通过本实验，进一步了解和掌握丙类倍频电路和高频丙类谐振功率放大器的工作原理，了解和掌握倍频器中LC选频回路Q值变化对电路性能的直接影响关系，了解与掌握激励信号的幅值、负载电阻RL的阻抗变化对放大器性能的影响。通过实验、能够使学生初步掌握对高频电路的调整技巧，学会使用基本仪器对高频电路的测量及对电路的分析。
1.1 倍频器与高频谐振功率放大器工作原理
(1) 丙类倍频器工作原理
倍频器是把输入的信号频率f0成整数倍增到n f0的倍频电路。比较常用的电路有2倍
频、3倍频、5倍频等倍频电路形式,它常常被用于发射机、接收机电路或其它电路的中间级。 倍频器按其工作原理可分为两大类：
第一类是参量倍频器：它利用具有PN结元器件的结电容量的非线性变化，从而得到输入信号的n次谐波频率分量。常见的变容管倍频器、阶跃管倍频器就属于这种类型。
第二类是丙类倍频器：它利用晶体管的非线性效应，把正弦波变换成正弦脉冲波，由于脉冲波中含有丰富的谐波份量，通过LC选频回路将信号的n次谐波选出、从而完成对信号的n次倍频功能。这类倍频器的电路形式与丙类谐振放大器之间没有太大的区别、所以又称为丙类倍频器。本实验中所采用的倍频器就属于这种电路类型。
图1-1 是本次实验用丙类倍频倍电原理图。
从图中可以看出该电路和丙类谐振功放级电路在电路结构上非常相类似、不同之处仅在于倍频器选用的两级LC选频网络的固有谐振频率选择在输入信号f0的三倍频上。选用二级LC选频,以提高选频效果。 LC选频回路公式为：
f012LC
（U1）表示前级送来的载波信号，它经由L3、C13、C14组成的并联谐振回路选频后、经电容分压加载到倍频管BG3基极。
由于U1信号具有较大的电压幅值，完全可以使倍频管BG3工作在丙类状态下。
我们知道，当晶体管工作在开关状态时、其集电极
1
输出信号电压为脉冲波,
并且含丰富的谐波分量。如果我们在集电极回路里串入LC并联选频回路，并且将LC回路的固有谐振频率调整在输入信号U1的N次谐波频率nf点上，使其对nf处于谐振状态,而对nf以外的其它谐波分量，由于LC回路处于失谐状态，可以等效为交流短路，所以它们不会被LC谐振回路选出。 因此倍频器的输出端、只有U1的N次谐波频率nf的信号输出。
从而完成对输入信号的N倍频过程。
由于LC并联谐振回路的有载Q值由于工艺原因，往往不可能做的很高，所以经过一次
LC选频后的三倍频波形、还可能包含有较强的基波和二次谐波份量。 当用示波器在倍频电路输出端(J3)观察(参考图1-8) 时，就会发现，倍频输出波形中含有明显的基频寄生调幅。为了使倍频器的输出信号成为较为标准的等幅正弦波信号，电路中设计了二次选频回路。两级LC并联谐振回路的固有谐振频率均调谐在输入信号U1的三次谐波上，使倍频器的输出信号质量有了明显的改善。用示波器在 (J4) (参考图1-8) 可以观察到经过第二次选频回路的输出波形、波形巳近似等幅波。波形幅值应大于1.5V 值。
图1-2 是倍频器电路的输入、输出波形图。
从图中可以看到经过二次选频回路后输出信号波形较单次LC选频时有了明显改善。
为了减少后级电路对倍频电路的影响，第二级LC选频回路采用了电容分压输出方式和负载电位器W1耦合。有效的减小了对倍频电路的影响。
电位器 W1(参考图1-8)是为了控制注入到激励放大管BG4基极信号的强度而设计的。改变W1的电阻分压比、可以有效的控制激励放大器BG4的输出信号
P-P
ubm的幅度值，从而达到控制末级谐振功
放级注入信号强度的目地。
调整W1的中心位置、可以有效的控
制激励级的信号电压输出幅度。从而改变末级谐振功率放大器的激励功率。
激励信号ubm的大小,将直接影响到末级谐振功率放大管BG5的工作状态。 为了保证末级功放级具有较高的工作效率，必需使末级功放管的基极激励信号ubm保持在一个最佳的激励电平下。 激励信号过大或过小会造成末级管工作在欠压和过压状态下。只有在
ubm信号
2
最合适的时候，末级管才能工作在临界状态下。这时功放管的工作效率最高，放大器输出的功率也达到最大值、而放大管本身的功耗也最小。这时、我们称功放管为最佳工作状态。
(2) 丙类谐振功率放大器工作原理
高频谐振功率放大器一般多用于发射机的末级电路，是发射机电路的主要组成部分。同时高频谐振功放电路的电流消耗，往往要占到整机耗电量的决大部分。所以功率放大器工作状态的优劣、以及工作效率的高低、就显的相当重要。 凡是采用谐振选频网络作为输出电路的功率放大器、统称为谐振放大器。其中又分为甲类谐振功率放大器” 、“乙类谐振功率放大器” 、“丙类谐振功率放大器” 等几种常用类型。从电路的特点来看，三种电路型式各有优缺点。设计电路时，我们可以根据它们的各自特点、分别选用不同的电路。
图1-3是放大器工作在三种不同状态时的输入、输出波形图。从图中可以明显的看出三种工作状态、各有优缺点。
甲类工作状态具有所需输入信号幅度小、输出信号不失真等优点，但工作效率较低。
乙类、丙类工作状态虽然工作效率较高，但是存在着输出信号失真大、所需输入信号幅度大等缺点。
从工作效率来讲、由于丙类放大器电压导通角较小。所以丙类工作状态是三种放大器中效率最高的。而作为发射末级功率放大电路，功耗和效率是主要问题、因此
我们往往更加注重电路的工作效率。为了更好的提高效率、发射机的高频末级功率放大器、一般均会采用丙类工作方式。而高频发射电路的激励放大级、一般采用乙类放大电路。
本实验仅就较为常用的“丙类谐振功率放大器” 电路工作原理和调整方法进行简介。
图1-4是本次实验用的丙类谐振功率放大器电原理图：
从图中可以看出，放大器基极没有设置直流偏置电路、仅在晶体管基极设置了一个下偏置电阻R11，从电路形式来看，这是一个典型
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的丙类放大器电路。 当没有载波信号输入时，放大器处在截止状态，集电极C和发射极E之间，没有电流IC流过，由于晶体管处在截止状态，所以集电极没有交流信号输出。
当有载波信号（一定幅度的）输入至放大器基极B时，将会在电阻R11上产生自给偏压、此时放大器将会随着输入信号的频率进行开关工作。放大器的集电极将会输出经过放大的正弦脉冲波。如果在集电极采用串联LC谐振回路取出信号，并且将LC回路的固有谐振频率准确的调谐在放大器的输入频率点f 0上，输出波形将被还原成为标准的正弦波信号。
谐振放大器性能的优劣、主要由三个特性决定：
即：激励特性：调谐特性：负载特性：如果以上三个特性均调整在最佳状态，那就说明放大器的各项性能良好，工作效率较高。或者说谐振放大器电路已处于最佳工作状态。 怎样才能判断放大电路的调谐和调整己处在最佳状态呢? 这就需要我们对谐振功率放大器的激励特性、调谐特性、负载特性、有一个基本的了解，并且对放大器正常工作时的电压、电流、功率的变化规律有一个比较全面的了解。才能够熟练掌握它的变化规律，从而在调试中做到心中有数、达到事半功倍的效果。
图1-5 是谐振放大器的调谐特性图 从中可以看出、当回路和输入的信号谐振时，集电极回路电流lc0达到最小值，发射极电流
le0也同时达到最小值，而基极电流lb0处在最大值。由于三极管的放大作用，所以在集电极观察到的变化比较明显，而在基极和发射极，电流的变化就不象集电极那么明显了。
需要说明的是、谐振放大器的输出信号一般经过LC耦合回路进行滤波和阻抗匹配后才能和负载连接。由于晶体管极间 电容
cbc的反馈、和电路中容性和感性元件的相移作用，放大器的负载往往不能等效为纯阻
性，在调整时、u0的最大值和lc0的最小值，往往不会同时出现，而存在有一定的差值。但是这并不会影响我们对电路的分析结果。
谐振功率放大器还有另外一个较重要的特性，就是放大器的负载特性。
谐振功率放大器的负载特性，是指当放大器的激励信号
ubm、供电电压vCC等参数值保
持不变时、放大器性能随负载电阻RL变化的特性。
图1-6 是谐振放大器的负载特性曲线图。从图中可以明显的看出，当放大器的负载电阻RL小于临界电阻值R0时，放大器工作在欠压状态区。放大器的工作效率随RL阻值的增大而提高。当RL阻值大于最佳负载电阻值R0时，放大器工作在过压状态区，高频输出信号
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幅度Uo并没有随负载电阻RL的增大而成比例的增加，而是变为缓慢增加。
根据公式：
电源输入功率：PD = lc·VCC 高频输出功率：P0 = U
2R 集电极功耗：PC = PD-P0 电路工作效率： =
PP0·10000
D其结果必然造成放大器的工作效率明显下降。
由图 1-6 给出了谐振放大器在不同状态下的几条特性曲线中，可以看出，当谐振放大器的负载电阻RL=R0时，放大器工作在临界状态，此时放大器输出交流功率P0达到最大值，放大器的工作效率也较高。
故临界状态为谐振功率放大器的最佳工作状态、与之相对应的负载电阻R0称之为最佳负载电阻。此时对应的电路工作效率应该是最高值。输出功率最大。 所以一般应尽可能的将放大器调整至临界工作状态。影响 放大器状态的原因很多，主要有以 下几个影响因素：
Po, Pd, Pc,η
η （1）集电极直流电压VEC的变化：
当放大器的其它参数固定不变，
集电极供电电压VEC由小到大
变化时，放大器的工作状态会
由过压→临界→欠压。
Pd
（2）激励电压Ubm的变化：
Po 当放大器其它参数固定时，激励电
电ubm由小到大变化时，放大器
Pc 工作状态由欠压→临界→过压。
欠压 Ro 过压 （3）集电极负载电阻RL的变化：
临界 当放大器的其它参数固定时。负载 电阻RL由小到大变化时，放大器 的工作状态由欠压→临界→过压。 图 1-6 谐振放大器的负载特性
利用负载特性所反映出放大器电流电压和功率的变化关系，可以帮助我们认识丙类谐振放大器的不同特点。
根据各种谐振放大器的不同工作状态特点，使各种放大器得到合理的应用。
例如作为高频功放末级：要求输出足够大的功率和具有较高的工作效率，显然采用临界工作状态是比较合理的。
放大器工作在过压状态时具有较高的效率，并且具有一定的恒压性质，由于它能向后一级提供较为稳定的激励电压，因此它比较适用于中间激励级。
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1.2
倍频器与高频谐振功率放大器实验电路的组成
图1-7 是本次实验电路的原理方框图
本实验电路主要由六级单元电路组成：
第一级是信号产生电路，它由BG1和外围元件共同组成晶体振荡电路。
第二级是甲类谐振放大电路，它由BG2和外围元件组成，它负责将振荡器送来的正弦波信号电压放大到一定幅度，以满足后级（丙类倍频器）对激励信号要求。
第三级为倍频级，它由BG3和LC选频电路组成。倍频管工作在丙类状态，它负责将BG2送来的6MHz信号频率进行三倍频处理。
第四级是激励功率放大器。它由BG4和外围元件组成。它由BG4组成高频激励放大器电路，并且工作在乙类状态。它主要负责为末级功放管基极提供较强的高频功率信号。
第五级是谐振功放级。它主要由BG5和输出滤波电路组成。BG5工作在丙类状态，它的主要任务是、以高效率输出尽可能大的高频功率信号。
第六级是选频输出与输出阻抗网络级,它主要由L12、C34、C35和负载电阻组成。它主要完成从信号中选出所需的频率，经过阻抗匹配后送往负载电阻或发射天线。
为了方便调整谐振放大器的末级直流供电电压，实验电路采用两路供电方式： EC1：是为前四级电路供电的端口，供电电压为直流+12V。
EG2：是专业为末级谐振放大器供电的端口，供电电压直流+4V--+14V。主要为了可调整功放管集电极供电电压，方便观察末级放大器的电压特性。
图 1-8 是本次谐振功率放大器与倍频电路的实验原理图：
从图中可以看出，电路主要由三部分组成,即信号产生、倍频、和功率放大。
第一部分是信号产生电路，它主要由一级石英晶体振荡器电路和一级甲类谐振放大器组成。它负责为下一级提供频率为6MHz幅值较大的载波激励信号。 在振荡信号测试点(J1)可以用示波器观察到6MHz的振荡波形。
第二部分是倍频电路。它是一个典型丙类三倍频电路。由BG3和两级LC并联谐振选网络组成。它主要的任务是将送来的信号进行三倍频处理，完成信号从6MHz→18MHz的变换。 用示波器在(J2)、(J3)、(J4)、分别可以观察到倍频器的输入波形、三倍频选出波形、二次滤波输出波形。
第三部分是功率放大电路，它由激励放大级、末级谐振功率放大器两级电路组成。
激励放大级：该级电路工作在乙类状态下，负责将W1电位器上送来的高频信号进行电压放大，使放大后的幅度，满足后级电路对输入高频电压的要求。 末级谐振功率放大器：这一级电路是实验板中测试点最多的一级电路。功放级的各测试点主要名称为：(J6)基极激励电压波形、 (J7)集电极电压波形、 (J8)发射极电流波形、 (J9)
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放大器输出电压波形、 (K1)放大器输出负载电阻值切换开关。
在调整谐振放大器时为了方便观察它的电流变化情况，在未级集电极回路中专门设计有电流表插座。使用时只需将100mA电流表接入即可。
1.3 电路中主要元器件作用及电参数：
信号产生电路由NPN型小功率高频晶体管BG1（2SC9018）及外围元件组成，它是一个典型的晶体振荡电路、振荡器的输出频率由晶体的基准频率决定。本实验中采用的晶体频率为6MHz。为了减少BG2放大器对振荡器的影响，振荡器信号的输出采用了电容分压输出方式。C6、C7 为分压电容。
甲类谐振放大器由NPN型小功率高频晶体管 BG2（2SC945）及外围元件组成。甲类谐振放大器将振荡器送来的信号进行电压放大，以满足丙类倍频电路的输入电压要求。该级电路的输出方式同样采用电容分压和后级耦合，同时分压电容 C13、C14还和 L3 组成LC并联谐振回路,该LC调谐回路己经校准在输入频率ƒo即6MHz频率点上。
倍频管BG3采用NPN型高频中功率晶体管（2SD467）和LC谐振元件组成。电路采用三倍频方式工作，当输入信号
ubm的幅值达到一定值时（约3VP-P），BG3倍频管将进入开关工作
状态，这时集电极输出为脉冲波、并含有丰富的谐波份量，只要将串接在集电极回路的LC
并联谐振选频回路的谐振点调整在fo的3次谐波上，即可选出该频率。调整徵调电容C16、C19可以改变LC回路的谐振点、使回路准确谐振在三倍频频率点上。 本电路选出的是6MHz的三次谐波、即18MHz信号。为了提高LC选频回路的选择性及与负载的匹配，电路中设计有二次LC并联谐振选频回路、并且采用电容分压方式和负载电位器W1耦合。C20、C21为分压电容。调整W1电位器可以控制BG4的输入信号强度，从而达到改变末级激励信号的幅
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度的目的。
激励信号放大器BG4采用NPN型高频中功率晶体管（2SD467）。激励放大器工作在乙类状态，基极直流偏置电压由D3稳压经R10供给，约为0.6V。集电极LC选频回路由L8、C28、C29、C31共同组成，C29、C31还承担着分压电容的任务。实验中调整C28微调电容、可以使回路准确谐振在中心频率点上。
末级谐振功率放大管BG5采用高频大功率管（2SC1970）。末级放大器工作在丙类状态。R12是射极负反馈电阻。L11是集电极负载电感、它和BG5结电容Co共同构成谐振回路、谐振于中心频率点上。L12、C34组成串连谐振电路、对放大器的输出信号进行选频滤波、经过C34、C35分压后输出到负载电阻RL上。
调整微调电容C34可以使LC回路谐振在主频率点上。 调整分线器K1的位置、可以改变负载电阻的阻值。
电路中,末级放大器的集电极电流表,是选用直流100MA电流表、使用时需要外接。 供电电源接口 EC1、EC2是为实验板提供直流电源的端口。EC1负责为第一级至第四级电路供电。 EC2负责为未级功效电路供电。为了防止电源反接造成对实验板的损坏，电路中特别设计有二极管保护电路，只有正确接通电源，实板上发光管才会发光指示。 为了防止由于供电回路串扰,而引起电路产生自激振荡，电路设计时为每一级直流供电回路加入了π型高频滤波电路。其中 L1、L2、L4、L7均为高频滤波电感。 为了方便观察电路各点的工作波形,实验板在设计时留有较多的测试端子，方便在实验中测试各点电路的工作波形。
由于本实验板的高频输出功率较大约为200MW左右，为了尽可能的减小对外界的高频辐射，实验板特意安装在金属盒内，这样可以有效的减少对外界的电波辐射。
由于本实验电路中没有设计限流保护电路，所以应采用带有电流短路保护的直流稳压电源为实验板供电，以防止烧坏实验电路元件。
1-4 实验内容及测试方法：
实验前的准备工作 ：
★ 将电路原理图与实验板仔细对照，找到对应元件及测试点的位置。 ★ 检查直流稳压电源输出电压是否符合要求（用数字三用表测量）。 ★ 检查示波器显示及幅度、周期功能是否正常（用示波自检信号检查）。
★ 给实验板加电，检查板子上的电源发光管指示是否正常。100MA电流表是否接好。
实验项目：
1： 倍频器、谐振功放电路的特性统调：
用示波器探头（10:1档）在放大器信号输出端（J9）观察放大器输出信号Uo的波形。用无感起子调整谐振电容C16、C19、C28、C34使示波器观察到的波形幅值最大、并且没
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有明显的失直。调整W1电位器、使未级电流表指示保持在50mA—80mA左右。然后开始用示波器测量各信号测试端信号波形幅值。 并将各测试点的实测数据填入表中。
测试条件：EC1=EC2=+12V、fo=18MHz 、RL=100Ω、Ic5=50mA—80mA 级别 激励信号 测量项目 幅值 倍频电路 倍频信号 倍频信号 谐振功放电路 激励信号 Ubm1（J2） Ufn1（J3） Ufn2（J4） Ubm（J6） 输出信号 U0（J9） V 幅值 V
P-P2. 测试谐振动率放大器的激励特性 Ubm – U0 调整电位器W1改变注入信号幅度,使用示波器在（J6）测到的Ubm激励信号电压幅度从0Vp-p值开始、每增加500mVp-p值为一步。用示波器测量末级功率放大器信号输出端（J9）
U0的幅度变化。并将实测数据填入表内。根据数据绘制出Ubm – U0特性曲线图。并根据
测试数据结果作出放大器的激励特性结论。测试中应尽量避免末级电流超过100MA、以免造成末级高频功放管过热损坏。
测试条件：EC1=EC2=+12V、Ubm=0—5Vp-p、fo=18MHz Ubm---Uo Ubm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Vp-p Uo Vp-p Ic mA
3. 谐振动率放大器的负载特性： RL--- Uo
先将实验电路统调至最佳工作状态，统调方法可参考1（倍频器,谐振功放电路特性统调）。
拨动分线开关K1、使放大器按顺序改变负载电阻阻值，使负载电阳RL从25Ω→250Ω变化，每变一档K1、用示波器测量一次信号输出瑞Uo（J9）的幅值变化。并将实测的数据填入表内。根据实测数据绘制出 RL---Uo的负载特性曲线图。并对电路的特性作出结论。
测试25Ω档时、由于负载较重、导至Ic电流较大，应尽量时间短一些。以免损坏末级高频功放管。
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测试条件：EC1=EC2=12V、 Fo=18MHz Ubm=4—5Vp-p RL=25Ω--250Ω
RL 25Ω 50Ω 100Ω 150Ω 200Ω Ω Uo Vp-p Ic mA
250Ω 4. 谐振功率放大器电压特性的测试： EC2 --- Uo
先将实验电路统调至最佳工作状态。调整W1电位器使末级功放管的Ic电流在12V供电时=50mA-80mA左右。
改变EC2供电电压、从4V变化至14V、每步变化2V。用示波器测量谐振放大器输出信号Uo（J9）的幅值变化。将实测的数据填入表内。根据数据绘制出电压特性曲线图。并根据电压特性变化写出特性结论。
注：EC2所加的直流电压可直接影响到BG5的功耗，不可将EC2电压调至过高电压、例如16V以上，以免造成未级管损坏。
测试条件： EC1=+12V 、EC2=+4V—+14V Fo=18MHz
EC2 4V 6V 8V 10V 12V 14V V UO Vpp Ic MA
5 谐振放大器高频输出功率与工作效率的测量：
1 测量谐振功放级高频输出功率：2 测量谐振功放级电源消耗功率：
p
0p
D3 计算谐振功放级电路工作效率：
将实验电统调好，将负载电阻RL置在100Ω位置。用(高频毫伏电压表或示波器)在功放级信号输出端（J9）测量Uo电压幅度值。并计算出相应的高频功率值，及电路工作效率。 注:用不同仪器测量时应注意,毫伏表读数为有效值,而示波器读数为峰-峰值。 高频输出功率Po：是指负载电阻RL上所获得的高频信号功率值。 直流输入功率PD：是指电源向放大器提供的直流功率。
电路工作效率η：是电路将输入的直流功率转换成高频输出功率的效率。
测量条件：EC1=EC2=12V、 RL=100Ω、 fo=18MHz
调整实验电路各级LC谐振回路、使其准确谐振在18MHz频率点上，使LC谐振回路等效为纯阻性。这时回路输出电压应达到最大值。如果LC谐振回路出现容性失谐和感性失谐均会造成输出末级工作电流增加，而输出信号幅度、功率的下降的现象。
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也可以采用直接观察末级功放管Ic电流变化的方法来统调电路。调整方法是：调谐除末级功放级外的各级谐振回路、以末级电流最大值为准。
调整末级输出选频回路时,以电流最小值为调准。 需要指出的是，由于功放管CO和回路元件的反馈作用，调整输出谐振回路时、电流的最小值和输出高频信号电压的最大值往往不能同时出现，所以我们调整时要兼顾电流和幅度两个因素。
1-5 实验报告要求：
1 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电路原理框图 2 将实验中实测数据制表、填入实测值。 3 根据数据绘制特性变化曲线图。 4 写出特性变化结论 5 选作本实验思考题
思考题：
1 当调谐末级谐振回路时、会出现lC0的最小值和u0的最大值往往不能同时出现。为
什么会出现这种现象?、应怎样调整?
2 当调谐BG4激励级谐振回路时，一但末级功放管BG5的lC0达到最大值时、就说明激
励级回路己调谐准确了。为什么?
3 实验电路的统调是指什么? 为什么要对电路进行统调?
4 末级功放管的基极的激励信号Udm电压、最低达到多少Vp-p值时，功放管才开始
有集电极电流lc，为什么?
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实验二 LC三点式振荡器与压控振荡器VCO电路
实验目的：
通过本实验，加深对LC三点式正弦波振荡电路工作原理的理解。并且能进一步了解正弦波振荡电路的基本起振条件。掌握三点式振荡的基本特性。熟悉和掌握对电路的分析方法。
了解压控振荡器VCO的基本工作原理及电路形式，熟悉变容二极管的V-C特性。学习对压控振荡器电路各项指标的调整方法和电路调试技巧。
2.1 LC三点式振荡器与压控振荡器VCO工作原理
1 电容三点式正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡电路、是各种高频电路中最常用的单元电路，振荡电路是一种不需要输入信号控制，电路自己本身就能自动把直流能量转换为特定频率和特定幅度交流能量的电路。
在品种众多的振荡电路中，LC三点式正弦波振荡电路是目前应用最广泛的振荡电路。 LC振荡电路分为多种类型。我们最常见的两类是： 电容三点式和 电感三点式振荡电路。两种振荡器的基本工作原理相同。图2-1 是三点式振荡器的电抗图和交流等效图：
三点式电抗图 电容三点式 电感三点式
A B C 图 2-1 三点式振荡器电抗图和交流等效图
根据三点式振荡器的起振基本条件，电路必须满足自激振荡所要求的相位平衡条件和振幅条件。
在三点式振荡电路中，振荡器的选频网络应和晶体管的三个极分别相连。与晶体管发射极(E) 相接的二个元件应为同性质电抗体，另一个和晶体管基极(B) 集电极(C) 之间相接的元件为异性质电抗体。如图 2-1图A中所示，X1、 X2 是同性质电抗。而X3 是异性质电抗。并且必须满足下面的关系式：
Χ3 = —（ X1 + X2 ）
凡是按此规则组成的三点式振荡电路，即满足了振荡电路的相位平衡条件要求。
三点式振荡电路还必需满足另外一个条件,即振荡电路的振幅条件：根据起振条件：需满足下面的不等式要求：即： gm >Kfu·gi ┼( go + g´i )/Kfu
式中：
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Kfu =
X1、为反馈系数 X2gi 为晶体管b–e之间的输入电导
g0 为晶体管c–e之间的输出电导。
gˊI 为等效到三极管 c-e脚输出端的负载电导和回路损耗电导之和。
振荡器工作时的振荡频率可由以下公式推算：
ƒo ≈ 12LC
振荡器电路除了要满足起振条件和振幅要求外、还有一项重要的技术指标: 即 -- 频率稳定度。它是指振荡器在一定时间内或在一定的温度、湿度、电源电压变化范围内,振荡频率的相对变化。如果振荡器频率受外界变化因素影响越小，说明它的频率稳定度越高。否则说明振荡器的稳定度较低。
fof相对频率稳定度： ƒΔ = fo为了提高振荡器的频率稳定度，可以采用稳压电源供电和选用Q值较高的电感、电容组
成谐振回路外，也可以采用分压接入的方法来减小晶体管PN结分布电容对振荡频率的影响，必要时还可以在电路中加入温度补偿电路，以减小由于环境温度变动而引起的频率变化。 LC谐振电路由于种种因素限制,一般Q值很难做的很高。所以由LC谐振回路组成的振荡器频率稳定度很少超过 10 数量级。要想进一步提高频率稳定度，只能选用Q值更高的石英晶体作为谐振回路组成振荡器。由石英晶体组成的振荡电路，频率稳定度一般可达到 10或更高数量级。它一般适用于对频率稳定度要求较高的电路设备中。
目前电容三点式振荡器应用比较广泛。其中应用较多的是改进型电容三点式振荡器，比较常见的有二种电路：即“克拉泼振荡电路”和“西勒振荡电路”。这两种振荡电路无论是在幅度还是频率稳定性方面、均有较大的改善。因此在电子工程设计中应用较为广泛。 图 2-2 是“克拉泼振荡电路”和“西勒振荡电路”的交流等效图：
-6
-4
B：电容并联改进型(西勒) A：电容串联改进型(克拉泼)
图 2-2 改进型电容三点式振荡器交流等效电路
从图 2-2 可以明显的看出，这两种振荡电路和普通电容三点式振荡电路最明显的区别是在LC谐振回路中串入了电容C3，由于C3的容量较小,它可以有效的减小振荡电路由于振
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荡管结电容C0变化,而引起的振荡器频率、幅度等性能指标的降低。能有效的提高了电路的工作稳定性。
“克拉泼振荡器”和“西勒振荡器”在电路形式上没有大的区别，电路中的 C1、C2 既是谐振电容又承担分压反馈任务，振荡器的反馈系数和谐振频率公式如下：
电压反馈系数 Kfu = c1 (克拉泼电路)频率：ƒo = c212LC≈12LC3 (西勒电路)频率： ƒo = 12LC≈12L(C3C4)
在实际应用设计时，使用元件数量上“西勒”电路比“克拉发”电路要多一些，从振荡器的各项性能指标来看，“西勒电路”要优于“克拉泼电路”。
在克拉泼电路中、电容 C3 远小于 C2、C1容量值，所以频率主要由C3、L1串联谐振值决定fo，而C2、C1 主要决定反馈系数、同时也影响谐振频率。
在“西勒电路”中，由于多增加了一个并联电容 C4、所以工作频率主要由C3、 C4和 L1的并联谐值来决定。而C3电容同时还决定频段低端的幅值，并且能够对振荡信号幅度起到一定成度的稳幅作用。
三点式振荡器的反系数取值一般取值在1/2至1/8之间，反馈系数过大或过小、都会造成振荡电路工作性能下降。严重时还会导致振荡器停振。
振荡管的直流工作点的设置，也同样关系到振荡器的工作性能。根据理论要求，晶体管应工作在放大区低端,即靠近截止区，是比较适合振荡器工作的。振荡管的 工作电流Ic过大,会造成振荡波形异变，严重时还会造成停振。所以振荡管的直流工作点应远离晶体管的饱合区。必须指出工作电流 Ic 过大或过小、对振荡器的性能都会有影响，实践证明，三极管振荡器工作电流lc应控制在 1mA---5mA 之间比较合适。
2 压控正弦波振荡器(VCO)工作原理
压控振荡器(VCO)是指受电压控制振荡频率的振荡电路：振荡器的中心振荡频率f0随着控制电压VD变化而改变。压控振荡器有多种电路形式。主要分为： 正弦波压控振荡器和非正弦波压控振荡器二大类。
本实验中主要对集成电路正弦波压控振荡器工作原理作简单介绍。正弦波压控振荡器还有较多电路形式，例如本书“实验五”中的“变容二极管直接调频电路”就是一种常见的正波压控振荡电路。
关于非正弦波压控振荡器电路本书中也有简介，例如本书“实验七”中的“施密特”触发器型压控振荡（VCO）电路。
非正弦波压控振荡器（VCO）电路形式较多、例如“射极耦合型”压控振荡器(VCO)电路、“双管交叉充放电型”压控振荡器(VCO)电路等。其电路工作原理及有关参数可以查阅有关“锁相环技术”或“频率合成技术”类的书籍。
本次实验用集成压控振荡器，选用摩托罗拉公司生产的系列通信专用电路中的“单片FM中放调频接收电路”“MC3362”。该电路内部集成有调频接收机所需的各部分功能电路，其中包括：“一本振、一混频器、二本振、二级频器、限幅中放、鉴频器等电路”。只需外加少量无件，就可组成一台品质优良的调频接收机电路。本次实验仅对MC3362集成电路中的压控振荡（VCO）部分的工作原理作简单的介绍。
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图 2-3 是MC3362的一本振电路等效电路图
从图 2-3 中可以看出，该压控振荡电路是采用LC谐振网络的自激多谐振荡器，虚线框内的LC元件 C1、L1需要外接。
振荡器的振荡频率fo主要由LC并联值决定。
1ƒo = 2L(C1CD)式中：
ƒo = 振荡频率
L = 谐振电感 (C1+CD) = C1与变容二极管等效电容
由于变容二极管D1、D2、和LC谐振 图2-3 MC3362内部VCO等效图
回路为并联关系，所以只要改变变容二
极管的容量值，同样可以达到改变振荡器濒率fo的目的。
电路管脚“23”脚是压控振荡器（VCO）的控制电压VD端。 改变控制电压VD值，就可以控制振荡器的频率在一定荡围内变化。为了减小后级电路对振荡器的影响，电路内部专门设计了由T3、T4组成的射随器电路。和后级电路耦合。由于变容二极管是利用改变二极管 PN结的负偏压来控制结电容的变化量的。变容管的正向特性和普通二极管没有太大区别。由于变容二极管是由PN结构成，所以它同样存在着PN结元件特有的非线性特性。
图 2-4是变容二极管的“电压---电容” 特性曲线图。
从图 2-4 中可以明显的看出，变容管的结电容量是随着控制电压的升高而减小。特性曲线呈非线性变化。曲线仅中间一小段近似线性。
由于变容管存在着一定的非线性特性，所以有些对VD—C0变化线性要求较高的电路来
讲，使用变容管必须设计线性补偿电路。或者仅使用变容管的中间线性段。以保证电路有较好的线性调谐特性。
变容二极管在实际应用中往往用于交流电路中，例如振荡器、调制器、倍频器等电路中。因此它的结电容C0不但受到控制电压VD的影响，同时也要受到电路中交流电压变化的影响。为了减小交流电压对C0的影响，设计中往往采用二个变容管头对头或尾对尾串联的方法。MC3362电路中的变容管就是采用这种方法的。
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2-2 ： 电容三点式正弦波振荡器实验电路的组成
我们本次三点式振荡器实验采用的是电容串联改进型、电容三点式振荡电路克拉泼型振荡器。该电路起振容易，常应用于对频率稳定度要求不高的电路中。
图 2-5 是本实验振荡电路的等效原理图：
从图中可以看出，它是一个典型的电容串联改进型振荡电路图。从电路图中可以看出，全部电路由两部分组成，第一部由晶体管BG1和外围元件组成的振荡电路，它包括电容三点式振荡器“克拉泼型”和晶体振荡器电路两类振荡形式，振荡类型可以通过改变开关 K1 来选择。
K2 是为改变振荡电路的交流电压反馈系数而设置的专用分线开关。各挡联接的电容值分别为 221、471、681、821、102、LC串联、共计6个档位，当K2开关位置从1-5档变化时，反馈系数可以从 1到 0.22之间变化，当 K2 拨至第6档时，由于K2所接通的元件已不再为容性电抗，电路不能满足振荡器的起振条件。因此振荡器电路停振。
为了减小测量仪器对振荡电路的影响，便于测量，实验电路中设计有由BG2组成的缓冲放大器。经过缓冲放大后的信号可以直接和数字频率计等仪器连接。需要特别指出的是经过缓冲放大器放大后的信号幅度，不能代表振荡器真实输出信号幅度值。
振荡电路的谐振频率和反馈系数可由以下公式求得：
振荡频率f0近似式： ƒo ≈ 12LC12
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反馈系数： Kfu = C5 CN的电容量值由K2的位置来决定。
CN
2 –3 集成电路压控电路（VCO）实验电路的组成
图2-6 是本次振荡器实验的电路原理方框图:
从方框图中可以看出本次振荡器实验由两个独立的实验单元共同组成,电路供电各自独立。三点式振荡实验电路和压控振荡电路，它们之间没有任何电路联系关系。
图 2-7 是本次压控振荡电路（VCO）的实验板电原理图
本实验主要采用摩托罗拉公司生产的通信专用集成电路芯片，它是专门为接收FM窄带调频信号而设计的集成电路，它内部包含了FM调频接收机所需要的各部分单元电路。
本次实验仅对它的本振电路部分进行测量。 MC3362电路含二级本振电路，即:一本振、二本振。这是两种形式完全不同的振荡器。
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一本振是由一级压控振荡器组成，振荡频率主要由集成电路 21、22、脚外接的LC谐振回路决定，同时改变 23 脚的控制电压VD、也可以在一定范围内改变振荡频率。一本振的内部电路及工作原理可参考图 2-3 和压控振荡器工作原理部分。
二本振是一级固定频率晶体振荡器，它的电路形式和分立元件组成的晶体振荡电路基本相似，振荡器的工作频率主要由晶体决定，集成电路内部含有振荡管，振荡电路的反馈系数主要由 C25、C26 决定。
由于(MC3362)集成电路中，所设计的振荡电路负载能力较弱，实验中由于需要对振荡电路进行测量，所以在实验电路中为测量方便，专门为一本振、二本振电路设计了两级缓冲放大器，以方便对振荡器进行频率测量。
图 2-6 是MC3362集成电路的内部功能框图及引脚名称： 从内部框图中可以看出，在MC6632电路中，已经将FM调频接收机的大部分电路集成在内部，大大的简化了电路的设计和调整周期、同时也提高了电路工作的可靠性。
图 2-5 压控振荡器实验电原理图
由于MC3362电路直流电压供电范围为3V-7V，而压控振荡器（VCO）控制电压VD最高可达12V，因此在实验板上设计有直流稳压电路,EC2送来的直流电压12V、分为两路供电， 一路经LM7805稳压电路稳压为5V、为集成电路6脚和两个缓冲放大器供电。另一路通过8V2稳压二极管稳压后、经电位器W2分压后、作为压控振荡器控制电压VD、为电路的第23脚提供调控电压。
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2 - 4 实验电路中主要元件的作用及电气参数：
在实验电路板上,电容三点式振荡器和压控振荡器（VCO）设计在同一块板上。由EC1、EC2、两个端口分别为两路供电。每路供电回路均设计有防止电源极性反接电路,并配有电源指示发光二极管，当正确接入电源时，发光管正常发光，否则不发光。
三点式振荡器实验部分：
振荡形式选择开关 K1 为三档开关， 各档位含意为：
（1） 电容三点式振荡器模式 （2） 空档（振荡器停振） （3） 晶体振荡器模式
反馈系数选择开关 K2 为6档位分线式开关，改变档位1-5档，可以改变振荡器的反馈系数，(第6档为停振档)。
BG1 是振荡管，根据K1开关的选择，分别承担LC三点式振荡管或晶体振荡管任务。由于本实验板工作频率不高，约为20MHz左右，所以对振荡管BG1截止频率要求不高，一般ft大于100MHz的小功率高频NPN型三极管均可使用。本机选用2SC9018小功率高频管。
偏置可调电阻 W1 选用小型100K电位器。调整W1的阻值，可以使振荡管BG1的静态工作电流Ic从0.5mA至5mA之间变化。Ic电流过大或者太小，都会影响到振荡器的正常工作。一般振荡器工作时 工作电流Ic应控制在2mA—4mA之间比较为宜。
电路中选用的色码电感较多。其中有谐振电感 L2、L3、和去耦滤波电感 L1、L4。其中除谐振电感 L2要求有载Q值高一点有利于提高振荡器的频率稳定性外，其它三个电感在Q值方面没有特别要求。谐振电感L2空载Q值100以上,电感量8.2μH。
振荡频率微调电容器 C12、C13、分别是负责调整电容三点式振荡器和晶体振荡器频率的器件。调整 C12徵调电容值，可以使电容三点式振荡器的谐振频率f0，从10MHz至16MHz之间变化。调整 C13 微调电容值，可以使晶体振荡器的频率准确的工作在10MHz,可调整频偏量范围约为1KHz-2KHz左右。
在压控振荡器实验中,电位器W2是压控振荡器控制电压VD的调整器件。调整电位器W2的值，可以使控制电压VD的值、从0V---+8V之间变化，用于控制压控振荡器（VCO）的频率变化。本实验板中，压控振荡器（VCO）的工作频率压控可调范围（配合调整C30微调电容），大约可以从25MHz至35MHz之间变化。
直流稳压电路 LM7805是专为给集成电路MC3362供电而设置的。该电路当输入直流电压在8V至15V时，电路输出端可保持在5V±0.2V之间。完全可以满足MC3362的供电要求。
各测试、测量端口名称及内容：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- Uo 振荡器波形检查端。起振检测端口。 J2：--- UL 振荡器信号输出端、幅值测量端口。
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J3：--- Fo 缓冲放大器输出端、测量频率端口。 J4：--- UL2 二本振电压输出端、测量波形端口。 J5：--- fo2 二本振缓冲输出端、测量频率端口。 J6：--- VD （VCO）控制电压端、测量 VD 端口。
J7：--- UL1 （VCO）振荡测试端、测量（VCO）波形端口。 J8：--- fo2 （VCO）缓冲输出端、测量（VCO）频率端口。
2 – 5 实验内容及测量、调测方法：
实验准备工作：
将实验电原理图和实验板对照，找到对应元件相应的位置。 1 检查直流稳压电源各功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数字三用表测量） 2 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 3 将数字频率设在和本实验相应的频段及合适的频率采样时间档。 4 检查10mA直流电流表是否己接入实验板插座。 5 自检数字式频率计是否工作正常。
实验项目： 1： 振荡器反馈系数kfu对振荡器幅值U L的影响关系： kfu__ u
L ★ 将直流稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC1供电
★ 首先调整W1电位器，使振荡管BG1静态工作电流IC等于3mA（停振时）。 ★ 将开关K1档位置于1，即：LC三点式振荡状态
★ 调整C12微调电容、使振振器谐振频率处在频段低端、约为10MHz左右
改变振荡器的反馈系数Kfu（拨动k2档位1-5档），用示波器在 J2 端口测量振荡器波形幅值UL，并将每次变动后测量到的数据值记入表格内。 并根据实测数据值绘制出 （kfu__
uL）特性曲线图。根据实测的数据及电压特性变化写
出特性总结结论。
测试条件：EC1 = +12V、 Ic1 = 3mA、 f0 ≈ 10MHz Kfu = 1 - 0.22
名称 Kfu UL
2 ： 振荡管工作电流和振荡幅度的关系： I __ uCL单位 C5/CN 1 2 3 4 5 V P-P
将振荡器的反馈系数选择开关K2掷在第2档位。在反馈系数等于0.47的状态下测量u L
值。
调整BG1的上偏置电位器W1，使振荡管工作电流 Ic1 从0.5mA至5mA变化，每步0.5mA。
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用示波器测量振荡器幅值u L的变化。并将测量的数据填入表格内。
根据实测的数据，绘制出 （Ic–UL） 特性曲线变化图，根据实测的数据及电压特性变化写出特性总结结论。
测试条件：EC1 =12V、 Kfu = 0.47、 fo ≈ 10MHz、 Ic1 = 0.5 — 5 mA 数据值 项 目 BG1电流 Ic （mA） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 UL fo
V MHz P-P3： 振荡谐振频率fo对振荡幅度UL的影响关系：f0-- UL
使用数字式频率计在缓冲放大器输出端 J3监视频率fo的变化范围。同时用示波器在 振荡器输出端J2 测量 UL的幅值变化情况。
调整C12徵调电容值，当数字频率计每变化 1MHz为一步，从振荡器的最低频率测起。测量出振荡器的最高振荡频率和振荡器的最低振荡频率值。这就是振荡器的频率复盖范围、或者称为振荡器的频率可调范围。
将所测量的数据填入表格内、并根据实测数据、绘制出振荡器的f0-- UL特性曲线图。根据实测的数据及电压特性变化写出特性总结结论。
测试条件：EC1 = 12V、 Kfu = 0.47、 Ic1=3mA-4mA f0 ≈ 9MHz -- 18 MHz 频率 9 10 11 12 13 14 15 16 17 （MHz） 幅度 （V P-P）
4： 振荡器频率稳定度f△测量：
影响振荡器频率稳定度的因素较多，如温度、湿度、电源电压、负载变化等。 本实验仅对电源电压变化对振荡器频率的影响关系进行检测。 测量分为两部分：
1：LC振荡器电压--频率稳定度f△的测量。 f△ =
f0f02：晶体振荡器电压--频率稳定度f△的测量
测量LC振荡电路时，将选择开关K1掷于1档（LC振荡方式）。首先将振荡器在供电电压EC1=12V时、调整C12微调电容、将频率置于振荡器频率可变范围的中间频率段，例如13MHz左右。并将在EC1=12V供电时, 所测得的频率值设定为基准频率fo值，然后改变供电电压,使EC1=10V、11V、13V、14V，每变化一次供电电压，记录一次振荡器频率变化值，并将实
f 21
测频率值填入表格内。根据数据绘变化特性曲线图。根据实测的数据及电压特性变化写出特性总结结论。
测量晶体振荡电路时，将选择开关K1掷于3档（晶体振荡方式）。调整C13微调电容，使频率计在 J3测到的频率值等于晶体标称频率10MHz，测量方法和过程同LC振荡器相同。将所测得的频率变化值填入表格内。并根据数据绘制频率变化特性曲线图。根据实测的数据及电压特性变化写出特性总结结论。
测试条件：EC1=10V--+14V、Kfu = 0.47、 Ic1 = 2mA—4mA （12V供电时）
EC振荡器 1 10V 11V 12V 13V 14V 类型 名称 频率（MHz） LC 振荡器 稳定度f△ 频率（MHz） 晶体 振荡器 稳定度f△
Vf5： 测量集成压控振荡器（VCO）的压控特性
MC3362电路中一本振（VCO）的谐振频率fo ，主要由LC谐振槽路中的L和C值及电路内部并联的变容二极管等效电容量值来决定。变容管容量一般变化量有限，所以f只能在一定范围内变化。而变容管电容CD的变化量是由控制电压VD决定。
测试前应先将谐振槽路电容调整至最小值，方法是：调整微调电容C30时，用数字频率计在 J8监测频率、当频率读数达到最高值时,即认为此时的C30电容值已经为最小值了。
调整W2分压电位器，用示波器DC档（直流）测量控制电压VD，每变化1V为一步，用数字频率观察并记录(J8)f的变化。将实测数据填入表格内，并根据数据绘制出特性变化曲线图。
根据实测的数据及电压特性变化写出特性总结结论。
测试条件：EC2 = 12V、 VD = 0V – 7V VD 项目 频率fo （MHz） 幅值 (V)
P-P0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 22
2-5： 实验报告要求和思考题：
1: 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电路原理框图 2: 将实验中实测数据制表、填入实测值。 3: 根据数据绘制特性变化曲线图。 4: 并写出特性变化结论 5: 选作本实验思考题
思考题： 1
调整振荡器的LC谐振回路时，为什么一定要使用“无感”工具? 用金属工具调整LC谐振回路，会产生那些问题?
2
振荡管的工作电流Ic，在停振时和起振后会有什么变化? 为什么? 晶体振荡器的频率稳定度，远高于LC振荡器，这是由什么参数因素造成的? 怎样提高LC振荡器的频率稳定度?
3
4 本次实验测试数据结果中发现，压控振荡器（VCO）的控制电压和振荡频率“VD—f”
之间的特性变化、并不是线性关系。这是由什么因素造成的?
4
为了提高振荡器输出幅度,能否无限制的增加振荡管的工作电流lc,为什么?
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实验三 振幅调制与二极管检波电路
实验目的：
通过本实验，加深对晶体管集电极调幅电路和二极管大信号检波电路工作原理的理解。进一步了解调幅电路的基本测量方法。掌握调幅电路的基本特性。熟悉对电路的分析方法。
加深了解二极管检波器的工作原理及基本电路形式，熟悉二极管的特性。学习对调幅电路、检波电路各项指标的调整方法和电路调试技巧。
3.-1 调幅电路及二极管检波电路工作原理
1 调幅电路工作原理：
调幅电路又称幅度调制电路、是指能使高频载波信号的幅度能随调制信号（通常是音频）的规律而变化的调制电路 。 幅度调制电路有多种电路型式。其中晶体管调制电路，是利用晶体二极管、三极管的非线性特性，对输入的信号进行变换而产生新的信号，再利用电路中的LC谐振回路，选出所需的信号成分，从而完成调幅过程。
根据调制信号接入调制器电路位置的不同，可分为： 基极调幅电路 发射极调制电路
集电极调幅电路等不同电路型式。
图 3-1 是三种晶体管调幅电路的等效原理图：
图中：U1— 载波信号电压 U2--- 调制信号电压
从电路的性能特点上来讲，三种调幅电路各有优缺点。其中：
基极调幅电路，它是利用三极管的非线性特性实现调幅的。它具有所需输入调制信号电压小的优点。但由于基极调幅电路工作在欠压区、所以工作效率较低，并且易产生失真。
集电极调幅电路，它同样是利用三极管的非线性特性实现调幅的。由于集电极调幅电路工作在弱过压状态，因此它具有较高的工作效率。缺点是它所需的调制信号幅度大，同时也存在着线性失真大等缺点。
而发射极调制电路的特点，介于两者之间。
图 3-1 晶体管三种调制方式交流等效原理图
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由于集电极调制方式，具有电路工作效率高、调制度深等优点，所以被广泛应用。 本实验主要针对集电极幅度调制电路进行测试。
在集电极调幅电路中，调制信号UΩ 是从三极管的集电极注入的。最常见的方法是，通过音频变压器耦合方式，将调制信号注入集电极回路。载波激励信号Ubm 则通过耦合回路注入晶体管基极回路。通过调整激励电压 Ubm 强度，使调制管的工作状态正好处于弱过压状态。使调制器具有较高的工作效率。
图 3-2 是本次实验调幅器交流等效电路和调制器的静态特性曲线图：
A：集电极调幅交流等效图 B：调制器静态调制特性
从图 3-2 (a)的图中可以看出，调制信号UΩ，是通过音频变压器和集电极回路耦合的。而载波激励信号Ubm则直接耦合至调制管基极。
从图 3-2( b)的静态调制特性曲线图中可以看出，在调制过程中，随着调制信号UΩ电压和集电极电源电压EC2的下降，调制器进入严重过压工作状态，集电极电流Ic的波形将会出现明显降低，并且会出现凹陷加深，这时调制管的集电极电流Ic1随着调制信号电压
UΩ剧烈变化。这时调制器的调制深度也将变的较大。但是当调幅度m 加大时，由于Ic1的
凹陷过于严重，所以调幅器调制特性的非线性失真也就比较突出。这也是集电极调幅电路存在的缺点。
从图 3-2 (b) 中还可以看出，当集电极电源电压EC2较低时，调制器进入严重的过压状态，这将使集电极电流Ic波形出现严重凹陷现象，造成调制特性变差。
当集电极电源电压EC2较高时，调制电路进入欠压工作状态，集电极电源EC2对集电极电流Ic1的控制作用明显减弱，因而调制特性平缓，调制度变小。
根据以上调制器的工作特性，在实验中，为了使调制器具有较高的工作效率，又要尽量减小调制器的信号失真，应根据情况、适当的改变电源电压EC2、和适当的调整载波激励（通过调整振荡级BG1的Ic方法）信号强度，使调制管工作在弱过压状态。使电路具有较高的工作效率，这样就能够较好的实现、调制系数“M=1” 的电路工作指标。
由于集电极调幅电路工作效率高、调制度较深、所以应用比较广泛。
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电路的调制系数m可以采用以 下公式计算：
ABm100%调制系数： AB
检波电路的交流电压传输系数,是检波电路的重要技术指标，检波器电压传输系数“Kd”、可以通过以下公式计算：
交流电压传输系数： UmKd mUsm
2： 二极管检波电路工作原理：
检波电路，是对己调幅信号进
行解调制处理的电路。称为检波电路。对调制波的解调也就是调制的逆过程。
检波电路的电路形式很多。较常见的有“小信号平方律检波”、“大信号包络检波”和“乘积检波”（同步检波）几种。
本次实验仅对“大信号包络检波”电路的工作原理和测试方法进行验证实验。
“大信号包络检波”电路，分为“峰值包络检波”和“平均值包络检波”两种电路类型。前者应用较广，而后者仅在特殊电路有应用。本次实验电路中的检波部分就是一个标准
的峰值二极管检波电路。它常常应用于收音机电路、通信机的检波部分电路中。
图 3-4 就是本次实验中的检波电路等效图和工作波形图
当输入检波器的载波信号幅度值大于0.5V时、则检波器工作在大信号检波状态下，当输入信号是一经过处理的己调波信号时，由于二极管的单向导电特性，检波后的输出电压也
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就随着调幅波的包铬线而变化。此时检波器输出得到的是脉冲波形。其波形如图3-3 （b）所示。
但由于检波电路中C1电容的高频滤波作用及C2、R2所组成的时常数电路的充放电作用，检波器的输出端负载RL得到的解调信号是正确的正弦波信号。实验证明，只要正确的选择Rc元件参数、使 Rc >>rac ，就可以使C2两端电压随着调幅波的包络变化，不会产生失真。从而在检波电路的输出端得到正确的解调信号电压。
对角线失真：
出现对角线失真的原因主要是检波器负载的电阻和电容时间常数过大，放电速度过慢。导至电容C上的电压长时间存在，使输出波形产生惰性失真。解决的方法是减小RC时间常数。
造成对角线失真的原因除了RC时间常数过大外、还和调制频率f及调制度m有关。调制频率 过高、调制度过大，都会造成对角线失真。
为了不造成对角线失真，电路参数应满足：
1m 222fCRLRLR/L
负峰切割失真：
负峰切割失真，是由于检波器的输出阻抗RL大于后续电路的输入阻抗
RL值。输出信号的负半周低于RL上的直流压降，造成输出信号的负半周波形电压被钳位。形成切割失真。
为了保证检波输出波形不会产生负峰切割失 真，必须使电路的元件参数选择、满足以下条件：
/RLRi/RL 不失真条件： 其中： RLmRLRiRL
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3-2 幅度调制与检波实验电路的组成：
本次调幅器与检波器实验电路，采用晶体管集电极调幅电路、检波器采用大信号二极管检波电路。该实验电路具有多个测试点，可以比较系统的验证调幅电路在各种条件变化时的工作状态波形。在检波电路中，所以测量观察到正常和失真时的各种波形。
图 3-7 是本次实验的原理方框图:
图 3-8 是本次调幅、检波实验电路的电原理图：
从图中可以看出,它是一个典型的三极管集电极调幅与二极管检波电路。
从电路图中可以出，全部电路共由三部分组成，第一部由晶体管BG1、bg2和外围元件组成的载波信号产生电路，它包括电容三点式振荡器“克拉泼型”和甲类并联谐振放大电路。
可以通过改变电位器W1 来控制注入调制管BG3基极的载波信号强度。 第二部分是以三极管BG3组成的调制级。该级采用集电极注入调制信号方式。调制信号经由变压器B1直接耦合至集电极回路。该电路具有较高的工作效率。
第三部分是二极管检波级。这级电路采用比较典型的“大信号二极管检波”电路形式，
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并配合RC时间常数调整电路元件，可以较方便的观察到检波失真波形。
为了方便的观察调制管的工作电流Ic3变化情况，实验板上专门留有电流表扦座。外接电流表可选用10mA或50mA的直流电流表。
实验电路板上的两路供电端口、 EC1、EC2、均配有防电源极性反接电路。当电源极性正确时两路电源指示灯（发光二极管）将会正常发光。否则指示灯不亮。
3-3 实验电路中主要元件的作用及电气参数
调幅与检波器实验电路主要由三大部分组成。三极管BG1承担主振管、它与外围元件共同组成一级改进型电容三点式振荡电路，为下一级提供载波信号源。调整上偏置电位器W1可以控制BG1管的工作电流Ic1，改变振荡器输出信号的幅度，从而可以达到间接控制BG2放大级的输出信号幅度的目的。
BG1振荡器的谐振频率主要由以下公式求出：
振荡频率f0近似式： ƒo ≈ 12L2C5
第二级是由三极管BG2和其外围元件组成的甲类LC并联谐振放大器电路。它负责将振荡器送来的信号进行电压放大，调整并联谐振电容C12、可以使并联选频网络准确的工作在载波频率点fo点上。
第三级由晶体管BG3和外围元件组成的集电极调幅电路。本级也是本次实验主要工作参数,测量的重点电路。它的集电极供电回路由EC2单独供电，以方便电压调整。在集电极电路中还串入了调制信号耦合变压器B2、及由高频变压器B1和电容C17组成的并联谐振回路。正常工作时高频并联谐振回路应准确的谐振在载波频率f0点上。
第四级是由检波二极管（2AP10）和RC元件组成的检波电路。其中电容C18负责滤除高频载波信号。时间常数电路由电容C19、R13、及电位器W2组，它利用时间常数电路中电容、电阻的充放电特性，将检波后的信号尽可能不失真的还原出原调制信号波形。 时间常数过大或者太小，都不利于信号的不失真还原调制信号,从而造成检波器输出信号发生惰性失真或称为“对角线失真”。为了保证使检波电路输出信号不产生失真，电路元件所选参数值必须满足以下公式：
1m
/222fCRL RLRL
仔细调整W2电位器，改变RC时间常数,可以使输出波形不会出现失真现象。
为了便于在观察调制波时,不会因检波器输出电阻的变化而影响观察波形。电路中加入了输出选择开关K1，改变K1,可以改变调制级的负载性质。
为了便于观察检波电路的输出信号因负载电阻过小而造成的输出波形严重失真、即“负峰切割失真”现象，电路中专门设计有切换开关K2，此开关仅在观察“负峰切割失真” 时才闭合。平时不用时、开关应处在开路状态。
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各测试、测量端口名称及内容：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- UL 振荡器波形检查端。 起振检测端口。 J2：--- Ubm 高频放大器输出端、 测量激励信号端口。 J3：--- Usm 己调波输出端、 Usm测量波形端口。 J4 --- UΩm 解调信号端检测、 UΩm波形测量端口
J5：--- UΩ 音频输入波形端、 测量波形、频率、端口。 EC1 ---VCC1 信号产生电路电源、 供电电源正极端口。 EC2 ---VCC2 调制管电源 供电电源正极端口。
3–4 实验内容及测量、调测方法：
实验准备工作：
将实验电原理图和实验板对照，找到对应元件相应的位置。 ① 检查直流稳压电源功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数字三用表测量） ② 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 ③ 检查直流电流表是否己接入实验板扦座。
④ 统调电路，调谐C12、C17使在J3用示波器观察到的波形最大、并且没有明显失真。 ⑤ 检查音频信号发生器,并将输出频率调整至1KHz。（用频率计、示波器检查）。
⑥ 调整电位器W1，使激励信号保持在合适电平、使调制管BG3电流Ic电流表读数控制在
6mA—15mA左右为宜。
实验项目： 1： 测量调幅级静态调制特性： “ uSm--- E”
C2★ 将稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC1、EC2供电。 ★ 将音频信号源输出电压调至0V
★ 将开关K1掷至三档和纯阻性负载相连（和R11相连）。
★ 调整C12、C17电容值，使用示波器在J3点观察到的幅度最大。 ★ 调整EC2电源电压，从2V---14V（每步2V），用示波器在J3点观察幅度变化。
用示波器在 J3 端口测量调制器的载波幅值Usm的变化，每次变动EC2电压后，将示波器测量载波幅值记录，并估算出调制器的最佳静态工作点，及调制管集电极的最佳供电电压值。为下面几项测试项目做静态设置参考。（静态设置应取曲线的中段为宜）。
并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。根据特性变化写出特性结论。
测试条件：EC1 = +12V、 EC2 = 2V—14V、 UΩ= 0V 名称 Usm Ic3 单位 V mA P-P2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 30
3 ： 调制信号UΩ幅度变化对调制系数m的影响关系： “ UΩ-- m”
★ 将音频信号发生器输出频率置于1KHz，输出信号电压置0V。 ★ 用示波器在J3端测量波形变化，音频信号每增0.5V读取一次波形的包络“A” 、“B” 幅值。
★ 将实测数据填入下面的数据表格内。并计算出调幅系数“m” 值，填入数据表格内。 ★ 根据实测数据绘制出动态调制特牲曲线图。并写特性结论。
★ 根据实测数据值，绘制出“ UΩ-- m”特性曲线图。根据特性变化写出特性结论。 测试条件：EC1 =12V、 EC2 = +8V —+10V UΩ=0V—5V 数据值 项 目 UΩ(V) 0.5V 1V 1.5V 2V 2.5V 3V 3.5V 4V 4.5V 5V （A） V（B） VP-PP-P （m） % 3： 调制频率fo对调制系数m的影响关系： f-- m
★ 将音频信号发生器频率置在1KHz、调整输出电压幅度，统调调制级电路参数，使调
制级的调制系数“m”近似等于“1” 。 保持其它参数不变。
★ 调整音频信号发生器频率，从2KHz-----18KHz变化、每步间隔2KHz，用示波器观察“m” 的变化情况。
★ 将实测数据填入表格内，根据实测数据绘制出动态调制特牲曲线图。根据特性变化写出特性结论。 测试条件：EC1 = 12V、EC2 =6V-10V、 Ic3=6mA—15mA , UΩf0 = 2KHz -18KHz
调制频率 fo（KHz） （A） V （B） V （m） % P-PP-P2 4 6 8 10 12 14 18
4： 检波器电压传输系数“Kd” 的测量：
★ 当调制信号UΩ的频率f=1KHz时，将调制级的调制度“m” 调整至最佳值（m约等于1） 。 ★ 将选择开关K1拨至1（和检波二极管接通）。
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★ 调整时间常数电位器W2值，用示波器在J4端测量检波器输出波形。 ★ 调整时间常数电位器W2值，使示波器在J4端观察到的正弦波幅度最大，而且不存在
明显的波形失真现象。 ★ 根据检波器电压传输系数公式、计算出Kd值 kdUm
mUSM
5. 观察并记录检波信号失真波形： ★ 调整W2，使示波器在J4端检测到的正弦波信号幅度为最大值，并且没有明显的失真， ★ 将波形的幅度及周期作以记录。 ★ 将负载开关K2掷至1（和C20相接），在J4端观察并记录“负峰切割失真” 波形。
将波形的幅度及周期作以记录。 ★ 将K2掷至3（断开负载），再调整W2值，直至观测到的波形出现明显的对角线失真
波形，将波形的幅度及周期作以记录。
3-5： 实验报告要求和思考题：
1: 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电原理框图 2: 将实验中实测数据制表、填入实测值。
3: 根据数据绘制特性变化曲线图。并写出特性变化结论 4: 计算出实测检波器电压传输系数Kd 5: 选作本实验思考题
思考题：
1: 高频电路在实验前，均要求先对电路进行统一调谐，为什么?
2: 在集电极调幅电路中，为什么要求电路必须工作在过压状态?
3: 二极管检波电路的电压传输系数“Kd” 值为什么总是小于“1”?
怎样提高检波电路“Kd”值?
4: 画出三类常见的晶体管调幅电路交流等效图。
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实验四 三极管混频器与集成混频电路
实验目的：
通过本实验，进一步了解三极管解混频电路, 集成混频电路的工作原理，熟悉混频电路的基本电路形式。
了解三极管直流偏置对混频器电路性能的影响关系。以及本振信号电压幅度对混频电路性能的影响关系。
通过本实验，使学生能够熟练掌握高频仪器的测量技巧、调试手段及方法。 通过本实验中的集成电路混频器测量，能够使学生了解到集成混频电路的检测方法。应用技巧，及各种指标参数。对学生今后的实际工程应用，具有一定的参考价值。
4-1 晶体管混频电路与集成混频电路工作原理：
1 三极管混频电路基本工作原理：
混频电路是一种频谱搬移电路,是指能将高频载波信号或己调波信号进行频率变换，将其变换为某一特定固定频率的信号。而变换后的信号，它的频谱内部结构和调制类型保持不变，改变的仅仅是信号的载波频率。
混频电路的类型较多，常用的有“模拟相乘混频器”、“二极管平衡混频器”、“环型混频器” 、“三极管混频器” 等。其中“三极管混频器”最为常用。
“混频电路”和“变频电路”均属于这种电路类型。变频电路和混频电路在电路功能上完全一样，都属于频谱搬移类电路。区别仅在于电路结构。
“混频电路” 配有独立的本振信号产生电路，混频管、本振管、各自独立工作。 而“变频电路” 多为“本振” “混频” 共用一级晶体管，具有电路简单、使用元件少的优点，但也存在混频增益低,稳定性差等缺点,它常用于对路指标要求不高的设备。如:大多数收音机都采用“变频” 电路。而混频电路由于工作稳定好、常用于电气指标要求较高的设备，例如电视机电路、无线电通信电路等方面。
图 4-1 是“混频电路” 的原理方框图：
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混频电路的主要技术指标：
1) 混频电压增益:
混频增益是指混频电路输出的中频信号电压振幅Ugm与混频电路输入信号Usm之比，称为混频增益。常用分贝数Db来表示。 2) 混频噪声与干扰:
混频电路在工作中，会产生很多新的组合频率成份，晶体管工作时也会产生噪声信号。还有电路外其它干扰因素，这些因素都会给混频器造成干扰。这称为混频干扰。 一个性能良好的混频电路应具备：混频增益高、混频失真度小、混频噪声系数小、等性能指标。
三极管混频电路的类型：
三极管混频电路根据“本振” 信号的注入点不同，而分为“基极注入” 和“射极注入” 两种电路形式。图 4-2 是两种混频电路的交流等效电路图
由于三极管混频器是利用晶体管的非线性特性实现变频的，所以晶体管的静态工作点高低,
以及注入本振电压振幅大小等因素,都会直接影响到混频电路的混频增益。
三极管混频电路在工作时，随着本振电压信号幅值VLm由小增大，这时，时变分量中的基波分量也同时增大，所以、混频管的混频跨导和混频增益也随着增大。
但是、当本振电压VLm增大到一定值后，对混频管会产生自给偏置效应。这时混频增益不仅不会随本振电压VLm增加而增大，反而会随本振电压VLm增加而降低。
因此，注入混频管的本振电压幅度VLm应有一个最佳值。根据三极管的型号不同，注入的本振电压要求也有所不同，一般应选择在200mV—400mVp-p之间。
混频管直流偏置电压是否合适，也是影响电路混频增益的重要条件。混频管应有一个最佳静态直流工作点。集电极电流“Ic” 过大或者过小，都会使混频器的混频增益降低。一般情况下，混频管的静态工作电流“Ic” 应控制在0.2mA---1mA之间，比较合适。
2 集成混频电路工作原理：
目前在集成混频电路中，大部分是采用模拟乘法器混频电路。
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设模似乘法器的一路输入信号Us为己调制信号（调频或调幅）。
Us = UsmCOS2πFst 另一路输入信号为本地振荡信号uL 、 uL = uLmCOS2πFLt 两路输入信号通过模拟乘法器的相乘作用，产生新的输出信号
u1, 如果设模拟乘法器的电
压增益为K 则： U1 = KUsUL = KusmULm[COS2π(fs-fL)t + COS2π(fs+Fl)t]/2
如果将乘法器输出信号U1经过滤波网络、滤除(fs-fL)或者(fs+Fl)分量，即可得到混频后的中频信号U2，滤波器可以选出输入信号fs和本振信号fL的差频(fs-fL)。也可以选出是输入信号fs和本振信号fL的和频(fs+fL)。
图 4-4 是模拟乘法器混频电路的原理方框图。 从图中可以看出，只需将本振信号UL和输入信号Us两路分别输入至模拟乘法器的输入端口x、y。
即可在乘法器的输出端得到输出信号U1,该信号含有多种频率成份，所以必须经过带通滤波器滤波，选出所需要的频率。从而完成混频过程。
4-2 混频器实验电路的组成：
图 4-5 是三极管混频器电路原理图：
混频实验可分为两大部分，即三极管混频器实验电路和集成电路混频实验电路。
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供电端口也分为两个，EC1端口为三极管混频电路的供电端。EC2为集成混频电路的供电端口。
FO端口为载波信号输入端，信号经电容C10、C14、分别耦合到三极管混频器和集成混频器。
在三极管混频电路中，混频管由BG3承担。本振级由振荡管BG1和晶体XJ1及外围元件组成。为了方便调整注入到混频级的本振电压幅度，电路中专门设计了一级射极跟随器，通过调整电位器W1、可以很方便的控制本振信号注入到混频管的电压幅度。
带通滤波器由高频中周变压器组成，该中周内部己包含有中频谐振电容器C0，它和中周电感L共同并联谐振于455KHz频率点上，选出的中频频率信号经由中频变压器（中周）次级线圈耦合输出。
选择开关K1，是为改变本振注入点而设置的。通过切换K1，可以选择基极注入本振或
者射极注入本振信号方式。
图 4-6 是本次集成混频实验电路的电原理图：实验用集成电路混频器，是采用摩托罗拉公司生产的专用调频接收电路“MC3362”。该电路功能较多，本实验仅对电路中的混频电路部分进行测量。
“MC3362” 电路的本振电路由第21、22脚的外接电容C16、电感L2、和电路内部振荡管组成。本振频率fo由LC的值决定。也可由振荡公式算出：ƒo ≈ 12LC己调载波信号由（F0）输入，经过电容耦合至MC3362第1脚，进入内部乘法器进行混频。混频后的信号U2由MC3362第19脚输出，经过中频滤波器XJ2滤波处理后，送至缓冲放大器输出。中频滤波器采用压电陶瓷滤波器，该滤波器具有频率特性好、体积小和免调整等优点，目前已广泛被各种高频电路设备采用。
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4-3 实验电路中主要元件的作用及电气参数
混频实验电路主要由二大部分组成。即:三极管混频电路和集成混频电路 三极管混频管BG3承担混频管、它和外围元件中周滤波器B2共同组成混频和选频电路。 为混频级提供载波信号的本地振荡器电路由BG1、晶体及外围元件组成。本振频率由晶体固有振荡频率决定。其频率值一般直接印制在晶体元件上。
BG2为一级射随器电路，是为了方便调整本振输出电压幅度而设置的电路。调整BG2射极电位器W1中心点的位置，可以很方便的控制注入到混频级的本振信号强度。
开关K1是注入方式切换开关。通过它可以选择本振信是从基极注入或是射极注入两种本振入工作方式。
各端口的名称及主要作用：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- UL 本振波形检查端。 起振检测端口。 J2：--- Uf 射随器输出端、 测量本振频率端口。 J3：--- UL1 注入本振幅值 注入波形、幅度检测口。 J4：--- U2 中频信号输出端、 混频波形频率测量端口 J5：--- UL 本振波形（集成混频器）、 测量波形端口。 J6：--- U2 中频信号输出端（集成混频器） 混频波形测量端口 J7：--- Uf 缓冲放大中频输出端、 测量本振频率端口。 fO：--- Us 载波信号输入端、 接高频信号发生器端口 EC1 ---VCC1 三极管混频电路电源、 供电电源正极端口。 EC2 ---VCC2 集成混频器电路电源 供电电源正极端口。
4–4 实验内容及测量调测方法：
实验准备工作：
将实验电原理图和实验板对照，找到对应元件相应的位置。 1) 检查直流稳压电源各功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数三用表测量） 2) 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 3) 检查直流电流表是否己接入实验板扦座。
4) 调谐C3、使在J1用示波器观察到的波形最大、并且没有明显失真。
5) 调整电位器W1，使激励信号保持在合适电平、使混频管BG3电流Ic电流表读数控制在
0.5mA—1mA左右为宜。
6) 调整电位器W1中心点位置，用示波器在J2测到的波形幅值为最小值。
实验项目：
1： 调谐混频器、滤波器中心频率：
★ 将稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC1、EC2供电。 ★ 调整电位器W2，使电流表读数保持在1mA左右 ★ 将开关K1掷至1档，选择射极本振注入工作方式
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★ 调整W1，使示波器在J3观察到的波形幅值约为200mV左右。
★ 将高频信号源频率调整至输入要求的频率点,输出电压调至5mV左右。 ★ 徵调高频信号源频率，使用示波器在J4点观察到的中频波形幅度最大。 ★ 徵调高频信号源频率，用数字频率计在J4端检测，应为465KHz
2： 本振信号“UL”幅度变化对混频器中频输出信号“U2”的影响关系：
★调整W1，用示波器探头1在 J3 端口测量本振信号的载波幅值UL的变化。用示波器探头2在 J4 端口测量中频信号U2的载波幅值变化。调整W2，监视电流表的变化。 ★将示波器测量载波幅值记录，并估算出混频器的最佳本振电压值。调整时应注意、本振电压的注入强度，会直接影响到混频管的静态工作电流Ic值。
★将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态混频特牲曲线图。并写特性结论。
测试条件：EC1 = +12V、 载波信号Us = 5mv Ic = 0.5mA 本振UL （mV）P-P 中频U2 （mV）p-p
3： 混频管静态电流“Ic”变化对混频器中频输出信号“U2”的影响关系
★ 调整W1，用示波器探头1在 J3 端口测量本振信号的载波幅值UL=150mvP-P。用示波
器探头2在 J4 端口测量中频信号U2的载波幅值变化。调整W2，监视电流表的变化。 ★ 将示波器测量载波幅值记录，并估算出混频器的最佳工作电流值。调整时应注意、本
振电压的注入强度，会直接影响到混频管的静态工作电流Ic值。
★ 并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态混频特牲曲线图。并
写出特性结论。
测试条件：EC1 = +12V、 载波信号Us = 5mv UL=150(mv)
电流 Ic P-P
（mA） 中频U2 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 mV 4： 三极管混频器电路性能指标检测：
★ 将扫频仪信号输出电缆与Y轴输入检波探头连接。将Y轴位置旋扭置X1档。 ★ 将频标发生器输出置1MHz、扫频显示范围置于15MHz--20MHz左右。 ★ 将输出衰减旋扭调整至衰减=0
p-p 38
★ 调整Y轴增益，使扫描基准线保持在5格
将扫频仪输出电缆接入实验板上的F0插座内。用扫频仪的检波探头在J4端测量中频信号幅值。
调整扫频仪输出衰减旋扭，使扫频仪显示的幅频特性幅值高度，处在原来的5格高度位置，此时仪器的电压衰减值即为混频电路的混频增益值。计量单位=（dB）。
调整混频电路实验板中的W1，改变本振信号电压注入强度。观查扫频仪幅值变化。 调整混频电路实验板中的W2，改变混频管GB3的Ic电流，观查扫频仪幅值变化。 找出混频电路的最佳本振信号幅值和混频管的最佳Ic电流值 根据实测数据值，绘制出幅频特性图。并写出特性结论。
5： 集成混频器电路性能指标检测：
★ 给集混频电路供电端EC2供电（+12V）。
★ 用示波器观察J5端点本振UL信号是否正常。 ★ 调整校准扫频仪基准初始状态，（校准方法同三极管混频指标测试相同）。 ★ 将扫频仪输出信号接入fo端口，扫频仪Y轴检波探头接中频缓冲输出端J7。 ★ 调整本振谐振电容C16改变本振频率。使扫频仪在25MHz—30MHz之间能检测到
中频信号的幅频特性信号。
★ 根据实测数据绘制出集成混频器幅频特牲图。并出写特性结论。
39
4-5： 实验报告要求和思考题：
1 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电原理框图 2 将实验中实测数据制表、填入实测值。
3 根据数据绘制特性变化曲线图。并写出特性变化结论 4 选作本实验思考题
思考题：
1 为什么晶体管混频电路的混频增益与本振UL、电流Ic有关?
怎样合理选择本振UL和电流Ic值?
2 晶体管变频电路和晶体管混频电路在电路结构上有什么不同?
3 信号经混频后，信号的频谱结构是否也被改变? 为什么?
4 除了本书介绍的混频器，你还能列举出那几种混频电路? 并画出交流等效图。
5 为了提高混频电路的镜象抑制此，在混频器信号输入端前应加入什么功能的电路?
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实验五 晶体振荡器与变容二极管调频电路
实验目的：
通过实验，进一步加深对晶体调频原理的理解，熟悉晶体振荡电路基本电路形式。 掌握晶体振荡器电路的调整测试方法。 了解变容二极管的V-C特性及应用方法。熟悉晶体调频电路和变容二极管LC调频电路的基本电路形式，掌握电路基本调整技术及测量方法。 通过实验，使学生能够熟练掌握高频仪器的测量技巧，了解高频电路调试手段及方法。 本实验中的集成电路调频器的测量，使学生能够了解到集成调频电路的检测方法。应用技巧，了解各种指标参数。对学生今后的实际工程应用，具有一定的实用价值。
5-1 晶体振荡电路与变容管调频电路工作原理：
1 晶体稳频振荡电路工作原理：
晶体稳频振荡器，是一种以石英晶体为谐振器件，利用石英晶体的压电效应来产生振荡信号的电路。
振荡器利用石英晶体的固有谐振频率度高这一特性来控制振荡器频率。从而达到使振荡器频率高度稳定的目的。
在LC振荡电路中，要想提高振荡器的频率稳定度，关键是提高LC谐振回路的品质因数，(有载“Q”值)。但由于材料及生产工艺水平等因素的限制，目前LC谐振回路的空载“Q” 值仅能做到100-250左右。因此，采用电感为谐振元件设计的，LC振荡电路频率稳定性一般不会优于10。只能用于对振荡频率稳定性要求不高的设备和电路中。 要想进一步提高振荡器的频率稳定度，就必需要采用晶体稳频振荡电路。
图 5-1 是石英晶体的电抗特性和交流等效电路图：
从图 5-1 b的交流等效图中，可从看出晶体谐振器有两个谐振频率，即串联谐振频率fs和并联谐振频率fp。
当晶体谐振器中的Lq、Cq、Rq支路谐振时，谐振器呈现串联谐振，晶体的交流等效电阻为最小值，这时晶体谐振频率约为：
fs12LqCq-4
当晶体谐振器的Co、Lq、Cq、rq并联谐振时，晶体呈现的等效电感Lq非常大，而等效电
41
容Cq和等效电阻Rq都变的非常小。等效Q值达到10以上。
这时晶体的谐振频率约为：
1fp
2LqCoCq/(CoCq)
从图5-1(c)图中可以看出晶体仅在fs—fp之间很窄的范围内晶体才等效为感性电抗，为了尽量保持晶体的稳频作用，对晶体振荡器进行频率调制时，要尽可能使晶体工作在感性区范围内，才能保证振荡器处于调频工作时的中心频率稳定度。而由于串联频率fs和并联频率fp非常靠近，所以用晶体组成的调频振荡电路，一般频偏都较小。为了加大频偏量，往往需要采用倍频方式。
谐振回路的Q值决定了谐振回路的频率稳定度。Q值越高、频率稳定度就越高。由于石英晶体在谐振时等效电感量很大，并具有很高的Q值，所以，以石英晶体为谐振器件的振荡电路，具有较高的频率稳定度。
L根据Q值公式： QR
一般的晶体振荡器，频率稳定度很容易就可以达到10数量级以上。
晶体振荡器的电路形式：
晶体振荡器在电路设计时，根据晶体在电路中的不同位置和不同作用，它可等效为感性元件，也可等效为容性元件。从型式上可分为串联型和并联型两种电路形式。并联型是将晶体等效为一个高Q值电感接入谐振回路。而串联型是将晶体等效为高Q值的一个串联谐振回路，在fp时内阻非常小，而接入谐振电路的。
-6
5
图 5-2 是晶体振器的三种电路形式等效图
这三种晶体振荡电路，其中5-2(a)的皮尔斯电路由于频率稳定度高，而且不需要外接电感线圈，所以这种电路多应用于需要固定频率的点频振荡电路中。
5-2(b)的密勒振荡器，由于三极管的输入电阻和晶体并联，晶体的Q值将受到一定范围影响，从而直接影响到晶体的频率稳定度。所以密勒振荡器多应用于晶体调频振荡器电路，如:通信机中的主振级等小频偏晶体调频振荡电路。
5-2(c)的晶体振荡器是将晶体等效为电感元件接入电路，它的频率稳定性界于前两种
42
振荡电路之间。
本次实验板的晶体调频电路，就是采用5-2(b)的密勒振荡器原理而设计的。
2： 变容二极管调频电路工作原理：
调频电路是指:能够使高频载波信号的中心频率fo随调制信号而变化的电路，通称为调频电路。经过调频处理后的高频信号，它的幅度不变，而高频信号的中心频率则随调制信号的变化而产生频率偏移。图 5-3 就是调频信号的波形图：
调频电路的电路类型较多。目前最常用的调频电路是变容二极管调频电路。
本次调频实验电路就是采用此种调频方式设计的。
变容管调频电路具有电路简单、调制灵敏度高、调制频偏大等优点。所以应用较为普遍。调频电路的振荡方式较多，变容管调频比较适合用于电容三点式振荡器或基音晶体振荡器调频。
调频电路的几项主要特性：
调频电路的静态调制特性：
静态调制特性是指，调制信号信压等于0的情况下，输出频率f随变容管控制电压VD变化的特性曲线。
调频电路的动态调制特性：
动态调制特性是指调频电路在变容管控制电压VD一定的情况下，输出频率f随调制信号变化的特性。
调频电路还有其它一些指标如：调制灵敏度、调制最大频偏量、调制失真度等。
图5-4 就是动态调制特性图：
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本次实验中所采用的晶体振荡器，是一个兼有三倍频功能的“调频、倍频晶体振荡电路”，在设计时，由于考虑到晶体振荡器调制频偏较小的特点，为扩大调频振荡器的频偏量，特别在晶体回路中串入了由L2、R5、的加感电路，这样可以有效的增加了晶体振荡器的调制频偏范围。但是也由于晶体谐振回路加入了电感，在增加频偏的同时，也使晶体振荡器频率稳定度有一定程度的降低。
图 5-5 是本次实验用晶体调频与LC调频振荡电路的原理图：
从图 5-5 中可以明显的看出，晶体调频振荡器和LC调频振荡器这两个电路是共用一个BG1振荡管。决定振荡器在那种工作状态，主要由状态控制开关K1来决定。
为了增加晶体调频振荡器调频时的频偏量，在晶体回路中加入了由电感L2、电阻R5、组成的加感电路、实践证明在晶体回路中采用加感电路，可以有效的加大晶体调频振荡器调频的频偏量。
在振荡管BG1的集电极回路，串入了一个由LC并联谐振回路组成的三次谐波选频电路。徵调谐振电容C14、将LC电路的固有谐振频率fo调整到略低于fo的三倍频点，使LC并联谐振回路对于振荡器呈现容性。以保证振荡器的相位平衡条件。
调频振荡器的三次倍频信号，通过高 频变压器B1的耦合并经过高频变压器B1 的次级线圈，将信号输出到下一级缓冲放 大器。
振荡器的中心频率fo由变容二极管 静态控制电压Vd决定，分压电位器的分压 比决定Vd电压的高低。徵调电位器W1，可 以使振荡器的谐振频率fo准确的谐振在晶 体的标称频率点上。
图 5-6 是某变容
二极管的特性曲线图，从特性图中可以明显 的看出，V—C 特性为非线性。仅在曲线的
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中间一小段呈现为近似线性关系。
为了减少调频时出现非线性失真，静态调制电压工作点应尽可能的选择在特性曲线的线性段。而音频调制信号的最大电压摆幅，也应尽可能的限制在线性段范围内。以免造成调制失真。
音频调制信号经由实验板的AV1端口输入，经过隔直流电容C3、高频阻流圈L1后，将音频号电压耦合至变容二极管D4，实现频率调制。
5-2 晶体振荡器与变容管调频实验电路的组成：
实验电路板的电路，共分为两大部分。
第一部分实验电路部分：
图: 5-9(A)(B) 是本次实验的原理方框图: 它包括：“晶体窄带调频振荡电路”、“变容管调频LC振荡电路”，两个独立的单元。 由于LC和晶体调频振荡器单元电路外围所需元件除了谐振槽路不同外，其它元件配置完全一样。所以设计时采用一个三极管BG1来作为振荡管。采用控制开关选择工作模式。
状态控制开关K1负责选择工作模式：1：晶体调频、 2:空 、 3：LC调频振荡。 变容二极管D4是供两种模式调频振荡器共用的。控制变容二极管的静态电压VD可以改变变容二极管PN结的等效电容量。
静态控制电压VD，通过调整电位器W1中心位置,来控制电压高低变化。
为了减少电路测量时仪器对调频振荡器的影响，在振荡器输出端增加了一级由BG2三极管组成的缓冲谐振放大电路。信号经BG2谐振放大后，对信号波形中的包络寄生调幅分量有较好的抑制作用。
实验电路的第二部分：
第二部分为集成调频振荡器。实验电路中主要选用的是摩托罗拉公司生产的“窄带晶体调频发射”电路“MC2833B”。目前该电路多用于小功率FM发射机中。例如：家用无绳电话等电路设备。
“MC2833”集成电路中包括了小功率调频发射机所需的单元电路，只需外接少量元件，即可组成一部标准的FM小功率发射机。
集成电路内部含有一级电压增益为30db的放大器，用于音频电压放大。该运算放大器的输入端，能和普通驻极体话筒良好的匹配。
电路内部还包含有两级高频放大三极管。两个管子的高频截止频率Ft均大于300MHz。 集成调频振荡器的中心谐振频率fo由晶体的标称频率所决定。 徵调分压电位器W2，可以微调集成电路调频振荡器的中心频率fo、
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由于电路采用晶体振荡器，所以频偏较小。该电路仅适用于一般窄带话音调频发射前级电路中。
尽管在晶体回路中采用了加感方式来扩展频偏，但最大频偏仍然仅能达到±1-2KHz
左右。为了进一步加大频偏量，在电路的第二级缓冲放大器的LC并联谐振回路中，采用了三倍频谐振方法，使晶体调频振荡器的谐振频率fo输出变为三倍频信号fn，同时也将原来1KHz左右的频偏量，增加了三倍，达到约5KHz左右的频偏量，基本上满足了窄带调频话音传输性能的指标要求。
图 5-7: 是本次实验的电路原理图
需要特别指出的是：石英晶体在加工制造过程中，由于切割方法不同，所以加工出来的晶体可分为两种类型，即：基音型晶体和泛音型晶体。
基音型晶体工作时，谐振在基准频率fo下。而泛音型晶体则往往工作在基准频率fo的N次谐波下。
就目前的工艺水平，晶体超过30MHz时，加工就比较困难，成品率很低。所以市场上出售的晶体，一般标称频率大于40MHz以上的，大部分属于泛音型晶体。泛音型晶体，由于它的工作频带太窄，不适合用于调频电路。
基音型晶体，由于其工作在基准频率fo，并具有一定的频带宽度，所以比较适用于调频电路中。
5 - 3 实验电路中主要元件的作用及电气参数
晶体振荡与变容管调频实验电路，主要由两大部分电路组成。 其中，三极管BG1承担振荡管,它和外围元件中周谐振回路共同组成振荡兼三倍频电路。
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振荡信号经高频变压器B1耦合至下一级。
调频电路由变容二极管D4、和馈电电路组成。分压电位器W1负责控制调频振荡电路的直流静态电压Vd,同时也决定振荡器的中心谐振频率fo。
缓冲放大级由放大管BG2及外围LC并联谐振回路组成。它的工作频率选择在振荡器的三倍频点，本级对振荡器信号具有20db左右的电压增益。
直流电压供电经由EC1端口接入，供电电压为直流+12V。
集成晶体调频振荡器的供电由EC2端口接入，供电电压为直流+12V。 由于“MC2833”最高应用电压上限为+8V、所以在实验电路中加入了一级由IC1（LM7805）组成的直流稳压电路。
集成调频电路主要由“MC2833”和外围元件组成。它的主振中心频率由晶体决定。本调频电路采用的是三次倍频输出电路。
由于集成电路“MC2833”内部采用的是电抗管调频方式，只要改变分压比即可控制振荡器的中心频率fo，调整分压电位器W2，就可以在一定范围内改变振荡器的中心频率fo。
图 5-8是“MC2833”集成电路内部功能框图：
实验板中各测量端口的名称及主要作用：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- VD 调制电压测量端（音频检测） 静态VD、动态音频检测端口。 J2：--- fo 波形测量端、 测量振荡频率波形端口。 J3：--- fn 调频波输出端 波形、幅度检测口。 J4：--- U1 缓冲放大器输出端、 调频信号频率测量端口 J5：--- Uo 频率检测端 （集成调频器） 频率测量端口。
J6：--- fo 缓冲检测端（集成调频器） 调频信号波形测量端口 AV1：-- UΩ1 调制信号输入端、 接音频信号发生器端口 AV2 -- UΩ2 调制信号输入端（集成调频器） 接音频信号发生器端口 EC1 ---EC1 晶振调频电路电源、 供电电源正极端口。 EC2 ---EC2 集成调频器电路电源 供电电源正极端口。
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5–4 实验内容及测量、调测方法：
实验准备工作：
1将实验电原理图和实验板相对照，找到对应元件相应的位置。 1 检查直流稳压电源各功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数三用表测量） 2 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 3 检查模式选择开关K1位置是否正确。
4 调谐C14、C17、使在J4用示波器观察到的波形最大、并且没有明显失真。
5 调整电位器W1，使用数字频率计在J4端检测到的频率数值正好等于晶振的三倍频。
实验项目：
1： 调整晶体振荡器的中心频率、测量晶振静态调制特性：
★ 将稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC1供电。
★ 调整电位器W1，用示波器直流测量档，在J1端测量电压可调范围。 ★ 将开关K1掷至1档，选择晶振工作模式。
★ 调整C14、C17，使示波器在J4观察到的波形幅值为最大。 ★ 将数字频率计接至J4，调整W1，使频率计显示的频率值等于晶体标称频率的三
倍频。
调整电位器W1，使J1端的直流电压从0V—8V，每改变1V，记录一次J4的频率变化数据。并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。根据数据变化写出特性结论。
测试条件： EC1 = 12V VD = 0—8V UΩ1 = 0V 调制电压 （V） 0 (J1) 振幅UL 1 2 3 4 5 6 7 8 （V ） (J2) 频率fo P-P （MHz） (J3)
2： 测量LC调频振荡器的静态调制特性：
★ 调整电位器W1，用示波器直流测量档测J1，使直流电压值=4V ★ 将开关K1掷至2档，选择LC调频振荡工作模式。
★ 调整C14、C17，使示波器在J4观察到的波形幅值为最大。
调整电位器W1，使J1端的直流电压从0V—8V，每改变1V，记录一次J4的频率变
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化数据。并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。根据数据变化写出特性结论。
测试条件： EC1 = 12V VD = 0—8V UΩ1 = 0V
调制电压 （V） 0 (J1) 振幅UL 1 2 3 4 5 6 7 8 （V） (J2) 频率Uo P-P （MHz） (J3)
3 调整集成调频电路中心频率、测量静态调制特性：
★ 将稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC2供电。
★ 调整电位器W2，用示波器直流测量档，在J1端测量电压可调范围。 ★ 调整C26、C28，使示波器在J7观察到的波形幅值为最大。 ★ 将数字频率计接至J7，调整W2，使频率计显示的频率值等于晶体标称频率的三
倍频。
调整电位器W1，使J5端的直流电压从0V—NV，每改变0.5V，记录一次J7的频率变化数据。并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。根据数据变化写出特性结论。
测试条件： EC1 = 12V VD = 0—8V UΩ1 = 0V
调制电压 （V） 振幅UL2 P-P0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 （V） (J5) 频率fo2 （MHz） (J6)
4： 测量LC变容管调频电路的动态调制特性：
当变容管的控制电压VD一定时，振荡频率f随调制信号UΩ变化而发生的频偏关系称为动态调制特性。
★ 调整W1，使在J1检测到的直流控制电压VD约=4V，
★ 将音频信号发生器的输出频率调整至1KHz、输出电压幅度控制在1V-4V。 ★ 当UΩ=0V时、调频电路谐振在中心频率fo上。
★ 当有UΩ信号输入时，中心频率fo会产生频率正负偏移，其频率的偏移量可由
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仪器“频偏测量仪”读出。
★ 测量后根据实测数据绘制出动态调制特性曲线图。根据数据变化写出特性结论。
测试条件：EC1 = +12V、 VD = 4V Uf =1KHz UΩ （V） (AV1) 频率U2 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 （MHz） (J4)
5-5： 实验报告要求和思考题：
1 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电原理框图 2 将实验中实测数据制表、填入实测值。
3 根据数据绘制特性变化曲线图。并写出特性变化结论 4 选作本实验思考题
思考题：
1
为什么晶体振荡器的频率稳定度要高于LC振荡器 ? 如果要进一步提高晶体振 荡器的频率稳定度，还应该采取那些措施 ?
2 除了本实验中的调频电路，你还能举出其它几种调频形式? 并画出交流等效图。 3 为什么调频电路一般都在低功率、小电平下进行调制? 而调幅电路大多在高功率大
电平下进行调制 ?
4 图10 是一个变容管调频电路，试画出它的交流等效电路图，并说明各元件的作用。
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实验六 比例鉴频与集成鉴频电路
实验目的：
通过本实验，进一步加深对频率解调电路原理的理解，熟悉比例鉴频电路的基本电路形式。掌握集成鉴频电路的调整及测试方法。
了解鉴频器鉴频“S”特性曲线的检测方法。熟悉陶瓷滤波器和集成鉴频电路的基本电路应用形式，掌握电路调整技巧及测量方法。
通过实验，使学生能够熟练掌握高频仪器的测量技巧、调试手段及方法。
本实验中的集成电路调频器测量，使学生能够了解到集成调频电路的检测方法。应用技巧，了解各项指标参数。对学生今后的实际工程应用，具有一定的实用价值。
6-1 比例鉴频电路与集成鉴频电路工作原理：
1 比例鉴频电路工作原理：
将调频信号进行频率解调，并还原出原来的调制信号的电路，统称为鉴频电路。 鉴频的方法有很多种，它的基本原理都是将输入的调频信号进行特定的信号变换处理。使变换后后的波形中包含并反映瞬时频率变化的平均分量。再通过特定的滤波器滤除其它分量，保留其中的原调制信号成分，从而完成频率解调功能。
鉴频电路的类型较多，较为常用的电路有“斜率鉴频器”、“相位鉴频器”、“比例鉴频器”等几种电路。
其中“斜率鉴频器”由于其电路简单,使用元器件较少等优点，被广泛应用于对电气性能参数要求不高的电路设备中。
而“相位鉴频器”常常被在音响集成电路中采用。由于其中的鉴相器由模似乘法器或异或门构成，故又被称为“乘积型相位鉴频器”、目前各集成电路厂家生产的收音机集成电路中的鉴频部分，大多采用这种电路形式。
“比例鉴频器”则属于“电感耦合型检波鉴相器”电路的改进型，它不但保留了检波鉴相器电路输出信号失真小、鉴频输出幅度大等优点，而且具有独特的输出信号自动限幅功能。所以应用比较广泛。目前多被应用在电视接收机、调频接收机电路中。
图 6-1 是比例鉴频器的基本电路形式及等效电路和鉴频特性图 从图6-1的图中可以明显的看出：
它的电路结构和检波型相位鉴频器电路很相似，但不同之处是：鉴频器的信号输出端选择在C1、C2之间的0点，和R1、R2之间的D点，鉴频输出电压Uo从这两点之间取出，从形式上来看，这属于虚地输出电路接法。另外，在R1、R2两端并接有限幅电容E0，该电容取值较大，以保证由R1、R2、E0组成的“RC”时间常数的电路周期远大于调制信号周期。所以鉴频器的输出信号的电压只和输入调频信号的频偏量有关，而与输入信号的幅度变化并无直接关系。保证了比例鉴频器的输出信号U0电压基本保持不变，从而达到自动限幅作用。
由于“S”鉴频特性是由检波二极管D1、D2完成的。在电路连接上，两个二极管的极性方向必须相反连接。选择检波二极管时，要求D1、D2的参数要有较好的一致性，否则将会产生鉴频器的“S”鉴频特性幅度不同,从而出现上下幅频特性不对称的情况。
为了保证比例鉴频器具有良好的限幅作用，LC谐振回路必需具有较高的有载“Q”值。并且具有一定的通频带宽,以保证鉴频电路的解调宽度要求,
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虽然“比例鉴频器” 与“相位鉴频器” 两者的鉴频特性曲线形式是一样的，但是在电路参数相同的条件下，“比例鉴频器” 的灵敏度要相对低一些，鉴频灵敏度约为“相位鉴频器” 的1/2，但是，如果考虑到“比例鉴频器” 具有自动限幅作用,对前级输入的电压要求不高, “比例鉴频器”输入电压大约需要0.5V左右就可以正常工作等因素（相位鉴频器往往输入电压需要大于2V左右）。这从接收机的总体放大级数来衡量，在保证信号质量的前题下，还是采用“比例鉴频器” 可以有效的减少级数。 从图 6-1 C的鉴频器的鉴频特性曲线中可以看出：
鉴频器的鉴频特性曲线呈“S” 状，所以常把鉴频特性曲线称为“S” 曲线， “B”为鉴频器的鉴频有效带宽。F1、f2、是“S” 曲线的上下峰频率点。
鉴频器带宽 B = f2 - f1
调整鉴频器“S” 曲线时，应保证“S” 曲线上下峰的对称性，在通频带B内线性良好，无明显线性失真现象。
“S” 曲线中心频率点fo，是鉴频器调整中的一个重要环节，如果鉴频器的中心频率 fo偏移中心点，就说明鉴频器对应于中心频率的谐振线圈初，次级回路电压不正交。也就是说，初、次级回路调谐点不正确。这时候，应该认真调谐初、次级谐振点，使其谐振在中心频率点fo上。本次实验中的“比例鉴频器” ，中心频率 fo = 6.5MHz。
“S”曲线的对称性调整，也是鉴频器调整中的一个重要环节。如果鉴频特性“S”曲线中的上下两峰出现不对称现象，则说明谐振线圈初、次级回路谐振点不正确，初级回路电压在中心频率fo左、右出现失谐时，由于振幅不相等，而引起上下峰出现不对称现象。 在这种情况下，可以通过调谐初级谐振回路来校准。
应该指出，检波二极管D1、D2、正反向内阻的差异也会引起上下峰不对称的现象。选用性能参数良好一致的检波二极管，可以对鉴频曲线的对称性起到有效的改善作用。
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2. 集成鉴频电路：
目前在鉴频电路的实际应用中，以分立元件组成的各种类型的鉴频电路，由于其体积大、调整工作量大，成本高等缺点己较少被选用。而集成鉴频电路，由于它具有体积小、无需调整、标准一致性好、成本低等优点，目前己被广泛应于各种电路设备。
集成鉴频电路内部，大部分都采用正交鉴频器或者称比相鉴频器。 图 6-2 是正交鉴频器的原理方框图：
从图中可以看出它主要由移相网络、相乘器和低通滤波器三部分组成。它和积分型鉴相器的电路比较相似。由于输入到相乘器的调频信号和由此产生的移相信号，两者必需是同频正交的，因此被称为正交鉴频器。
正交鉴频器的关键部分是相乘器电路，为了便于集成化，它一般是采用差分对管相乘器组成。
由于集成电路无法集成选频网络器件。为了减少集成化的困难，一般鉴频集成电路的移相网络和低通滤波器元件均需要在集成电路以外另接元件来实现其功能。
本次实验中选用的集成鉴频
器是电视伴音专用电路“μpc1353”,它是专为电视接收机的伴音而设计的专用电路。电路中色括了伴音中频放大器、鉴频电路、电子音量控制电路、2W音频功率放大器电路、直流稳压等电路。外接元件很少,应用十分方便。
电路特点：
1 全部伴音中放、鉴频、音频功放均由一片电路完成。减少了外接元件。
2 音量由电子衰减器电路控制，最大衰减量为80db，可不用外接屏敝线安装。 3 伴音中放、鉴频电路的选频网络，既可采用LC型、也可采用陶瓷滤波器件。 4 伴音中放工作频带宽，伴音中频fo可以在4.5MHz---6.5MHz范围内良好工作。 5 宽范围供电电压，电路直流供电电压在10—18V范围内，均可正常工作。
本次集成鉴频器“μpc1353” 的输入谐振选频网络、鉴频移相网络、均采用了专用陶瓷滤波器件。这种滤波器件具有体积小、稳定性高、选择性好、无需调整等优点，所以目前生产的电视机、收音机、大多数都采用陶瓷滤波器作为滤波网络的主要元件。
电视伴音常用陶瓷滤波器件的主要技术参数如下表所示：
三端陶瓷滤波器的主要技术参数:
标称频率 （MHz） 插入损耗 （dB） 3db带宽 （KHz） 20db带宽 （KHz） 带内波动 （dB） 带阻衰减 （dB） 测试电阻 （Ω） 5.5 6.5
≤ 6 ≤ 6 ≥80 ≥100 ≤630 ≤650 ≤1 ≤1 ≥25 ≥25 470 470 54
图 6-3 是二端,三端陶瓷滤波器的交流等效电路及外型图：
从图 6-3(e)中可以看出，陶瓷滤波器的交流等效电路和石英晶体的基本一样。所以陶瓷波波器的特性也应该和石英晶体相同，主要区别仅仅是内部等效电阻RO,在陶瓷滤波器中的R0等效电阻要比晶体大一些。
由于陶瓷波波器R0等效电阻较大,所以从性能上来比较，陶瓷滤波器的通频带比晶体滤波器要宽一些,频率稳定性也要比晶体滤波器略差一些。
由于以上因素,所以陶瓷滤波器比较适合用作滤波电路，也可用于对频率稳定性要求不太高的振荡电路，同样也可用于一般电路中的选频网络器件。
目前，电视机的红外遥控发射器中的振荡电路，对频率稳定性要求不太高，所以一般场采用455KHz的二端陶瓷滤波器作为谐振选频器件。
图 6-4 是本次实验用集成鉴频器内部功能电路图：
从图中，可以看出集成鉴频器，所需外接的元件极少，而且无需调整，只需将己调频信号FM送入陶瓷滤波器进行滤波后直接进入集电路进行处理，最后输出音频功率信号推动扬声器发声。
需要指出的是，本次使用的陶瓷滤波器分两种型号。由于其谐振点fo不同，所以不同型号的陶瓷滤波器在使用中是不能互换的。如:其中“L6.5M”是伴音带通滤波器,只能用于6.5MHz信号滤波回路。而“J6.5M”属于鉴频滤波器,只能用于鉴频滤波网络。
如果两个滤波器用错，会造成信号输出严重失真或无信号输出等故障现象。
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6-2 比例鉴频器与集成鉴频器实验电路的组成：
图 6-5 是本次鉴频器实验板的原理图：
从图中可以看出，比例鉴频器电路和集成鉴频电路，是两各自独立的电路。 直流供电电源和鉴频信号输出均为各自独立。实验时应分别进行测量。
实验电路的第一部分，是由分立元件组成的限幅中频放大器和比例鉴频器电路： 限幅放大器由三极管BG1、BG2和C3及中周初级线圈组成。 LC选频网络的中心频率工作在鉴频特性中心点6.5MHz。
6- 3 实验电路中主要元件的作用及电气参数
实验电路板的电路，共分为两大部分： 第一部分是“比例鉴频器电路1”，电路全部由分立元件组成。 它包括：“比例鉴频电路”、“限幅中放电路”，两个单元。
“比例鉴频器”主要由二个高频中周变压器B1和B2、及检波二极管D3、D5、及外围元件组成。它主要负责将中放送来的调频信进行变换,使其变换成调频调幅波,并通过二极管检波后还原出调制信号。
“限幅中放电路”它的主要任务是，将输入的FM信号进行电压放大，使其有足够强的信号，以保证后级“比例鉴频器”电路使用。它还能够对输入的FM信号，在传输过程中存在的寄生调幅波进行限幅抑制作用。使输入到“比例鉴频器”的信号是干净的等幅调频波。限幅中放级由中放管BG1、BG2、及外围元件组成。
为了方便的在实验中观察鉴频特性“S”曲线在谐振回路偏移时的特性变化现象，电路
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中还设计有谐振回路微调电容C3和C8、及检波二极管反相控制开关K1，等可调整元件，方便实验中调整观察。
为了方便调整检波二极管的内阻，电路中设计有电位器W1。 D3、D5是鉴频检波二极管。K1为检波管反向开关。是为了规察检波二极管极性接反时，鉴频器工作参数变化而设置的
W1是为调整二极管内阻而设置的。微调电位器W1，可以使鉴频特性“S”曲线的上下峰对称性得到改善。
“比例鉴频器”实验电路的直流电源供电、由EC1端口输入直流+12V。
输入调频信号FM由实验板上的F0插座端子输入，此输入端子是和“集成鉴频器”共用的信号输入端。输入端子选用的是标准的高频Q9型扦座。
第二部分为“集成鉴频器”电路部分：
该部分的电源供电由EC2端口输入，供电电源为直流+12V。
由于集成电路μpc1353的大部分信号均为片内传输方式，所以在外接口仅能检测到己解调后的音频信号。
用示波器，可以在鉴频输出端J3，和音频功放输出端J4、检测到经过鉴频解调后的音频信号电压波形。
由于集成电路μpc1353的音频功放级输出功率较大，为了在实验时避免干扰实验，电路中设计了阻抗负载R20。由于所配负载电阻功率较小（0.5W），所以在实验中不可以将输出功率调整的太大，以免烧坏负载电阻。
如果需要在实验中监听低频输出信号,可以通过切换K2来实现。
如果需要在实验中观察鉴频器电路的输出波形及特性曲线，可从集成电路μpc1353的第4脚或J3接入。
实验板中各测量端口的名称及主要作用：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- U1 限幅中放输出（波形检测） 中放波形检测端口。 J2：--- UΩm 鉴频输出测量端、 鉴频输出端口。
J3：--- Ui 音频信号输入端 测量鉴频输出端口。
J4：--- UΩ 音频信号检测端 测量音频功放波形端口。 F0：--- FM 调频信号输入端 调频波形测量端口 EC1 ---EC1 比例鉴频电路电源、 供电电源正极端口。 EC2 ---EC2 集成鉴频器电路电源 供电电源正极端口。
6–4 实验内容及测量、调测方法：
实验准备工作：
1: 将实验电原理图和实验板对照，找到对应元件相应的位置。 2: 检查直流稳压电源各功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数三用表测量） 3: 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 4: 调谐C3、C8使在J1用示波器观察到的波形最大、并且没有明显失真。
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5: 调整输入信号为6.5MHz(调频波)，使用示波器在J2检测鉴频器输出信号波形。
实验项目：
1 实验前的仪器校准：
★ 将稳压电源输出电压调整至+12V为实验板EC1供电。 ★ 将开关K1掷至1档，选择检波管正常工作模式。
★ 将扫频仪信号输出电缆与Y轴输入检波探头对接。将Y轴位置旋扭置X1档。 ★ 将频标发生器输出置1MHz、扫频显示范围置于1MHz--10MHz左右。 ★ 将输出衰减旋扭调整至衰减=0
★ 调整Y轴增益，使扫描基准线保持在5格
★ 将扫频仪输出电缆接入实验板上的F0插座内。用扫频仪的检波探头在J1端测
量中频信号幅值。
★ 调整扫频仪输出衰减旋扭，使扫频仪显示的幅频特性幅值高度，处在原来的5
格高度位置。
2： 限幅中频放大器技术性能测量：
★ 为比例鉴频器实验板供直流电压+12V。
★ 将扫频仪的扫频输出信号接至实验板FO插座内
★ 将扫频仪的检波探头接实验板的中放谐振回路测试点J1端。
★ 调整扫频仪输出电压衰减档位，使显示的幅度值高度仍保持在5格。此时扫频仪
的电压衰减量，就等于放大器的增益量。
★ 调整谐振微调电容C3、C8、使谐振的中心处在6.5MHz点。
★ 将实测的数据填入表格内。根据实测数据值，绘制出幅频特性图。
测试条件： EC1=12V FM=6.5MHz 调制度=5%
标称频率 （MHz） 中放增益 （dB） 3db带宽 （KHz） 20db带宽 （KHz） 带内波动 （dB） 带外衰减 （dB） 输出电压 （VP-P） 6.5 3： 比例鉴频器鉴频特性检测：
★ 给比例鉴频电路供电端EC1供电（+12V）。 ★ 用示波器观察J1端点限幅中放信号是否正常。 ★ 调整校准扫频仪基准初始状态，（校准方法同上）。
★ 将扫频仪输出信号接入fo端口，扫频仪Y轴直接电缆接中频缓冲输出端J2。 ★ 调整本振谐振电容C3、C8、改变中周谐振频率。使扫频仪在6.5MHz之间能检
测到鉴频特性“S” 曲线的幅频特性波形。
★ 使用扫频仪测量时应注意，如果被测信号己经过检波处理，应使用直接电缆测
量。如果被测信未经过检波处理，则应使用检波探头测量。 ★ 根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。并写特性结论。
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测试条件： EC1 = 12V FO = 6.5MHz 调制度=5% 标称频率 （MHz） “S” 鉴频特性 上峰（dB） 下峰（dB） 带宽、f2-f1（KHz） 鉴频输出 （dB） 6.5
4： 观察元件变化对鉴频特性“S”的影响：
★ 调整电位器W1，在J2端观察扫频仪显示的“S” 曲线变化：
★ 将开关K1掷至2档，选择检波管反接，观察扫频仪显示的“S” 曲线变化： ★ 调整C3、C8，在J2端观察扫频仪显示的“S” 曲线变化：
★ 根据实测数据，总结出由于元件的变动，引起鉴频器的那些参数产生了变化?， ★ 应调整鉴频器的那些元件参数?。怎样调整?
5： 集成鉴频特性“S”曲线的测量：
★ 给集成鉴频电路供电端EC2供电（+12V）。 ★ 调整校准扫频仪基准初始状态，（校准方法同上）。
★ 将扫频仪输出信号接入F0端口，扫频仪Y轴检波探头接中频缓冲输出端J3。 ★ 调整扫频仪。使扫频仪在6.5MHz之间能检测到鉴频特性“S” 曲线的幅频特性
波形。
★ 根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。并写特性结论。
测试条件： EC1 = 12V FO = 6.5MHz 标称频率 （MHz） “S” 鉴频特性 上峰（dB） 下峰（dB） 带宽、f2-f1（KHz） 鉴频输出 （dB） 6.5
6： 鉴频器解调灵敏度的测量：
★ 给比例鉴频电路供电端EC1、EC2、同时供电（+12V）：
★ 将高频信号发生器调整至：内调频1KHz模式、频偏量15-20%、fo=6.5MHz、输
出电压=5mv
★ 将高频信号电压输出端和实验板上F0插座相接。 ★ 用示波器探头分别观察J3（集成鉴频）、J2（比例鉴频）输出端，波形幅值。 ★ 当减少高频信号输出电压值，用示波器在鉴频输出端J2、J3、观察到的正弦波
己出现明显的噪声干扰时，这时可以确定为鉴频器的最高灵敏度值。
★ 将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出调频输入与解调输特
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性曲线图。并写特性结论。
测试条件： EC1 =EC2= 12V FM=6.5MHz Ui=100μV----10mV 调频输入 （μV） 比例鉴频 （J2） (VP-P ) 集成鉴频 （J3） (VP-P)
6-5： 实验报告要求和思考题：
1: 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电路原理框图 2: 将实验中实测数据制表、填入实测值。
3: 根据数据绘制特性变化曲线图。并写出特性变化结论 4: 选作本实验思考题
思考题：
1 为什么通过调谐次级谐振回路可以实现零点调整?
为什么通过调谐初级谐振回路可以实现“S” 曲线的对称性调整? 调整“S” 对称性，还应该采取那些措施 ?
2 除了本实验中的鉴频电路，你还能举出其它几种鉴频电路? 并画出交流等效图。
3 如果鉴频特性“S” 曲线，在fo零点附近的线性很差，或者鉴频带宽严重不足，电
路应该如何调整，才能恢复正常 ?
4 在本实验中，如果不向EC1提供电源，能否用扫频仪对比例鉴频器进行测量? 测量时仪器怎样和实验板连接?
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实验七 锁相环电路应用
实验目的：
通过实验，进一步加深对锁相环电路工作原理的理解，熟悉锁相环电路的基本电路形式。掌握集成锁相环电路的测试及应用方法。
了解锁相环的相位捕捉的特性检测方法。熟悉单片锁相环集成电路和外围分频集成电路的基本电路应用形式，掌握电路调整及测量方法。
通过实验，使学生能够熟练掌握高频仪器的测量技巧、调试手段及方法。
本实验中，通过对锁相环集成电路的各种应用实验及测量，使学生能够了解到锁相环集成电路的检测方法。应用技巧，了解各种指标参数。对学生今后的实际工程应用，具有一定的实用价值。
7-1: 锁相环电路工作原理：
1 锁相环电路基本工作原理：
在电子线路的各种单元电路中，用途最多的就是反馈控制单元电路。例如：直流或者交流稳压（恒压源）、稳流（恒流源）电路、恒温控制电路、自动增益控制（AGC）电路、自动频率控制（AFC）电路等反馈自动控制单元电路。
锁相环电路，实际上也就是一种“相位自动控制”电路，简称（PLL）。 锁相环电路的基本原理组成方框图如图 7-1 所示：
从方框图中可以看出，锁相环路主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）、压控振荡器（VCO）三部分所组成。其中鉴相器（PD）和环路滤波器（LF）组成相位反馈控制电路，而压控振荡器（VCO）就是它的被控对象。
假设锁相环电路的输入信号Ui的频率、相位和比较信号（压控振荡器）Uo的频率和相位不相等时，由于锁相环中鉴相器的两个输入Ui、和Uo之间存在相位差，经过比较后鉴相器将会输出一个与相位差成比例的误差脉冲Up，这个误差脉冲经过环路滤玻器（LF）进行平滑滤波后得到了误差电压Ud，用这个电压去控制压控振荡器的（VCO）的振荡频率，并将调整后的(VCO)振荡信号重新送入鉴相器进行相位比较。经过多次比较后，其结果是输入信号Ui和比较信号Uo之间的相位差越来越小，最终两者之间保持在一个较少的值上恒定不变。则两者之间的相位被锁定。至此锁相环路完成了捕捉、相位比较、环路滤波、相位锁定
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的全过程。
当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的两路信号之间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相一致。锁相环由失锁到锁定的过程，我们称为捕捉过程。
不难理解，当锁相环路锁定后，由于其它某些原因引起输入信号或压控振荡器频率发生变化，环路可以通过自身的反馈迅速进行调节。结果是VCO的输出频率、相位又被锁定在基准信号参数上，从而又维持了环路的锁定。这个过程我们称为环路的跟踪过程。
可见，捕捉过程与跟踪过程是锁相环路的两种不同的自动调节过程。
由于锁相环是利用输出量与输入量之间的误差值作为反馈量来进行调节的，从而达到减小输出量与输入量之间的误差，因此锁相环只能减少误差，而不可能使误差等于零，否则反馈作用就会失去作用。
由此可见，自动频率控制（AFC）电路，在锁定状态下，存在着固定频差。而锁相环路控制（PLL）电路，在锁定状态下，则存在着固定相位差。虽然锁相环存在着相位差，但它和基准信号之间不存在频差。即，输出频率等于输入频率。
这也可以表明，通过锁相环来进行频率控制，可以实现无误差的频率跟踪。其效果远远优于自动频率控制（AFC）电路。
2 鉴相器
鉴相器是锁相环路中的一个关键单位电路，它负责将两路输入信号进行相位比较，将比较结果从输出端送出。
鉴相器的电路类型很多，最常用的有三种电路： 1 模似乘法器鉴相器，这种鉴相器常常用于鉴相器的两路输入信号均为正弦波的锁相
环电路中。
2 异或门鉴相器，这种鉴相器适合两路输入信号均为方波信号的锁相环电路中,，所
以，异或门鉴相器，常常应用于数字电路锁相环路中。 3 边沿触发型数字鉴相器，这种鉴相器也属于数字电路型鉴相器，对输入信号要求不
严，可以是方波、也可以是矩形脉冲波。这种电路常用于高频数字锁相环路中。
图 7-2 是本次实验所用鉴相器的鉴相波形图与鉴相特性图：
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3 环路滤波器：
鉴相器输出的电压信号是交流电压,它并不能直接控制压控振荡(VCO)电路, 鉴相器输出的电压信号电压必需经过环路滤波器平滑滤波后，才能用于控制压控振荡（VCO）。
环路滤波器从实质上讲也是低通滤波。其作用主要是滤除鉴相器输出误差电压中的高频及干扰成份，得到控制电压VD，因为控制电压VD是决定（VCO）工作频率的电压，因此它的变化对锁相环路的性能参数有很大的影响关系。
图7-3 是目前比较常用的三种环路滤波器电路图：
从图中可以看出，三种电路的复杂程度不一样，第一种简单的RC滤波器所用元件最少，电路也最简单，但滤波效果相对较差。有源比例积分滤波器，使用元件最多，电路也比较复杂，但其滤波效优于无源滤波器。
无源滤波器具有电路简单造价等优点。但从滤波效果的角度来衡量，有源比例积分滤波器的滤波效果最好，简单的RC滤波器滤波效果最差，第二种RC比例积分滤波器的滤波效果界于二者之间。
设计电路时，可以根据锁相环路的要求选择不同的环路滤波器。 三种滤波器的传递函数公式如下：
u(t)简单RC滤波器： F(p)dup(t)1 、τ= RC 1pRC比例积分滤波器：F(P)1p2 、1 R1.C 、τ2 = R2.C
1p(12)有源RC比例积分滤波器： F(p)
1p2 p14 压控振荡器（VCO）
压控振荡器（VCO）是锁相环（PLL）的被控对象。它的主要作用是产生一个频率能够随着控制电压VD变化而改变的振荡电压信号。它输出的信号根据锁相环的不同要求，可分为正弦波压控振荡器与非正弦波压控振荡器两大类。
正弦波压控振荡器一般由LC三点式振荡器与变容二极管组成。它的工作原理与计算公
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式和电容三点式正弦波振荡器完全一样，在这里就不再重复。由于正弦波压控振荡器（VCO）受到变容二极管结电容变化范围的限制，一般振荡频率变化范围都不是太大。
非正弦波压控振荡器的种类较多，由于它的频率变化范围大，控制线性好，所以应用比较广泛。
这类压控振荡器常见的几种电路有：“射极定时压控多谐振荡器”、“积分型施密特压控振荡器”、“数字门电路压控振荡器”。
图7-4 是二种方波压控振荡器电路图：
7-2 . 锁相环应用实验电路的构成：
目前锁相电路在实际应用中，己很少有人用分立电子元件来组成锁相环电路，由于现代集成电路技术的快速发展、各生产商己经开发出了各类针对各种不同用途的专用锁相环电路，目前市场上出售的集成锁相环电路，由于它具有体积小、无需调整、标准一致性好、成本低等优点，目前己被广泛应于各种电路设备。
本次锁相环应用实验电路,就是采用单片锁相环集成电路“74HC4046”，和CMOS数字1/N分频电路“CD4522B”、及、数字二进制分频器“CD4060”、时基振荡器“NE555”等元件共同组成的实验应用电路板。
实验电路主要分为四大部分:
第一部分是基准频率产生电路。它主要由压电陶瓷振子和振荡分频器“CD4060”构成，这一部分电路的主要任务是，为锁相环电路提供基准频率信号。
第二部分是锁相环路，它主要由集成锁相环电路“74HC4046”组成。“74HC4046”集成电路内部己包含有“鉴相器”、“压控振荡器VCO”等锁相环必须具备的电路单元。这一部分电路的主要任务是,完成对两路信号的比较,并通过其输出控制压控振荡器(VCO)
第三部分是数字除N电路。它主要的任务，是将压控振荡器产生的频率经过除N降频。并将经过除N后的频率再送至鉴相输入端，和基准号号进行比较。
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第四部分是调制信号产生器。它主要由单时基振荡器电路“NE555”构成，它负责产生低频方波信号，以供对压控振荡器（VCO）调制时使用。
图 7-6 是本次锁相环应用实验电路原理图：
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“74HC4046”是一种高速CMOS混合电路,其最高工作频率可达18MHz。由于其内部含有锁相环电路中所需的压控振荡器（VCO）电路，所以它用途广泛。
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单片锁相环集成电路“74HC4046” 是含有锁相环路全部功能的单片集成锁相环电路。它的内部功能框图及标准应用电路、如图7-5所示：
从图7-5 “74HC4046”的外接元件，可以看出集成锁相环只需外接极少的元件，即可组成一个完整的锁相电路。
以图7-5的电路为基准，根据各种用途对电路的不同要求，在锁相环电路中搭配不同的应用电路，即可组成各种类型的应用电路。例如，在“74HC4046”的3脚、4脚之间插入除N电路，就可以组成频率合成器电路。
本次的实验电路就是在锁相环路中插入两级1/M分频器而组成的。 通过实验板上的锁相环电路，可以产生ASK信号，也可以用锁相环对调频FM信号进行解调处理。同时可用锁相环PLL组成数控频率合成器。等各种功能不同的应用电路。
7-3 实验电路中主要元器件的作用及技术参数：
本次实验电路主要由COMS数字、模似集成电路和少量外设分立元器件组成。 主要分为：
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1 基准频率产生电路：
它主要由COMS数字1/N分频集成电路及外围元件组成，它主要负责为锁相环提供基准频率，它所产生的频率值也就是，频率合成器的最小步长单位。例如选择开关K1接通“CD4060”的Q6端、则输入到锁相环的基准频率=10KHz，也就是说频率合成器的最小步进单位为10KHz。
表1： 是选择开关所对应的基准频率值 （第8档：为外调频信号输入档） 名称 K1档位 频率（KHZ）
2 锁相环路部分：
这一部分电路主要由单片COMS锁相环集成电路“74HC4046”和少量阻容元件、开关元件组成。它主要完成基准信号与输入信号的相位比较，并将比较结果输出。集成电路内部还集成有压控荡器（VCO）电路，只需外接少量元件，就可以完成全部锁相环电路所要求的功能指标。“74HC4046”电路的内部功能电路框图及“74HC4046”外围元件的标准接法图请参考本实验的图 7-5。它的交流参数表如下表所示：
74HC4046电参数表 测试条件 参数名称 符号 电源电压 最大极限 动态功耗 VDD---VSS IDD≤500mA R1=1M、R2=∞ VDD(V) 最小 标定 最大 参考值 单位 基准信号档位与频率 1 40 2 20 3 10 4 5 5 2.5 6 1.25 7 0.625 8 4.5 4.5 4.5 4.5 6 3 2 0.1 4.4 300 300 10 3 11 13 5 0.1 4.4 700 700 30 6 14 16 7 600 0.1 V mW Pa VOL Fo=100KHz RL=2MΩ RL=2MΩ VO=0.5V VO=4V （VCO）禁止端=1 输出电压 V VOH IDN 4.4 1300 μA IDP 1300 40 10 18 22 MHz μA I0 输出电流 静态电流 最高频率 fmax VDD （V） 4.5 6
3: 除N分频器电路：
当锁相环路应用于频率合成电路形式时，将需要对压控振荡器（VCO）的输出频率进行
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分频处理，经分频后的（VCO）频率，直接送至相位比较器输入端。本实验电路中的除N分频器选用COMS数字电路中的“可预置数二---十进制1/N计数电路”“CD4522”。它的真值表如下所示：
CD4522真值表
输 入 CP ф ф 0 ф EN ф ф 0 0 1 PE ф 1 0 0 0 Cr 1 0 0 0 0 D1 ф d1 ф ф ф D2 ф d2 ф ф ф D3 ф d3 ф ф ф D4 ф d4 ф ф 不 计 数 ф 环路锁定后的（VCO）输出频率可 由以下公式计算：
其中 fi 是基准频率：
Q1 0 d1 输 出 Q2 0 d2 Q3 0 d3 Q4 0 d3 计 数 f0fiN实验中的基准频率是由IC2“4060”产生的。 其中 f0 是压控振荡器（VCO）输出频率， N分频器分频值。
4 . 调制信号产生电路：
本实验的调制信号产生电路采用“时基信号定时电路”“NE555”构成。由“NE555”产生的方波信号通过控制开关K4接至“74HC4046”的VCO禁止端5脚，对VCO的输出信号进ASK调制。图7-7 是“NE555”电路的内部电路框图及应用电路：
5 基准频率电路：
基准频率信号生生电路主要由数字集成电路“CD4060”及外围元件组成，“CD4060”属
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于COMS数字电路，它是一个14位二进制串行计数/分频电路，集成电路内部带有振荡器、只需外接电阻和电容即可构成RC振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的晶体振荡器。
主振产生的矩形波可以直接输出，同时还可以从“CD4060”的10个分频输出端得到不同的分频输出。最小可得到16分频，最大可得到16384分频。
CD4060振荡器工作频率与元件值
振荡频率 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz
Rs（KΩ） 450 450 450 450 450 45 Rt（KΩ） 45 45 45 45 45 4.5 Ct（pF） 1µF 0.1 µF 0.01µF 1000 100 100 IDD（mA） 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1
实验板中各测量端口的名称及主要作用：
端口 名称 内 容 功 能
J1：--- UL 振荡器（波形检测） 振荡波形检测端口。 J2：--- fi 基准信号测量端、 基准频率输入端口。 J3：--- fo VCO频率（分频输入） VCO波形、频率检测口。 J4：--- Up1 鉴相器输出端、 锁定波形测量端口
J5：--- Upo 误差信号检测端 测量捕捉电压波形端口。 J6：--- UD VCO控制电压检测端 电压波形测量端口 J7：--- UΩ FM鉴频输出端。 FM解调信号输出端。 J8：--- UΩm 调制信号检测端 ASK调制信号输入端口 J9：--- Vm 三角波检测端 调制信号频率测量端口 W1：--- VD VCO控制电压 VCO频率手动调整。
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EC2 ---EC2 锁相环实验板电源 供电电源正极端口。
7–4 实验内容及测量、调测方法：
实验准备工作：
将实验电原理图和实验板对照，找到对应元件相应的位置。 1 检查直流稳压电源各功能是否正常，并调整至所需电压值。（用数字三用表测量） 2 检查示波器显示、幅度、周期等功能是否正常（用示波器自检信号检查）。 3 检查模式选择开关K1位置是否正确。（应使J2端口fi=10KHz档位置）。
实验项目：
1： 基准频率振荡器测量：
★为锁相环实验板提供直流电压+12V。 ★将示波器探头接至实验板J1测试端口
★将示波器、数字频率计探头接实验板J2端口。
★调整微调电容C2，拨动基准频率分频开关K1的档位，使频率计显示的频率值，应对应原理图上所标出值。（Q4=40KHz----Q10=625HZ）。
将实测的数据填入表格内。 测试条件： EC1=12V F0=640KHz 分频开关K1 输出频率 KHz 1 2 3 4 5 6 7
2： 锁相频率合成器应用：
★ 给锁相环实验电路供电端EC1供电（+12V）。 ★ 用示波器和频率计观察J2端点信号是否正常。 ★ 调整除N分频器预置开关X1（个位）、X10（十位）、设置值是否正确。注意分
频数设置时应采用8421码。
VCO输出频率fo等于： 基准信号（最小步长频率）fi 乘分频比数N，即：
f0fiN正确选择基准频率和分频比的值，使f0处于VCO频率有效控制范围内。 本实验板的频率合成有效范围为：（150KHz—3MHz）超出此频率范围，锁相环电路将无法锁定，会导致压控振荡器（VCO）的输出频率不稳定。
在实验中如果锁相环路处在锁定状态时，锁相环电路的第1脚Pd端会输出高电平，以推动发光二极管发光，表示锁相环路己经锁定。否则发光管不亮，或者发光管出现严重的闪烁，则表示锁相环处于失锁状态。
用数字频率计在VCO振荡频率输出端J3测量频率值。
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VCO频率输出值应和和计算值一致。如果有误差，应查出原因，并进行调整。 一般误差均是基准频率不准确导致的。基准频率fi和VCO输出频率的误差具有倍乘的关系。 即： f0Δ = fiΔ·N 式中： f0Δ= VCO频率误差 fiΔ= 基准频率误差 N =分频数
用示波器探头在“74HC4046”第1脚观察锁相环路锁定时的波形。并记录波形。 调整分频比N和基准频率fi、使锁相环路失锁，再用示波器探头在“74HC4046”第1脚观察锁相环路失锁时的波形。并记录波形。
3： （VCO）压控振荡的应用：
★ 调整切换开关K4，使其处在1档（VCO），使W1为VCO的控制元件。 ★ 将开关K2掷至1档，选择分频比等于1:1
★ 调整W1，在J6端用示波器直流档观察电压变化。（每步0.5V）。 ★ 用数字频率计在J3端观察频率变化。 ★ 将基准频率选择开关K1全部断开，（无基准信号）。
将实测的数据填入表内，并根据实测数据绘制出静态调制特牲曲线图。并写出特性结论。
测试条件：EC1=12V 、 VD=0—5V 、 N = 1:1 、 fi= 0 项目 VD 0.5 （V） fo (MHz）
1 1.5 2 测 量 值 2.5 3 3.5 4 4.5 5
4： 调频电路的应用：
★ 调整切换开关K4，使其处在1档（最下面），使W1为VCO的控制元件。 ★ 将开关K2掷至1档，选择分频比等于1:1
★ 调整W1，在J6端用示波器直流档观察电压变化。（VD=1/2 VCC） ★ 将音频信号发生器的输出信号，调整至f=1KHz、UΩ=0.5V。
★ 将音频信号经过电容隔直后，加至实验板J6端，对VCO频率进行调制。 ★ 用数字频率计在J3端观察频率变化。
★ 调整W1、可以改变VCO的中心频率fo的值。改变UΩ幅值，可以改变频偏量。
测试条件：EC1=12V 、 VD=2.5V 、 N = 1:1 、 UΩ=0.1V--1V 、fΩ=1KHz 项目 UΩ (Vpp) 0 0.2 0.4 0.6 测 量 值 0.8 1 1.2 1.4 1.8 2 72
fΔ ±KHz
5： 锁相环鉴频器的应用：
★ 将基准信号选择开关K1第8位选通、其它7位全部断开。 ★ 状态选择开关K4、接通PLL端。分频选择开关K2、选1:1端。
★ 从调频信号输端（三端插座）输入FM调频信号 fo=200KHz、调制频率=1KHz
频偏±20KHz、输出幅度0.5V---1V。
★ 用示波器在实验板鉴频输出端J7观察解调后的信号波形。
并将实测数据填入下面的数据表格内。根据实测数据绘制出调频输入与解调输特牲曲线图。并写特性结论。
测试条件： EC1 = 12V F0=200KHz Ui=100mV----1V 调频输入 （mV） 100 200 300 400 500 600 700 800 900 集成鉴频 （J7）mV
5： 群脉冲发生器的应用：
★ 将基准信号选择开关K1，8位全部断开。（无基准信号）
★ 状态选择开关K4、接通VCO端。分频选择开关K2、选1:1端。 ★ 将调制电路设置开关K5置于有效位置（上）。 ★ 用示波器探头在J8端观察调制信号波形。
★ 用示波器探头在J3端观察经ASK调制后的群脉冲信号波形。
将用示波器观察到的波形记录，并标注波形的周期。计算每组群脉冲的脉冲数。
7-5： 实验报告要求和思考题：
1 画出实验电路图、并根据电路图绘制出电原理框图 2 将实验中实测数据制表、填入实测值。
3 根据数据绘制特性变化曲线图。并写出特性变化结论 4 选作本实验思考题
思考题：
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1 锁相环路（PLL）和自动频率控制（AFC）电路都能起到稳定频率的作用。试说明两
者之间的主要区别是什么? 为什么?
2 为什么当鉴相（相位比较器）输出的相位误差脉冲是稳定的同步脉冲波时、就说明
锁相环路己处在相位锁定状态了?
3 在锁相环路中，环路滤波器的主要作用是什么? 如果改变R、C的值，使时间常数
加大或者减小，会对锁相环路产生那些影响?
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