關於高頻電子線路實驗的分析和介紹

2021-01-09 電子發燒友

「高頻電子線路實驗」是我國高等學校電子與信息類專業和其他相關專業普遍要做的實驗，主要以無線通信系統中的基本單元電路實驗為主要內容，包括單元電路和綜合系統電路實驗。

記得我當年上學的時候，普遍使用麵包板搭電路做實驗，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」。少了自己動手的環節，也許帶來的是簡單高效，「高頻電子線路實驗箱」也不例外，設計生產廠家較多，隨意找到兩個，分別如圖1和圖2所示，可以看出，採用的電路方案和參數大同小異，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

對於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於把實驗做出來，得出結果即可。對於已經在此方面具有一定的工作經驗的技術人員來講，對這些經典電路的理解肯定就又大不一樣了。儘管晶片越做越集成，電子設計大賽通常也要求採用分立器件搭建電路。對於搞硬體研發的工程師，想成為模電設計高手，還必須要深入掌握那些管子，那些分立器件的相關知識，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單調諧迴路諧振放大器 

一、實驗目的 

熟悉電子元器件和高頻電子線路實驗系統；

掌握單調諧迴路諧振放大器的基本工作原理；

熟悉放大器靜態工作點和集電極負載對單調諧放大器幅頻特性（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備 

單調諧迴路諧振放大器模塊（實驗箱）

數字示波器 (MSO2302A)

數字萬用表（DM3058）

直流電源  (DP832A)

頻譜分析儀 (DSA815-TG)

高頻信號源 (DG1062Z)

電纜及附件

整套設置如圖3所示：

圖3：整套實驗設置

三、主要實驗內容 

用DSA815-TG測量單調諧放大器的幅頻特性；

用DSA815-TG觀察集電極負載對單調諧放大器幅頻特性的影響。

用DSA815-TG觀察發射極負載對單調諧放大器幅頻特性的影響。

1.單調諧迴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，可直接觀察到單調諧放大特性曲線，過去常用的掃頻儀已經很過時，為與時代同步，應該採用帶跟蹤源的頻譜分析儀，比如DSA815-TG，由內置的跟蹤源產生可設置頻率範圍的掃頻信號，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，通過一臺信號源產生幅度不變，但可改變頻率的信號，通過數字示波器或頻譜分析儀測出與頻率相對應的單調諧迴路揩振放大器的輸出的電壓值或功率值，然後畫出頻率與幅度的關係曲線，該曲線即為單調諧迴路諧振放大器的幅頻特性。

接下來，我採用帶內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：測量設置

根據電路的諧振頻率範圍設置頻譜儀的掃描範圍，設置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，並在屏幕上顯示出實驗板在當前設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。

圖5：使用DSA815-TG測得的幅頻特性

觀察這個實驗板的單調諧諧振放大器電路的調諧頻率範圍：順時針調整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範圍大概有800KHz。 

圖6：整個電路的頻率調諧範圍

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。

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=2KΩ時的頻響曲線，如圖8中黃色軌跡所示，峰值功率變為-63.14dBm，-3dB帶寬變為1.08MHz。 

圖8：連接Rc=2KΩ時的頻響曲線

通過測試的結果可以發現：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 .觀察發射極負載對單調諧放大器幅頻特性的影響

RC=10KΩ,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。 

圖9：RC=10KΩ,不接Re時的頻響曲線

RC=10KΩ, Re=500Ω時的頻響曲線，如圖10中的黃色軌跡所示，信號出現了嚴重飽和失真。

圖10：RC=10KΩ, Re=500Ω時的頻響曲線

通過以上的測試，可以看到：藉助帶內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變化對單調諧放大器幅頻特性（包括電壓增益、通頻帶、Q值）的影響。

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