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關(guān)于高頻電子線路實驗的分析和介紹

普源精電RIGOL ? 來源:djl ? 2019-10-09 15:47 ? 次閱讀

“高頻電子線路實驗”是我國高等學校電子與信息類專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)普遍要做的實驗,主要以無線通信系統(tǒng)中的基本單元電路實驗為主要內(nèi)容,包括單元電路和綜合系統(tǒng)電路實驗。

記得我當年上學的時候,普遍使用面包板搭電路做實驗,而這些年來,為配合各種教學實驗而誕生的形形色色的“實驗箱”已成為我國“一道風景線”。少了自己動手的環(huán)節(jié),也許帶來的是簡單高效,“高頻電子線路實驗箱”也不例外,設(shè)計生產(chǎn)廠家較多,隨意找到兩個,分別如圖1和圖2所示,可以看出,采用的電路方案和參數(shù)大同小異,做工工藝“有儉有奢”。

圖1:高頻電子線路實驗箱1

圖2:高頻電子線路實驗箱2

對于正在上學的一部分學生來講,初做這些實驗的時候可能只是忙于把實驗做出來,得出結(jié)果即可。對于已經(jīng)在此方面具有一定的工作經(jīng)驗的技術(shù)人員來講,對這些經(jīng)典電路的理解肯定就又大不一樣了。盡管芯片越做越集成,電子設(shè)計大賽通常也要求采用分立器件搭建電路。對于搞硬件研發(fā)的工程師,想成為模電設(shè)計高手,還必須要深入掌握那些管子,那些分立器件的相關(guān)知識,當然,布線也非常重要。

下面,我就利用一些當代電子測試測量儀器,也來對這些用分立器件搭起來的實驗板上的這些經(jīng)典的“高頻電子線路”按我的興趣做一做實驗。既然是高頻,講的又多是頻域的概念,那就理應要多使用當代流行的頻譜分析儀來進行相關(guān)的測試,這樣可以更好地幫助學生來理解這些實驗課的目的,更直觀地達到實驗效果。

實驗1單調(diào)諧回路諧振放大器

一、實驗目的

熟悉電子元器件和高頻電子線路實驗系統(tǒng);

掌握單調(diào)諧回路諧振放大器的基本工作原理;

熟悉放大器靜態(tài)工作點和集電極負載對單調(diào)諧放大器幅頻特性(包括電壓增益、通頻帶、Q值)的影響;

掌握測量放大器幅頻特性的方法;

二、做本實驗時用到的儀器設(shè)備

單調(diào)諧回路諧振放大器模塊(實驗箱)

數(shù)字示波器 (MSO2302A)

數(shù)字萬用表(DM3058)

直流電源 (DP832A)

頻譜分析儀 (DSA815-TG)

高頻信號源 (DG1062Z)

電纜及附件

整套設(shè)置如圖3所示:

圖3:整套實驗設(shè)置

三、主要實驗內(nèi)容

用DSA815-TG測量單調(diào)諧放大器的幅頻特性;

用DSA815-TG觀察集電極負載對單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響。

用DSA815-TG觀察發(fā)射極負載對單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響。

1.單調(diào)諧回路諧振放大器幅頻特性測量

測量幅頻特性通常有兩種方法:掃頻法和點測法。自動掃頻法簡單直觀,可直接觀察到單調(diào)諧放大特性曲線,過去常用的掃頻儀已經(jīng)很過時,為與時代同步,應該采用帶跟蹤源的頻譜分析儀,比如DSA815-TG,由內(nèi)置的跟蹤源產(chǎn)生可設(shè)置頻率范圍的掃頻信號,由頻譜儀的測量諧振放大器的輸出信號,在屏幕上自動顯示出放大器的幅頻特性曲線。

點測法可看成是手動的掃頻法,通過一臺信號源產(chǎn)生幅度不變,但可改變頻率的信號,通過數(shù)字示波器或頻譜分析儀測出與頻率相對應的單調(diào)諧回路揩振放大器的輸出的電壓值或功率值,然后畫出頻率與幅度的關(guān)系曲線,該曲線即為單調(diào)諧回路諧振放大器的幅頻特性。

接下來,我采用帶內(nèi)置跟蹤源的頻譜分析儀DSA815-TG直接測量放大器的幅頻特性曲線。

圖4:測量設(shè)置

根據(jù)電路的諧振頻率范圍設(shè)置頻譜儀的掃描范圍,設(shè)置DSA815-TG的起始頻率和終止頻率。DSA815-TG開始對電路進行掃描測量,并在屏幕上顯示出實驗板在當前設(shè)置下的諧振的頻響曲線,如圖5所示,通過標尺測得峰值處的頻率為10.9MHz,功率為-51.3dBm。

關(guān)于高頻電子線路實驗的分析和介紹

圖5:使用DSA815-TG測得的幅頻特性

觀察這個實驗板的單調(diào)諧諧振放大器電路的調(diào)諧頻率范圍:順時針調(diào)整Ct,使電容值逐步變小,頻率逐步升高,利用DSA815-TG的軌跡最大保持功能將整個變化過程記錄下來,在屏幕上顯示出整個過程的頻響曲線,如圖6中黃色軌跡所示。通過標尺可以測得從左到右整個頻率變化范圍大概有800KHz。

關(guān)于高頻電子線路實驗的分析和介紹

圖6:整個電路的頻率調(diào)諧范圍

除了圖6所示的10.9 MHz頻率諧振點的幅頻特性曲線,還通過標尺可以這些諧振頻點的帶寬,比如-3dB帶寬,測得的帶寬為283.3KHz,如圖7所示。

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圖7:使用DSA815-TG測得的幅頻特性及帶寬

2. 觀察集電極負載對單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響

不接Rc時的頻響曲線,如圖7所示,峰值功率為-51.3dBm,-3dB帶寬為283.3KHz。

連接不同阻值的Rc, 得到不同的頻響曲線,比如,當Rc=2K?時的頻響曲線,如圖8中黃色軌跡所示,峰值功率變?yōu)?63.14dBm,-3dB帶寬變?yōu)?.08MHz。

關(guān)于高頻電子線路實驗的分析和介紹

圖8:連接Rc=2K?時的頻響曲線

通過測試的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):不接Rc時,幅頻特性的幅值最大,曲線最“瘦”,Q值最高,帶寬最小;而當Rc阻值逐步變小時,幅頻特性的幅值也逐步減小,曲線逐步變“胖”,Q值逐步降低,帶寬逐步加大。

3 .觀察發(fā)射極負載對單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響

RC=10K?,不接Re時的頻響曲線,如圖9所示,峰值功率為

-55.07dBm,-3dB帶寬為416.7KHz。

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圖9:RC=10K?,不接Re時的頻響曲線

RC=10K?, Re=500?時的頻響曲線,如圖10中的黃色軌跡所示,信號出現(xiàn)了嚴重飽和失真。

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圖10:RC=10K?, Re=500?時的頻響曲線

通過以上的測試,可以看到:借助帶內(nèi)置跟蹤源的頻譜分析儀DSA815-TG可以清楚地觀察和測量電路的特性,可以直觀地幫助理解電路的各種參數(shù)變化對單調(diào)諧放大器幅頻特性(包括電壓增益、通頻帶、Q值)的影響。

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