微測(cè)系列：高校“高頻電子線路實(shí)驗(yàn)”（1）

“高頻電子線路實(shí)驗(yàn)”是我國(guó)高等學(xué)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(shí)驗(yàn)，主要以無線通信系統(tǒng)中的基本單元電路實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容，包括單元電路和綜合系統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)。

記得我當(dāng)年上學(xué)的時(shí)候，普遍使用面包板搭電路做實(shí)驗(yàn)，而這些年來，為配合各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)而誕生的形形色色的“實(shí)驗(yàn)箱”已成為我國(guó)“一道風(fēng)景線”。少了自己動(dòng)手的環(huán)節(jié)，也許帶來的是簡(jiǎn)單高效，“高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱”也不例外，設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家較多，隨意找到兩個(gè)，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(shí)驗(yàn)箱1

圖2：高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱2

對(duì)于正在上學(xué)的一部分學(xué)生來講，初做這些實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可能只是忙于把實(shí)驗(yàn)做出來，得出結(jié)果即可。對(duì)于已經(jīng)在此方面具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員來講，對(duì)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(jì)大賽通常也要求采用分立器件搭建電路。對(duì)于搞硬件研發(fā)的工程師，想成為模電設(shè)計(jì)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(shí)，當(dāng)然，布線也非常重要。

下面，我就利用一些當(dāng)代電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器，也來對(duì)這些用分立器件搭起來的實(shí)驗(yàn)板上的這些經(jīng)典的“高頻電子線路”按我的興趣做一做實(shí)驗(yàn)。既然是高頻，講的又多是頻域的概念，那就理應(yīng)要多使用當(dāng)代流行的頻譜分析儀來進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，這樣可以更好地幫助學(xué)生來理解這些實(shí)驗(yàn)課的目的，更直觀地達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。

實(shí)驗(yàn)1單調(diào)諧回路諧振放大器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>·熟悉電子元器件和高頻電子線路實(shí)驗(yàn)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(diǎn)和集電極負(fù)載對(duì)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(cè)量放大器幅頻特性的方法；

二、做本實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的儀器設(shè)備

·單調(diào)諧回路諧振放大器模塊（實(shí)驗(yàn)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(hào)源(DG1062Z)
·電纜及附件

整套設(shè)置如圖3所示：

圖3：整套實(shí)驗(yàn)設(shè)置

三、主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

·用DSA815-TG測(cè)量單調(diào)諧放大器的幅頻特性；
·用DSA815-TG觀察集電極負(fù)載對(duì)單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響。
·用DSA815-TG觀察發(fā)射極負(fù)載對(duì)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(cè)量

測(cè)量幅頻特性通常有兩種方法：掃頻法和點(diǎn)測(cè)法。自動(dòng)掃頻法簡(jiǎn)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(shí)，為與時(shí)代同步，應(yīng)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(hào)，由頻譜儀的測(cè)量諧振放大器的輸出信號(hào)，在屏幕上自動(dòng)顯示出放大器的幅頻特性曲線。

點(diǎn)測(cè)法可看成是手動(dòng)的掃頻法，通過一臺(tái)信號(hào)源產(chǎn)生幅度不變，但可改變頻率的信號(hào)，通過數(shù)字示波器或頻譜分析儀測(cè)出與頻率相對(duì)應(yīng)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(cè)量放大器的幅頻特性曲線。

圖4：測(cè)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(duì)電路進(jìn)行掃描測(cè)量，并在屏幕上顯示出實(shí)驗(yàn)板在當(dāng)前設(shè)置下的諧振的頻響曲線，如圖5所示，通過標(biāo)尺測(cè)得峰值處的頻率為10.9MHz，功率為-51.3dBm。

圖5：使用DSA815-TG測(cè)得的幅頻特性

·觀察這個(gè)實(shí)驗(yàn)板的單調(diào)諧諧振放大器電路的調(diào)諧頻率范圍：順時(shí)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(gè)變化過程記錄下來，在屏幕上顯示出整個(gè)過程的頻響曲線，如圖6中黃色軌跡所示。通過標(biāo)尺可以測(cè)得從左到右整個(gè)頻率變化范圍大概有800KHz。

圖6：整個(gè)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(diǎn)的幅頻特性曲線，還通過標(biāo)尺可以這些諧振頻點(diǎn)的帶寬，比如-3dB帶寬，測(cè)得的帶寬為283.3KHz，如圖7所示。

圖7：使用DSA815-TG測(cè)得的幅頻特性及帶寬

2. 觀察集電極負(fù)載對(duì)單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響

·不接Rc時(shí)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(dāng)Rc=2K?時(shí)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。

圖8：連接Rc=2K?時(shí)的頻響曲線

通過測(cè)試的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：不接Rc時(shí)，幅頻特性的幅值最大，曲線最“瘦”，Q值最高，帶寬最小；而當(dāng)Rc阻值逐步變小時(shí)，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(fù)載對(duì)單調(diào)諧放大器幅頻特性的影響

·RC=10K?,不接Re時(shí)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=10K?,不接Re時(shí)的頻響曲線

·RC=10K?, Re=500?時(shí)的頻響曲線，如圖10中的黃色軌跡所示，信號(hào)出現(xiàn)了嚴(yán)重飽和失真。

圖10：RC=10K?, Re=500?時(shí)的頻響曲線

通過以上的測(cè)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(cè)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(duì)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。