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XK-GP1高频电子线路实验箱详细指南:16个关键实验项目
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更新于2024-06-28
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"XK-GP1型高频电子线路实验箱是一套专注于高频电子电路实验教学的设备,提供了丰富的实验项目,旨在帮助学生深入理解和掌握高频电子技术的基础原理和应用。这份详细的实验指导书涵盖了从基础到高级的多个实验,每个实验都有明确的目标和步骤,以便于学习者逐步提升技能。 实验一:高频小信号调谐放大器 本实验着重于理解并构建一个基本的高频信号放大器,学生将学习如何通过选择性地放大特定频率来实现信号的精细控制。这涉及到放大器的设计、参数调整以及对放大性能的评估。 实验二:集成选频放大器 实验二进一步深化了频率响应的理解,使用集成电路实现选频功能,学生会学习到集成电路在信号处理中的优势,并学会如何优化选频网络。 实验三:二极管双平衡混频器 在这个实验中,学生将研究二极管在混频器中的作用,理解如何将高频信号转换为低频信号,这对于信号处理和通信系统至关重要。 实验四至十五:更多高级实验 后续的实验包括模拟乘法器(实现复杂的信号运算)、三极管变频与振荡器设计(频率变换和信号产生技术)、功率放大器(区分线性与非线性工作模式)、调制与解调技术(如调幅、检波和鉴频)以及高级同步系统如模拟锁相环等。这些实验不仅锻炼了学生的实践能力,也提升了他们对信号处理链各个环节的理解。 每个实验都包含了理论介绍、步骤指南、所需设备清单和预期结果的分析,确保学生能够在实践中掌握高频电子电路的核心知识。通过这些实验,学生可以提升信号处理技术、测量技巧以及故障排查能力,为未来的电子工程职业发展打下坚实的基础。"
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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 Vo 和工作电流 I
e
对中频输出
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-l。图中Vs 为输入信号电压,V
L
为本机振荡电
压。在负载电阻 RL 上产生差频与和频,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),即可取得所需的混频频率。
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-l 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
])(
!
1
...)(
!2
1
[)1(
2 n
TTT
s
V
v
s
V
v
nV
v
V
v
IeIi
T
�����
当加到二极管两端的电压V为输入信号 Vs 和本振电压 V
L
之和时,V
2
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 n 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V
2
项大一倍)产生的输入信号频率分量
和本振频率分量。
Vs
D1
D2
D3
D4
Rs
Ro
T1 T2
VL
Rs
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(pω
L
±ω
S
)( p 为奇数)的组合频率分量,而抵消了ω
L
、ω
S
以及 p 为偶数(pω
L
±ω
S
)众多组合频率分量。
图 3-2 双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器
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ω
L
、ω
S
的
抑制作用。
我们将图 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。
实际电路中,本振信号 V
L
大于输入信号 Vs。可以近似认为,二极管的导通与否,完全取决
于 V
L
的极性。当 V
L
上端为正时,二极管 D3 和 D4 导通,D1 和 D2 截止,也就是说,图 3-2(a)
表示单平衡混频器工作,(b)表示单平衡混频器不工作。若 V
L
下端为正时,则两个单平衡混
频器的工作情况对调过来。
由图 3-2(a)和(b)可以看出,V
L
单独作用在 R
L
上所产生的ω
L
分量,相互抵消,故 R
L
上
无ω
L
分量。由 Vs 产生的分量在 V
L
上正下负期间,经 D3 产生的分量和经 D4 产生的分量
在 R
L
上均是自上经下。但在 V
L
下正上负期间,则在 R
L
上均自上经下。即使在 V
L
一个周
期内.也是互相抵消的。但是 V
L
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 V
L
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 V
L
输入 J4 和射频信
号输 Vs 输入 J3,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。
在工作时,要求本振信号 V
L
>Vs。使 4 只二极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)
与信号频率的组台分量,即 pω
L
±ω
S
(p 为奇数),通过带通滤波器可以取山所需频率分量
ω
L
+ω
S
。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 V
L
和射频信号 V
S
Vs
D1
D3
Rs
Ro
T1 T2
VL
Rs
Vs
D2
D4
Rs
Ro
T1 T2
VL
Rs
( a )
( b )
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。
图 3-3 二极管双平衡混频
J4:本振信号输入端(TH1 为其测试口)
J3:射频信号输入端(TH2 为其测试口)
TP5:混频输出测试口。
C13、C14、L1:带通滤波器,取出和频分量 f
LO
+f
S
Q2、C16、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(R11 为偏置电阻)
四、实验步骤
1.熟悉实验板上并元件的位置及作用。
2 . 将 f
S
=4.19MHz 、 Vsp-p=400mV ( 由 2 号 板 提 供 ) 的 射 频 电 压 加 到 J3 端 , 将
f
L
=8.7MHz(由高频信号源提供)、V
LP-P
=1V 的本振信号加到 J4 端(可分别在 TH2 和
THl 处测其电压)。
3.用示波器观察 TP5 波形。
4.用示波器观察 TH3 输出波形
5.用频谱仪观察输出频谱。
6.用频率计测量混频前后波形的频率。
7.调节本振信号电压与输入信号电压相近,重做步骤 3~6。
五、实验报告要求
l.写出实验目的和任务
2.计算 MIXI 混频增益。
六、实验仪器
1 高频实验箱 1 台
2 双踪示波器 1 台
3 频谱仪 1 台
C16
104
Q2
9011
J3
T4
TRANS4
C11
104
R11
220K
C15
104
+12V
J5
TH2
TH3
TP6
TP7
C14
101
C13
101
C12
104
J4
TH1
L1
1.2uH
8 2
7 3
6 4
5 1
MIX1
HSPL-1
TP5
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