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1、高频电路（仿真）实验指导书光电学院电子科学与技术系2014 年 2 月1实验一、共射级单级交流放大器性能分析一、实验目的1、学习单级共射电压放大器静态工作点的设置与调试方法。2、学习放大器的放大倍数（A u） 、输入电阻（R i） 、输出电阻（R o）的测试方法 。3、观察基本放大电路参数对放大器的静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。 4、熟悉函数信号发生器、示波器、数字万用表和直流稳压电源等常用仪器的使用方法。二、实验原理如图所示的电路是一个分压式单级放大电路。该电路设计时需保证 UB510U BE，I1I2510I B，则该电路能够稳定静态工作点，即当温度变化时或三级管的参数变化时，
2、电路的静态工作点不会发生变化。UB= VCC IC IE11+2 =由上式可知，静态工作时，U B 是由 R1 和 R2 共同决定的，而 UBE 一般是恒定的，在 0.6到 0.7 之间，所以 IC 、I E 只和有关。当温度变化时或管子的参数改变时（深究来看，三极管的特性并非是完全线性的，在很多的情况下，必须计入考虑） ，例如，管子的受到激发而 IC 欲要变大时，由于 RE 的反馈作用，使得 UBE 节压降减小，从而 IB 减小，I C 减小，电路自动回到原来的静态工作点附近。所以该电路不仅有较好的温度稳定性，还可以适应一定非线性的三极管，只要电路设计得当。调整电阻 R1、R 2，可以调节静
3、态工作点高低。若工作点过高，使三极管进入饱和区，则会引起饱和失真；反之，三极管进入截止区，引起截止失真。图 1-1 分压式单级放大电路如图 1-1，C 1、 C2 为耦合电容，将使电路只将交流信号传输到负载端，而略去不必要的直流信号。发射极旁路电容 CE 一般选用较大的电容，以保证对于交流信号完全是短路的，即相当于交流接地。也是防止交流反馈对电路的放大性能造成影响。电路的放大倍数 AU=，输入电阻 Ri=R1R 2r be，输出电阻 RO=RL，空载时 RO=RC。当发射极电容断开时，在发射极电容上产生交流负反馈，电压的放大倍数为 AU=，输入电阻 Ri=R1R 2 。输出电阻仍近似等于集 +
4、（ 1+） +（ 1+） 2电极负载电阻。三、实验内容（一）如图 1-2 所示，建立放大电路，进行静态分析。图 1-2 静态工作点的调整与测试注意，电路必须工作在放大区，即输出波形必须对称（因为输入信号是正弦波）且和原来的信号保持协调。只有设置好静态工作点才可以进行下一步。此步骤就是要选择合适的 R1、R 2。（二）动态分析动态分析时，实验中一直使用的信号。F=1000HZ,Vpp=28mv 。如图 1-3 所示：图 1-3 函数信号发生器在原来设置好静态工作点的基础上，接入信号。并按照此图进行测量电压放大倍数。（该电路另接入了一电阻 R3，以增大输入电阻）如图 1-4 所示：3图 1-4 放
5、大倍数（加大输入电阻）计算电压的放大倍数：A U=UO/Ui输入输出电阻的测量：图 1-5 输入电阻的测试图 1-6 输出电阻的测试计算计算 和 ii ii ssss()/()UURRILooRU4（三）若是静态工作点设置不合适，则会引起失真。如图 1-7 和图 1-8 所示。图 1-7 饱和失真 图 1-8 截止失真（四）有无发射极电容 CE 的影响图 1-9 有无发射极电容的影响明显看出，在不加发射极电容 CE 时，交流电压的放大倍数减小了。可见是交流的负反馈作用促成了这一结果。显然，在实际的生产实际中，我们不需要这一反馈，因此一般选择并联上发射极输出电容，可以明显增大电压的放大倍数。但同
6、时也增加了电路的硬件成本。（五）增大输入电阻对电路性能的影响 从示波器中的波形可以看出，输入波形与输出波形的相位相反，频率相同。信号源内阻增大，如图所示：比较可知，增大输入电阻，可以略微地提高电压放大倍数。5四、思考题1、由实验（一） （二） （三）可知，静态工作点的设置对放大电路有何作用？2、仿真电路中的电路必须要“接地”，这样做有什么好处？3、仿真电路中的很多细节都需要注意，某一细节处理不好就会影响电路的正常工作。试结合实验过程举例说明。6实验二 高频 LC 谐振功率放大器性能研究一、实验目的1、进一步熟悉 EWB 仿真软件的使用方法；2、测试高频谐振功率放大器的电路参数及性能指标；3、熟
7、悉高频谐振功率放大器的三种工作状态及调整方法。二、实验内容及步骤(一)构造实验电路利用 EWB 软件绘制如图 2-1 所示的高频谐振功率放大器实验电路。 图中，各元件的名称及标称值如表 2-1 所示。 序号 元件名称及标号 标称值1 信号源 Ui 270mV/2MHz2 负载 RL 10k3 基极直流偏置电压 VBB 0.2V4 集电极直流偏置电压 VCC 12V5 谐振回路电容 C 13pF6 基极旁路电容 Cb 0.1uF7 集电极旁路电容 Cc 0.1uF8 高频变压器 T1 N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=09 晶体管 Q1 2N2222(3DG6)表 2
8、-1 各元件的名称及标称值(二)性能测试1、静态测试选择“Analysi”“DC Operating Point”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如图 2-2 所示。 72、动态测试（1）输入输出电压波形当接上信号源 Ui 时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B 通道的灵敏度，即可看到如图 2-3 所示的输入、输出波形。 （2）调整工作状态1、分别调整负载阻值为 5 k、100 k，可观测出输入输出信号波形的差异。2、分别调整信号源输出信号频率为 1MHz、6.5MHz ，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。3、分别调整信号源输出信号幅度为 100
9、mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。8由图 2-5 可知，工作于过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。 三、思考题1、变压器 T1 起什么作用？2、对照输入波形，说明输出波形有什么特点？3、负载阻值的改变对输出信号波形有什么影响？4、当功放的输入信号频率改变时，输出信号波形有什么变化？说明了什么问题？9实验三 正弦波振荡器实验一、实验目的1、理解 LC 三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。2、理解振荡回路 Q 值对频率稳定度的影响。3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅
10、度与波形的影响。4、了解 LC 电容反馈三点式振荡器的设计方法。二、实验原理三点式振荡器的交流等效电路如图 3-1 所示。图中， ceX、 b、 c为谐振回路的三个电抗。根据相位平衡条件可知， ceX、 b必须为同性电抗， 与 e、 bX相比必须为异性电抗，且三者之间满足下列关系： )(e(3-1)这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。在满足式(3-1)的前提下，若 ce、 b呈容性,呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若 c、 be呈感性， 呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。图 3-1 三点式振荡器的交流等效电路 图 3-2“考毕兹”电
11、容三点式振荡器1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图 3-2 所示，图中 L 和 C1、C2 组成振荡回路，反馈电压取自电容 C2 的两端， Cb 和 Cc 为高频旁路电容， Lc 为高频扼流圈，对直流可视为短路，对交流可视为开路。显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。若要它产生正弦波，还必须满足振幅条件和起振条件，即： 1uoFA(3-2)式中 uoA为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益； uoF为反馈系数，只要求出二者的值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出 3-3 所示的 Y 参数等效电路。若忽略晶体管的内反馈，即 0rey
12、,可得 3-4 所示的简化等效电路。图 3-4中， oeC1， ie2， biiGg， o为 LC 并联谐振回路折合到晶体管 ce端的等效谐振电导，即 ooPg1， 21/)(C。图 3-3 “考毕兹”电容三点式振荡器 Y 参数等效电路 图 3-4 简化等效电路10由图 3-4 可求出小信号工作状态时电压增益 uoA和反馈系数 uoF分别为gyUfeiou0(3-3)式中， )(26mVAIgyEfe，2ieoePg， 212/C。若忽略各个 的影响，电路的反馈系数为 210CFofu(3-4)由式(3-2)可得起振条件为 210gyAfeu(3-5)故有 Cyfe1(3-6)上式即为振荡器起
13、振的振幅条件。为了进一步说明起振的一些关系，可将式(3-6)变换为 2)()(1 ieoeieoefe FggPgFy (3-7)式(3-7)第一项表示输出电导和负载电导(这里未考虑负载电导)对振荡的影响，F 越大，越容易起振。第二项表示输入电导对振荡的影响，ie和 F 越大，越不容易起振。可见，考虑到晶体管输入电导对回路的加载作用时，反馈系数 F 并不是越大越容易起振。由式(3-7)可知，在晶体管参数 ieg、 o、 fey一定的情况下，可以改变 1bR、 2和负载电导 Lg及F 来保证起振。F 一般取 0.10.5。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数
14、 F 已经确定的情况下，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响。工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至使振荡器停振；工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但不能取得太低，否则不易起振。由式(3-3) 可知，实际的振荡电路在 uoF确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。实际中静态电流值一般取 0.5mA1mA。三、实
15、验内容1、利用 EWB 仿真软件绘制出如图 3-5 所示的西勒(Seiler)振荡器实验电路。 11图 3-5 西勒振荡器实验电路 2、按图 3-3 设置各元件参数，打开仿真开关，从示波器上观察振荡波形如图 3-6 所示，读出振荡频率 f0 ，并作好记录。 图 3-6 西勒振荡器的输出波形 3、改变电容 C6 的容量，分别为最大或最小（ 100%或 0%）时，观察振荡频率变化，并作好记录。4、改变电容 C4 的容量，分别为 0.33F 和 0.001F，从示波器上观察起振情况和振荡波形的好坏（与 C4 为 0.033F 时进行比较） ，并分析原因。5、将 C4 恢复为 0.033F，分别调节 RP 为最大和最小时，观察输出波形振幅的变化，并说明原因。四、思考题1、振荡器与一般放大器的主要区别是什么？2、振荡器中晶体管、振荡回路、反馈网络各起什么作用？对它们应有什么要求？3、振荡器波形不好与哪些因素有关？如何改善？12实验四 调幅和检波电路的设计与性能分析一、实验目的（1）在前三个实验的基础上，加强 EWB 的熟练应用，掌握一些仿真的技巧。（2）进一步熟悉调幅电路、检波电路的工作原理。（3）观察调幅电路、检波电路的输出波
