电路CAD实验报告

实验一 LC与晶体振荡器电路

一、实验目的

1、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。 2、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。 3、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。 4、比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。 二、实验元器件、仪器、仪表

THKGP系列高频电子实验 1台； 双踪示波器： 20~40MHz； 频率计： 10MHz； 万用表： 1只；

电容 ： 510p：1颗； 1000p：2颗； 2200p一颗； 三、实验原理与参考电路

+12C1104TH1J1T1R133.3KC6560pC2104C4104R22KR110KR310KTP1C310pC5104RA1100KC810pC7104Q13DG6TP2W120KR5510W25kR410KTP3C927pQ23DG612S14343C1047pTP5C13100pTP4Q3S23DG6D1BB149R610KR710KR83.3KC14104D2BB149TP612TP7C20470pL222uHCRY14.19MR101KR118.2KR14510C11104C15102R910KCC15-25pC21104+12J2C22104E110UF/16VTH2L122uHPOWER1LED1LEDC23102+12V+12R122K 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2-1。

1．起振条件

（1）相位平衡条件：Xce和Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗。 （2）幅度起振条件：

式中：gm——晶体管的跨导； n——接入系数；

g L ——晶体管的等效负载电导；

g e ——晶体管的等效输入、输出电导； n一般在0.1-0.5之间取值。 2．电容三点式振荡器

（1）电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器

图2-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容Ci和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。

（2）串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器

电路如图2-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了Ci和Co对频率稳定度的影响，且使频率可调。

（3）并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器

电路如图2-4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。

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，其交流等效电路如图2-5所示。

四、实验内容及步骤

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。

电阻R101-R106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、K102、K103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、K102、K103 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，R111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。在调整LC振荡电路静态工作点时，应短接电感L102（即短接K104 2-3）。三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为6MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。

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，电源指示发光二极管D4和D101点亮。

1．调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流电压（Ue、Ueq）和直流电流（Ie、Ieq）：

（1）组成LC西勒振荡器：短接K1011-2、K1021-2、K103 1-2、K1041-2，并

在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10)在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再用频率计测量其输出频率。 （2）调整静态工作点：短接K104 2-3（即短接电感L102），使振荡器停振，并测量三极管BG101的发射极电压Ueq；然后调整电阻R101的值，使Ueq=0.5V，并计算出电流Ieq（=0.5V/1K=0.5mA）。 （3）量发射极电压和电流：短接K104 1-2，使西勒振荡器恢复工作，测量BG102的发射极电压Ue和Ie。 （4）调整振荡器的输出：改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的输出频率f0为1.5MHz，输出幅度VLo为1.5VP-P。

2．观察反馈系数F对振荡电压的影响：

由原理可知反馈系数Kfu=C106/C107。按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度VL（保持Ueq=0.5V），记录相应的数据，并绘制VL=f（C）曲线。

C107(pf) VL(p-p) 500 1.85 1000 1.60 1500 1.45 2000 1.30 2500 1.00 VL

1.85 1.61.451.30 11.00

10001500200025005000f(MHz)

3．测量振荡电压VL与振荡频率f之间的关系曲线，计算振荡器波段复盖系数f max/ f min：

选择测试点TP102，改变C110值，测量VL随f的变化规律，并找出振荡器的最高频率fmax

和最低频率fmin f (KHz) VL(p-p)

1335 1385 1435 1485 1535 1554 2.20 1.85 1.95 2.00 2.05 2.15 Fmax=1554KHz和Fmin=1335KHz，Fmax/ Fmin=1.16 VL2.001.951.901.851.802.002.052.152.20133513851435148515351554f(MHZ)

4．观察振荡器直流工作点Ieq对振荡电压VL的影响：

保持C107=1000p，fo=1.5MHz不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变Ieq，并测量相应的VL，且把数据记入下表。 5．比较两类振荡器的频率稳定度：

Ieq(mA) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 VL(p-p) 1.1 1.35 1.55 1.75 1.95 2.15 2.25

（1）LC振荡器

保持C107=1000p，Ueq=0.5V，f0=1.5MHz不变，分别测量f1在TP101处和f2在TP102处的频率，观察有何变化？ （2）晶体振荡器

短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107，再观测TP102处的振荡波形，记录幅度VL和频率f0之值。

波形：（正弦波 ）幅度VL =（1.4 VP-P ）频率f0=（5.9993MHz ）。 然后将测试点移至TP101处，测得频率f1 =（5.9992MHz ）。

根据以上的测量结果，试比较两种振荡器频率的稳定度△f/ f0 ：

模拟乘法器调幅（AM、DSB）

一、实验目的

1、 掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑止载波双边带调幅方法。 2、 研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3、 掌握调幅系数的测量与计算方法。

4、 通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅波形。

5、 了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。

6、 掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。

二、实验原理

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

振幅按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。

本实验中载波是465KHz高频信号，10KHz的低频信号为调制信号。 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、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端VX、VY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：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除VXOS、VYOS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。

MC1496的内部原理图和管脚功能如下图所示： SIG+ GADJ

GADJ SIG- BIAS OUT+ NC

12123456714V-108613NC12OUT-411NC10CAR-981235NCCAR+14MC1496各引脚功能如下：

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

实验电路说明

用MC1496集成电路构成的调幅器电路如下图所示。

R41KR11KR31KC21049231+12TH2J1C1104R53.3K7311R63.3KC4104R22008TH1E110uf/16v2R12200R1420010146U1MC1496C310412R71KR810KTH3J313AM,DSB1J5R401k2U2ATL082145R1110KW15K-12R10510R1310KW220KR156.8KR161.5K65U2BTL0827TH6J6SSBC7104C8104D28.2VF1455KR171.5K图中W1用来调节引出脚1、4之间的平衡，器件采用双电源方式供电（＋12V，－8V），所以5脚偏置电阻R15接地。电阻R1、R2、R4、R5、R6为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、10之间；载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高频旁路电容，使8脚交流接地。调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，调制信号VΩ经低频偶合电容E1从1脚输入。2、3脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围。当电阻增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚6、12之间）输出。

三、实验仪器与设备

高频电子线路综合实验箱； 高频信号发生器； 双踪示波器； 万用表。

四、实验内容与步骤

1、静态工作点调测：使调制信号VΩ=0,载波VC=0，调节W1使各引脚偏置电压接近下列参考值： 管脚 1 2 -0.74 3 11 -0.74 0 -7.16 8.7 0 5.93 0 5.93 0 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 -8.2 电压V 0 8.7 0 R11、R12 、R13、R14与电位器W1组成平衡调节电路，改变W1可以使乘法器实现抑止载波的振幅调制或有载波的振幅调制。

为了使MCl496各管脚的电压接近上表，只需要调节W1使1、4脚的电压差接近0V即可，方法是用万用表表笔分别接1、4脚，使得万用表读数接近于0V。

2、抑止载波振幅调制：J1端输入载波信号VC(t),其频率fC=465KHz,峰－峰值VCP－P＝500mV。J5端输入调制信号VΩ(t)，其频率fΩ＝10KHz，先使峰－峰值VΩP－P＝0，调节W1，使输出VO=0(此时ν4＝ν1)，再逐渐增加VΩP－P，则输出信号VO（t）的幅度逐渐增大，于TH3测得。最后出现抑止载波的调幅信号。

VmmaxVmmin3、全载波振幅调制 V m max  V m min ，J1端输入载波信号

mVc(t) , fc=465KHz, VCP－P＝500mV，调节平衡电位器W1，使输出信号VO（t）中有载波输出（此时V1与V4不相等）。再从J5端输入调制信号，其fΩ＝10KHz，当VΩP－P由零逐渐增大时，则输出信号VO（t）的幅度发生变化，最后出现有载波调幅信号的波形,如下图所示，记下AM波对应Vmmax和Vmmin，并计算调幅度m。分别得到m=30%;m=50%和m=100%的AM。

4、加大VΩ，观察波形变化，比较全载波调幅、抑止载波双边带调幅的波形.集成电路（乘法器）构成解调器

解调全载波信号：按调幅实验中实验内容获得调制度分别为30％，50%、100％及>100％的调幅波。将它们依次加至解调器调制信号输入端J11，并在解调器的

载波输入端J8加上与调幅信号相同的载波信号，分别记录解调输出波形，并与调制信号相比。

解调抑制载波的双边带调幅信号：按调幅实验中实验内容的条件获得抑制载波调幅波，加至的调制信号输入端J11，观察记录解调输出波形，并与调制信号相比较。

五、实验数据

（1）全载波振幅调制

m Vmmax / mV Vmmin / mV

波形如下： ○1m=30%:

30％ 180 97 50％ 240 68 100％ 268 0

2m=50% ○

3m=100% ○

4m＞100% ○

该波形已过调幅，这时调制信号振幅过大，即大于载波振幅的一般。

（2）解调全载波信号 m 解调前Vp-p / mV 解调后Vp-p / mV 实验三频率调制与解调电路

一、设计任务与要求

1．了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理。 2．掌握调频器的调制特性及其测量方法。

3．观察寄生调幅现象，了解其产生的原因及其消除方法。 4．了解第二伴音中频的性质。 5．了解集成宽带放大器工作原理。 6．了解斜率鉴频器的基本原理。 二、主要元器件、仪器、仪表

THKGP系列高频电子线路踪合实验箱； 扫频仪 1台；

高频信号发生器； 1台； 低频信号发生器 1台； 双踪示波器 1台； 频率计 1台 万用表 1只； 短路线： 3根。

三、实验原理与参考电路 1．变容二极管直接调频电路

变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图6-1所示。

30％ 76 42 50％ 68 36 100％ 135 69 ＞100% 235 210

直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。 若载波信号是由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。

若在LC振荡回路上并联一个变容二极管，如图4-2所示，并用调制信号电压来控制变容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。

2．电容耦合双调谐回路相位鉴频器 相位鉴频器的组成方框图如6-3示。

图中的线性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信号u1 的瞬时频率变化转换为相位变化的信号u2，然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。

图6-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。

图6-5（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。调频—调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容Cc耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回路，L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上，二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压u由C5两端取出，C5对高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。图（a）中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和Cm 的大小就可调节耦合的松紧程度。由于Cp的容量远大于Cm，Cp 对高频可视为短路。基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图6-5（b）所示。初级电压u1经Cm 耦合，在次级回路产生电压u2，经L2中心抽头分成两个相等的电压221u。由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：uD1=2121u+u和uD2= 2121uu−，随着输入信号频率的变化。u1和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电压发生变化，由此可将调频波变成调幅—调频波，最后由包络检波器检出调制信号。

四、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，然后按实验一的步骤接通实验箱的电源，并按下+12V总电源开关K1，-12V总电源开关K3，函数信号发生实验单元的电源开关K700和本单元电源开关K400，相对应的三个红色发光二极管和三个绿色二极管点亮。 1．振荡器输出的调整 （1）将切换开关K401的1-2接点短接，调整电位器W401使变容二极管D401的负极对地电压为+2V，并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。

（2）调整线圈L402的磁芯和可调电阻R404，使R407两端电压为1.7±0.05V （用直流电压表测量），使振荡器的输出频率为6.5±0.02MHz。 （3）调整电位器W402，使输出振荡幅度为1.6 VP-P。

2．变容二极管静态调制特性的测量 输入端J401无信号输入时，改变变容二极管的直流偏置电压，使反偏电压Ed在0~5.5V范围内变化，分两种情况测量输出频率，并填入下表。 Ed（v） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 不并C404 6.18 6.27 6.36 6.44 6.51 6.60 6.69 6.79 6.86 6.90 6.93 f0MHz 并C404 6.13 6.36 6.53 6.66 6.78 6.91 7.07 7.21 7.28 7.32 7.36 3．相位鉴频器鉴频特性的测试 （1）相位鉴频器的调整

扫频输出探头接TP403，扫频输出衰减30db，Y输入用开路探头接TP404， Y衰减10（20db），Y增幅最大，扫频宽度控制在0.5格/MHz左右，使用内频标观察和调整6.5MHz鉴频S曲线，可调器件为L406，T401，C426，C428，C429 五个元件。其主要作用为： T401、C428 调中心6.5MHz至X轴线。 L406、C426 调上下波形对称。

C429 调中心6.5MHz附近的的线性。 （2）鉴频特性的测试

使高频信号发生器输出载波CW，频率6.5MHz, 幅度0.4 VP-P，接入输入端TP403，用直流电压表测量输出端TP405对地电压（若不为零，可略微调T401和C428，使其为零），然后在5.5MHz~7.5MHz范围内，以相距0.2MHz的点频，测得相应的直流输出电压，并填入下表。 5.7 5.9 6.1 6.3 6.5 6.7 6.9 7.1 7.3 7.5 f(MHz) 5.5 V0(mV) -1150 -780 -570 -390 -200 0 290 710 1120 1220 1040 绘制f-VO曲线，并按最小误差画出鉴频特性的直线（用虚线表示）

710Vo112029005.5-780-1150-5706-200-3906.577.512201040

（3）相位鉴频器的解调功能测量

f使高频信号发生器输出FM调频信号，幅度为0.4 VP-P，频率为6.5MHz，频偏最大，并接入电路输入端J403，在输出端TP405测量解调信号：

波形：（正弦）波 频率：（1）K幅度：（0.2）VP-P（允许略微调节T401）。 4．变容二极管动态调制特性的测量

在变容二极管调频器的输入端J401接入1K的音频调制信号Vi。将K401 的1-2短接，令Ed=2V，连接J402与J403。用双踪示波器同时观察调制信号与解调信号，改变Vi的幅度，测量输出信号，结果填入下表。 V1（Vp-p） 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 V0（Vp-p） 0.0 0.03 0.07 0.1 0.13 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.32 0.36 0.4 0.42

1.5MHZ1.49MHZ0.667%1.5MHZ5.9993MHZ5.9992MHZ晶体振荡器 f/f00.00167%5.9993MHZLC振荡器 f/f0