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武汉凌特电子技术有限公司 高频电子线路系统实验指导书前 言本高频电子实验箱共包含十个实验单元模块：单元选频电路模块；小信号选频放大模块；正弦波振荡及VCO模块；AM调制及检波模块；FM鉴频模块一；FM鉴频模块二；混频及变频模块；高频功放模块；波形变换模块；综合实验模块。本实验系统的实验内容是根据高等教育出版社的高频电子线路一书而设计的。本实验箱共设置了二十四个实验：其中有十九个单元实验，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；五个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。此外，学生还可以根据我们所提供的单元电路自行设计系统实验。本实验系统力求电路原理清楚，重点突出，实验内容丰富。其电路设计构思新颖、技术先进、波形测量点选择准确，具有一定的代表性。同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力已及动手能力。由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，希望广大读者批评指正。编者2004年9月实验注意事项1、 本实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。2、 每次安装实验模块之前应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。为保险起见，建议拔下电源线后再安装实验模块。3、 安装实验模块时，模块右边的双刀双掷开关要拨上，将模板四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐，然后用黑色接线柱固定。确保四个接线柱要拧紧，以免造成实验模块与电源或者地接触不良。经仔细检查后方可通电实验。4、 各实验模块上的双刀双掷开关、拨码开关、复位开关、自锁开关、手调电位器和旋转编码器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。5、 请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。6、 各模块中的3362电位器（蓝色正方形封装）是出厂前调试使用的。出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，无需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。若已调动请尽快复原；若无法复原，请与指导老师或直接与我公司联系。7、 在关闭各模块电源之后，方可进行连线。连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻放，检查无误后方可通电实验。拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住线端的金属外壳轻轻摇晃，直至连线与孔松脱，切勿旋转及用蛮力强行拔出。8、 按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。目 录高频电子线路实验箱简介1仪器介绍7实验一 高频小信号调谐放大器实验10实验二 集成选频放大器18实验三 二极管的双平衡混频器23实验四 模拟乘法混频29实验五 三点式正弦波振荡器34实验六 晶体振荡器与压控振荡器37实验七 非线性丙类功率放大器实验40实验八 线性宽带功率放大器49实验九 集电极调幅实验54实验十 模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）59实验十一 包络检波及同步检波实验65实验十二 变容二极管调频实验73实验十三 正交鉴频及锁相鉴频实验79实验十四 模拟锁相环实验86实验十五 自动增益控制（AGC）93实验十六 中波调幅发射机组装及调试98实验十七 超外差中波调幅接收机100实验十八 锁相频率合成器组装及调试103实验十九 半双工调频无线对讲机106选做实验一 斜率鉴频及脉冲计数式鉴频109选做实验二 波形变换实验115选做实验三 常用低通带通滤波器特性实验121选做实验四 LC串并联谐振回路特性实验125高频电子线路实验箱简介一、 产品组成该产品由3种实验仪器、10个实验模块及实验箱体（含电源）组成。1、 实验仪器及主要指标如下：1) 频率计：频率测量范围：50Hz99MHz输入电平范围：100mVrms2Vrms测量误差：±20ppm(频率低端±1Hz)输入阻抗：1M/10pF2) 信号源：输出频率范围：400KHz45MHz（连续可调）频率稳定度：10E-4输出波形：正弦波，谐波30dBc输出幅度：1mVp-p1Vp-p（连续可调）输出阻抗：753) 低频信号源：输出频率范围：200Hz10KHz（连续可调，方波频率可达250KHz）频率稳定度：10E-4输出波形：正弦波、方波、三角波输出幅度：10mVp-p5Vp-p（连续可调）输出阻抗：1002、 实验模块及电路组成如下：1) 模块1：单元选频电路模块 该模块属于选件，非基本模块包含LC并联谐振回路、LC串联谐振回路、集总参数LC低通滤波器、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器等五种选频回路。2) 模块2：小信号选频放大模块包含单调谐放大电路、电容耦合双调谐放大电路、集成选频放大电路、自动增益控制电路（AGC）等四种电路。3) 模块3：正弦波振荡及VCO模块包含LC振荡电路、石英晶体振荡电路、压控LC振荡电路、变容二极管调频电路等四种电路。4) 模块4：AM调制及检波模块包含模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）电路、二极管峰值包络检波电路、三极管小信号包络检波电路、模拟乘法器同步检波电路等四种电路。5) 模块5：FM鉴频模块一包含正交鉴频（乘积型相位鉴频）电路、锁相鉴频电路、基本锁相环路等三种电路。6) 模块6：FM鉴频模块二该模块属于选件，非基本模块包含双失谐回路斜率鉴频电路、脉冲计数式鉴频电路等两种电路。7) 模块7：混频及变频模块包含二极管双平衡混频电路、模拟乘法器混频电路、三极管变频电路等三种电路。8) 模块8：高频功放模块包含非线性丙类功放电路、线性宽带功放电路、集成线性宽带功放电路、集电极调幅电路等四种电路。9) 模块9：波形变换模块该模块属于选件，非基本模块包含限幅电路、直流电平移动电路、任意波变方波电路、方波变脉冲波电路、方波变三角波电路、脉冲波变锯齿波电路、三角波变正弦波电路等七种电路。10) 模块10：综合实验模块包含话筒及音乐片放大电路、音频功放电路、天线及半双工电路、分频器电路等四种电路。二、 产品主要特点1、 采用模块化设计，使用者可以根据需要选择模块，既可节约经费又方便今后升级。2、 产品集成了多种高频电路设计及调试所必备的仪器，既可使学生在做实验时观察实验现象、调整电路时更加全面、更加有效，同时又可为学生在进行高频电路设计及调试时提供工具。3、 实验箱各模块有良好的系统性，除单元选频电路模块及波形变换模块外，其余八个模块可组合成四种典型系统：中波调幅发射机（535KHz1605KHz）。超外差中波调幅接收机（535KHz1605KHz，中频465KHz）。半双工调频无线对讲机（10MHz15MHz，中频4.5MHz，信道间隔200KHz）。锁相频率合成器（频率步进40KHz4MHz可变）。4、 实验内容非常丰富，单元实验包含了高频电子线路课程的大部分知识点，并有丰富的、有一定复杂性的综合实验。5、 电路板采用贴片工艺制造，高频特性良好，性能稳定可靠。三、 实验内容1、 小信号调谐（单、双调谐）放大器实验（模块2）2、 集成选频放大器实验（模块2）3、 二极管双平衡混频器实验（模块7）4、 模拟乘法器混频实验（模块7）5、 三点式正弦波振荡器（LC、晶体）实验（模块3）6、 晶体振荡器与压控振荡器实验（模块3）7、 非线性丙类功率放大器实验（模块8）8、 线性宽带功率放大器实验（模块8）9、 集电极调幅实验（模块8）10、 模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）实验（模块4）11、 包络检波及同步检波实验（模块4）12、 变容二极管调频实验（模块3）13、 正交鉴频及锁相鉴频实验（模块5）14、 模拟锁相环实验（模块5）15、 自动增益控制（AGC）实验（模块2）16、 中波调幅发射机组装及调试实验（模块4、8、10）17、 超外差中波调幅接收机组装及调试实验（模块2、4、7、10）18、 锁相频率合成器组装及调试实验（模块5、10）19、 半双工调频无线对讲机组装及调试实验（模块2、3、5、7、8、10）20、 斜率鉴频及脉冲计数式鉴频实验（选件模块6，属选做实验）21、 波形变换实验（选件模块9，属选做实验）22、 常用低通、带通滤波器特性实验（选件模块，属选做实验）23、 LC串、并联谐振回路特性实验（选件模块，属选做实验）四、 需另配设备1、 实验桌2、 20M双踪示波器（数字或模拟）3、 万用表（数字或模拟）五、 附：产品布局简图及综合实验方框图附一：产品布局简图实验区仪器区附二：综合实验方框图1、 自动增益控制2、 中波调幅发射机3、 超外差中波调幅接收机4、 锁相频率合成器5、 半双工调频无线对讲机仪器介绍一、信号源本实验箱提供的信号源由高频信号源和音频信号源两部分组成，两种信号源的参数如下：1) 高频信号源输出频率范围：400KHz45MHz（连续可调）；频率稳定度：10E-4；输出波形：正弦波，谐波30dBc;输出幅度：1mVp-p1Vp-p（连续可调）；输出阻抗：75。2) 音频信号源：输出频率范围：200Hz10KHz（连续可调，方波频率可达250KHz）频率稳定度：10E-4输出波形：正弦波、方波、三角波输出幅度：10mVp-p5Vp-p（连续可调）输出阻抗：100信号源面板如图所示：使用时，首先按下“POWER”开关，红灯点亮。高频信号源频率调节有四个档位：1KHz，10KHz，100KHz和1MHz档。按下面板左上的频率调节旋钮可在各档位间切换，为1KHz，10KHz和100KHz档时，相对应绿灯点亮，当三灯齐亮，即为1MHz档。调节该旋钮可改变输出高频信号的频率。音频信号源通过“波形选择”按键切换输出波形，并用相应的指示灯指示，如选择正弦波，则“正弦波”指示灯亮。通过“”“”按键可以增大、减小信号的频率。调节“RF幅度”旋钮可改变输出高频信号源的幅度，顺时针旋转幅度增加；调节“幅度调节”旋钮可改变输出音频信号源的幅度，本信号源有内调制功能，“FM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调频波，调制信号为信号源音频正弦波信号，载波信号为信号源高频信号；“FM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。“AM”开关按下，下方对应绿灯点亮，输出调幅波，调制信号为信号源音频正弦波信号，载波信号为信号源高频信号；“AM”开关按上，绿灯灭，输出无调制的高频信号。调节“FM频偏”旋钮可改变调频波的调制指数，调节“AM调幅度”旋钮可改变调幅波的调幅度。面板下方为三个射频线插孔。“RF1”和“RF2”插孔输出400KHz45MHz的正弦波信号（在观察频率特性的实验中，可将“RF1”作为信号输入，“RF2”通过射频跳线连接到频率计观察频率）；“低频输出”插孔输出200Hz10KHz的正弦波、三角波、方波信号。二、频率计本实验箱自带高频频率计和音频频率计，用于观测信号频率。频率计面板如图所示：频率计参数如下：频率测量范围：50Hz99MHz输入电平范围：100mVrms2Vrms测量误差：±20ppm(频率低端±1Hz)输入阻抗：1M/10pF使用时，按下“POWER”开关，红灯点亮。高频频率计显示部分由八个数码管组成。音频频率计显示部分由四个数码管组成。高频频率计有KHz和MHz两个级别单位。当测量的频率低于1MHz时，图中所示的高频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“KHz”，例如，此小数点前的数字是500，小数点后的数字是123，则所测的频率是500.123KHz，即500123Hz；同理，当测量的频率高于1MHz时，图中所示的高频频率计“MHz”处的数码管的小数点亮，标识此时测量频率单位是“MHz”，例如，此小数点前的数字是15，小数点后的数字是123456，则所测的频率是15.123456MHz，即15123456Hz。音频频率计有KHz和Hz两个级别单位。当测量的频率高于10KHz时，图中音频频率计“KHz”处的数码管的小数点亮，标识单位是“KHz”，读法与高频频率计的类似。当测量频率低于10KHz时，此时的频率测量单位是“Hz”，数码管显示的读数即测量的频率。实验一 高频小信号调谐放大器实验一、 实验目的1、 掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；2、 掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算；3、 了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；二、 实验内容1、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的静态工作电2、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益3、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的通频带三、 实验仪器1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 2 号板 1块4、 双踪示波器 1台5、 万用表 1块6、 扫频仪（可选） 1台四、 实验原理（一）单调谐放大器小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS10.7MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。图1-1 单调谐小信号放大电路放大器各项性能指标及测量方法如下：1、谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为 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 式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，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f0。2、电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为 式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º 而是为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中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算： AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB 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BW = 2f0.7 = f0/QL 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AV0与通频带BW的关系为 上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，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f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。 0.7 BW 0.1 2f0.1图1-2 谐振曲线可得： 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，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，尽量提高放大器的增益。（二）双调谐放大器为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双调谐回路放大器。双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。 1、电压增益为2、通频带为弱耦合时，谐振曲线为单峰；为强耦合时，谐振曲线出现双峰；临界耦合时，双调谐放大其的通频带BW = 2f0.7 = fo/QL图1-3 双调谐小信号放大五、 实验步骤（一）单调谐小信号放大器单元电路实验1、根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件（具体指出）。2、打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)3、调整晶体管的静态工作点：在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4和R5两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W3，使VEQ1.6V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQVEQ /R5（R5=470）4、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。（连线框图如图1-4所示）图1-4 单调谐小信号放大连线框图注：图中符号表示高频连接线源端口目的端口连线说明信号源：RF1（Vp-p =200mV f=10.7M）2号板：J4射频信号输入信号源：RF2频率计：RF IN频率计实时观察输入频率5、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为200mV（示波器探头用x10档测量）频率为10.7 MHz的高频信号。测量谐振频率将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。测量电压增益Av0在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。测量放大器通频带调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，在如下的“幅度频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。频率输出幅度 （二）双调谐小信号放大器单元电路实验1、打开双调谐小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮。2、调整晶体管的静态工作点：在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R15和R16两端的电压（即VBQ与VEQ），调整可调电阻W4，使VEQ0.4V，记下此时的VBQ，并计算出此时的IEQVEQ /R16（R16=1.5K）3、关闭电源，按下表所示搭建好测试电路。（连线框图如图1-5所示）图1-5 双调谐小信号放大连线框图源端口目的端口连线说明信号源：RF1（Vp-p =500mV f=455K）2号板：J5射频信号输入信号源：RF2频率计：RF IN频率计实时观察输入频率4、按下信号源、频率计和2号板的电源开关，调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使在TH1处输出信号峰-峰值约为500mV（示波器探头用x10档测量）频率为455KHz的高频信号。测量谐振频率1）将示波器探头连接在调谐放大器的输出端TH6上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形。2）首先调试放大电路的第一级中周，让示波器上被测信号幅度尽可能大，然后调试第二级中周，让示波器上被测信号的幅度尽可能大。3）重复调第一级和第二级中周，直到输出信号的幅度达到最大。这样，放大器就谐振到输入信号的频点上。测量电压增益Av0在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH6和TH7分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。六、 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。3、 计算直流工作点，与实验实测结果比较。4、 整理实验数据，并画出幅频特性。实验二 集成选频放大器一、 实验目的1、 熟悉集成放大器的内部工作原理2、 熟悉陶瓷滤波器的选频特性二、 实验内容1、 测量集成选频放大器的增益。2、 测量集成选频放大器的通频带。三、 实验仪器1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 2 号板 1块4、 双踪示波器 1台5、 万用表 1块6、 扫频仪（可选） 1台四、 实验原理1、集成选频放大器的原理图见下图图2-1 集成选频放大器电路原理图由上图可知，本实验中涉及到的集成选频放大器是带AGC（自动增益控制）功能的选频放大器，放大IC用的是Motorola公司的MC1350。2、MC1350放大器的工作原理图2-2为MC1350单片集成放大器的电原理图。这个电路是双端输入、双端输出的全差动式电路，其主要用于中频和视频放大。图2-2 MC1350内部电路图输入级为共射-共基差分对，Q1和Q2组成共射差分对，Q3和Q6组成共基差分对。除了Q3和Q6的射极等效输入阻抗为Q1、Q2的集电极负载外，还有Q4、Q5的射极输入阻抗分别与Q3、Q6的射极输入阻抗并联，起着分流的作用。各个等效微变输入阻抗分别与该器件的偏流成反比。增益控制电压（直流电压）控制Q4、Q5的基极，以改变Q4、Q5分别和Q3、Q6的工作点电流的相对大小，当增益控制电压增大时，Q4、Q5的工作点电流增大，射极等效输入阻抗下降，分流作用增大，放大器的增益减小。五、 实验步骤1、 据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件。2、 按下面框图（图2-3）所示搭建好测试电路。图2-3 集成选频放大器测试连接框图源端口目的端口连线说明信号源：RF1（Vp-p =100mV f=4.5M ）2号板：J2射频信号输入信号源：RF2频率计：RF IN频率计实时观察输入频率测量电压增益Av0将拨码开关S1拨为“00” （所有拨码开关拨上为1，拨下为0，以后不多做说明），用示波器观测信号输出TH4，调节W1使输出幅度最大。用示波器分别观测输入和输出信号的幅度大小，Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。测量放大器通频带频率输出幅度以10K档步进调节信号源上频率调节旋钮，使其在4.5MHz左右变化，并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。 六、 实验报告要求1、 写明实验目的。2、 计算集成选频放大器的增益。3、 计算集成选频放大器的通频带。4、 整理实验数据，并画出幅频特性。实验三 二极管的双平衡混频器一、 实验目的1、 掌握二极管的双平衡混频器频率变换的物理过程。2、 掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流Ie对中频转出电压大小的影响。3、 掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。4、 比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。二、 实验内容1、 研究二极管双平衡混频器频率变换过程和此种混频器的优缺点。2、 研究这种混频器输出频谱与本振电压大小的关系。三、 实验仪器1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 3 号板 1块4、 7 号板 1块5、 双踪示波器 1台四、 实验原理与电路1、 二极管双平衡混频原理图3-1 二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器的电路图示见图3-1。图中VS为输入信号电压，VL 为本机振荡电压。在负载RL上产生差频和合频，还夹杂有一些其它频率的无用产物，再接上一个滤波器（图中未画出）二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。图3-1中的变压器一般为传输线变压器。二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。众所周知，二极管的伏安特性为指数律，用幂级数展开为当加到二极管两端的电压v为输入信号VS和本振电压VL之和时，V2项产生差频与和频。其它项产生不需要的频率分量。由于上式中u的阶次越高，系数越小。因此，对差频与和频构成干扰最严重的是v的一次方项（因其系数比v2项大一倍）产生的输入信号频率分量和本振频率分量。用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比，前者能有效的抑制无用产物。双平衡混频器的输出仅包含（pL±S）（p为奇数）的组合频率分量，而抵消了L、C以及p为偶数（pL±S）众多组合频率分量。下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为L及S的抑制作用。（a）（b）图3-2 双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器在实际电路中，本振信号VL远大于输入信号VS。在VS变化范围内，二极管的导通与否，完全取决于VL。因而本振信号的极性，决定了哪一对二极管导通。当VL上端为正时，二极管D3和D4导通，D1和D2截止；当 上端为负时，二极管D1和D2导通，D3和D4截止。这样，将图3-1所示的双平衡混频器拆开成图3-2（a）和（b）所示的两个单平衡混频器。图3-2（a）是VL上端为负、下端正期间工作；3-2（b）是VL上端为正、下端为负期间工作。由图3-2（a）和（b）可以看出，VL单独作用在RL上所产生的L分量，相互抵消，故RL上无L分量。由VS产生的分量在VL上正下负期间，经D3产生的分量和经D4产生的分量在RL上均是自下经上。但在VL下正上负期间，则在RL上均是自上经下。即使在VL一个周期内，也是互相抵消的。但是VL的大小变化控制二极管电流的大小，从而控制其等效电阻，因此VS在VL瞬时值不同情况下所产生的电流大小不同，正是通过这一非线性特性产生相乘效应，出现差频与和频。2、电路说明如图3-3所示是四只性能一致的二极管组成环路，具有本振信号VL输入J5和射频信号输VS输入J2， 它们都通过变压器将单端输入变为平衡输入并进行阻抗变换，TP6为中频输出口，是不平衡输出。图3-3 二极管双平衡混频在工作时，要求本振信号VL>VS。使4只二级管按照其周期处于开关工作状态，可以证明，在负载RL的两端的输出电压（可在TP6处测量）将会有本振信号的奇次谐波（含基波）与信号频率的组合分量，即pL±S（p为奇数），通过带通滤波器可以取出所需频率分量L+S（或LS -）。由于4只二极管完全对称，所以分别处于两个对角上的本振电压VL和射频信号VS不会互相影响，有很好的隔离性；此外，这种混频器输出频谱较纯净，噪声低，工作频带宽，动态范围大，工作频率高，工作频带宽，动态范围大，缺点是高频增益小于1。C20、C21、L1：带通滤波器，取出和频分量fLO+fsQ2、C18、T4：组成调谐放大器，将混频输出的和频信号进行放大，以弥补无源混频器的损耗（R8为偏置电阻）五、 测试点说明1、输入点说明J5：本振信号输入端（TH2为其测试口）J2：射频信号输入端（TH1为其测试口）2、输出点说明TP6：混频器输出测试点TP7：带通滤波器输出J3：和频信号输出（TH6为其测试口）六、 实验步骤1、 熟悉实验板上各元件的位置及作用；2、 按下面框图所示，进行连线图3-4 双平衡混频连线框图源端口目的端口连线说明信号源：RF1（Vp-p =300mV f=6.5M）7号板：J5本振信号输入3号板：J1（VSP-P =50mV fS=4.2M）7号板：J2射频信号输入7号板：J3频率计：RF IN混频后信号输出3、 将3号板上S1拨为“00”，S2拨为“01”，调节中周T1使J1输出幅度最大，然后调节W2改变输出信号幅度，使J1输出fS=4.2MHz、VSP-P=50mV4、 用示波器观察混频器输出点TP6波形以及混频输出TH3处波形（调节中周T4使输出最大），并读出频率计上的频率。5、 调节本振信号电压与输入信号电压相近，重做步骤34。七、 实验报告要求1、 写出实验目的和任务2、 计算MIXI混频增益实验四 模拟乘法混频一、 实验目的1、 了解集成混频器的工作原理2、 了解混频器中的寄生干扰二、 实验内容1、 研究平衡混频器的频率变换过程2、 研究平衡混频器输出中频电压Vi与输入本振电压的关系3、 研究平衡混频器输出中频电压Vi与输入信号电压的关系三、 实验仪器1、 信号源模块 1块2、 频率计模块 1块3、 模块 3 1块4、 模块 7 1 块5、 双踪示波器 1台四、 实验原理及实验电路说明在高频电子电路中，常常需要将信号自某一频率变成另一个频率。这样不仅能满足各种无线电设备的需要，而且有利于提高设备的性能。对信号进行变频，是将信号的各分量移至新的频域，各分量的频率间隔和相对幅度保持不变。进行这种频率变换时，新频率等于信号原来的频率与某一参考频率之和或差。该参考频率通常称为本机振荡频率。本机振荡频率可以是由单独的信号源供给，也可以由频率变换电路内部产生。当本机振荡由单独的信号源供给时，这样的频率变换电路称为混频器。混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。本振用于产生一个等幅的高频信号VL，并与输入信号 VS经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。因为模拟相乘器的输出频率包含有两个输入频率之差或和，故模拟相乘器加滤波器，滤波器滤除不需要的分量，取和频或者差频二者之一，即构成混频器。图4-1所示为相乘混频器的方框图。设滤波器滤除和频，则输出差频信号。图4-2为信号经混频前后的频谱图。我们设信号是：载波频率为的普通调幅波。本机振荡频率为。设输入信号为，本机振荡信号为由相乘混频的框图可得输出电压式中 定义混频增益为中频电压幅度与高频电压之比，就有图4-3为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。图4-3 MC1496构成的混频电路MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本实验电路中采用12V，8V供电。R12（820）、R13（820）组成平衡电路，F2为4.5MHz选频回路。本实验中输入信号频率为4.2MHz(由三号板晶体振荡输出)，本振频率8.7MHz。为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。五、 实验步骤1、 打开本实验单元的电源开关，观察对应的发光二极管是否点亮，熟悉电路各部分元件的作用。2、 按照下面框图进行连线图4-4 模拟乘法器混频连线框图源端口目的端口连线说明信号源：RF1（Vp-p =600mV f=8.7M）7号板：J8本振信号输入3号板：J1（VSP-P =300mV fS=4.2M）7号板：J7射频信号输入7号板：J9频率计：RF IN混频后信号输出3、 将3号板上S1拨为“00”，S2拨为“01”，调节T1 及W2，使J1输出fS=4.2MHz、VSP-P=300mV。4、 用示波器对比观察TH8和TH9处波形，并读出频率计上的频率。5、 保持本振电压不变，改变射频信号电压幅度，用示波器观测，记录输出中频电压Vi的幅值，并填入表4-1。VSP-