率。2、测量发射极电压和电流：西勒振荡器工作，测量 BG101和 BG102的动态工作点电压并计算其电流。3、组成晶体振荡器：短接 K1012-3、K 1022-3、K 1032-3，并去除电容 C107，再观测 TP102处的振荡波形，记录幅度 VL
7、和频率 f0之值。六、预习思考题1、使用数字万用表测量电路的动态工作点有何特点？2、本电路采用何种形式的反馈电路？反馈量的大小对电路有何影响？3、射极跟随电路有何特性？本电路为何采用此电路？七、实验注意事项1、本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。2、用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽” ，以免影响后续实验的正常进行。3、实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。八、实验报告要求1、简单描述该实验振荡器电路的组成和工作原理；2、分别绘制出“LC 振荡器”和“晶体振荡器”两电路简图
8、（仅存相关参数的器件和关键电路部分，eb cC1J1C2非线性电路实验指导书 - 3 -弃掉无关的部分） ；3、填写对“LC 振荡器”和“晶体振荡器”两电路中的测量数据。电路名称 输出频率 （KHz） 输出幅度（Vp-p） BG1-e BG1-b BG1-c BG2-e BG2-bLC 振荡器晶体振荡器附：LC 振荡器与晶体振荡器实验电路原理图D101LED1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 TP101TP102K100R11130KX1016MHzC10351PK103L101560HR104560C104100C108270pBG1013DG6CC1110.01C106470p
9、R10547 K102K101R1120.01C1010.01C102200p R1061K C1050.01C1071000pC110715pC109100pR113100KL10256HK104R1084.7KR109560R1101KC1130.01R1125.6KR10711KBG1028050J10112V振荡输出非线性电路实验指导书 - 4 -实验二 幅度调制与解调电路实验一、实验目的1）加深理解幅度调制与检波的原理。2）掌握用集成模拟乘法器构成调幅电路的方法。3）了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。二、实验预习要求实验前，预习相关教材的“幅度调制、解调与混频频谱线性
10、搬移电路”等有关章节内容。三、实验原理1、调幅与检波原理简述：调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅呈调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带调制信号。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管和晶体三极管)，经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。2、集成四象限模拟乘法器 MC1496 简介：本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、
11、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端 VX、V Y和一个输出端 VO。一个理想乘法器的输出为 VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：V O=K（V X +VXOS） （V Y+VYOS）+V ZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、V YOS与 VZOX三项失调电压。集成模拟乘法器 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有 8 个有源晶体管。本实验箱在幅度调制，同步检波，混频电路三个基本实验项目中均采用 MC1496。MC1496 的内部原理图和管脚功能如图 5-1 所示：图 5-1、集成电路 MC1496 电路原理理图MC1496 各引脚功能如下：
12、1）SIG+ 信号输入正端 2）GADJ 增益调节端 3）GADJ 增益调节端 4）SIG- 信号输入负端 5）BIAS 偏置端 6）OUT+ 正电流输出端7）NC 空脚 8）CAR+ 载波信号输入正端 9）NC 空脚 10）CAR- 载波信号输入负端 11）NC 空脚 12）OUT- 负电流输出端13）NC 空脚 14）V- 负电源 987654321 62351 非线性电路实验指导书 - 5 -3、实际线路分析U501是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从 J501和 J502输入到乘法器的两个输入端， W501可控制调幅波的调制度，K502 断开时，可观察平衡调幅波，W 502为增益调节
13、电阻，R 509和 R504分别为乘法器的负载电阻，C 509对输出负端进行交流旁路。C 504为调幅波输出耦合电容，BG 501接成低阻抗输出的射级跟随器。U502是幅度解调乘法器，调幅波和载波分别从 J504和 J505输入，K 504和 K505可分别将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调调零。R 511、R 517、R 513和 C512作用与上图相同。D503是检波二极管，R 522和 C521、C 522滤去残余的高频分量，R 523和 R524是可调检波直流负载，C523、R 525、R 526是可调检波交流负载，改变 R524和 R526可试验负载对检波效率和波形的影响。U 503对输入的调幅波进行幅度放大。四、实验仪器与设备TKGD 系列高频电子线路综合实验箱；高频信号发生器；双踪数字示波器；数字万用表。五、实验内容与步骤在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，对照实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局，然后按下12V，12V 总电源开关 K1，K 3，函数信号发生实验单元电源开关 K700，本实验单元电源开关K500，与此相对应的发光二极管点亮。准备工作：幅度调制实验需要加音频信号 VL和高频信
