內容簡介
《通信電子電路實驗指導(第2版)/高等院校信息與通信工程係列教材》是關於通信電子電路課程的實驗教材,共包括4章內容,即通信電子電路基礎實驗、通信電子電路綜閤實驗、通信電子電路軟件仿真與分析和常用儀器介紹。從9個基礎實驗入手,介紹瞭通信電子電路單元電路的實驗原理和測試方法;在此基礎上介紹瞭由單元電路組成的典型通信係統的綜閤性實驗,這些實驗與實際緊密結閤,再現瞭高頻工程環境;然後引入MATLAB和PSpice電路仿真,拓寬瞭實驗分析的思路和方法。實驗內容既有基礎性、設計型的,又有綜閤型的;既有硬件電路,又有軟件仿真,內容全麵,實用性強。
《通信電子電路實驗指導(第2版)/高等院校信息與通信工程係列教材》可以作為高校通信、電子信息等專業通信電子電路或高頻電路課程的實驗指導書,也可以作為通信電子電路領域的工程技術人員的參考書。
作者簡介
《通信電子電路實驗指導》第1版於2006年12月齣版。為瞭適應我國高等教育改革的形勢和教學第一綫的實際需求,由清華大學齣版社齣版、於洪珍教授主編的《通信電子電路》立體化教材包括主教材、教學參考書等都已經再版,《通信電子電路實驗指導》作為該立體化教材的配套教材之一,也應進行再版。
此次再版,是根據新研製的通信電子電路實驗箱對第1章和2.1節內容進行瞭重新編寫和擴充。具體如下:
(1) 第1章中由原來的5個基礎實驗擴展為9個,不僅將原有實驗包括調諧功率放大器、改進型電容三點式振蕩器和調幅與檢波等電路重新進行瞭設計,調整瞭頻率,完善瞭功能,而且還擴充瞭6個實驗,包括小信號調諧放大器、雙調諧迴路諧振放大器、石英晶體振蕩器設計、變容二極管調頻與相位鑒頻器、晶體三極管混頻器及中頻放大器等。其中小信號調諧放大器和石英晶體振蕩器為設計型實驗。
(2) 2.1節的內容由超外差調幅式收音機實驗,改為調幅發射與接收實驗,並結閤實際做綜閤實驗的情況,將原來的1.4節鎖相環調頻發射機實驗和1.5節鎖相環鑒頻接收機實驗調整為2.2節鎖相環調頻發射與鑒頻接收實驗,相應電路也做瞭修改。
(3) 根據新研製的通信電子電路實驗箱重新編寫瞭附錄。
(4) 解決瞭第1版在使用中發現的問題,改正瞭個彆錯誤。
本書仍然立足大學本科生 “通信電子電路”課程的配套實驗教材,全書共有4章內容,即通信電子電路基礎實驗、通信電子電路綜閤實驗、通信電子電路軟件仿真與分析和常用儀器介紹。
本書由王艷芬、劉洪彥、馮偉編寫。編寫分工為: 王艷芬編寫瞭第3章和2.1節、2.2節,劉洪彥編寫瞭第1章和4.1節以及附錄,馮偉編寫瞭2.3節和4.2節、4.3節。於洪珍教授審閱瞭全書,並提齣許多寶貴的意見。
由於編者水平有限,書中肯定存在不少問題和錯誤,誠摯希望廣大讀者批評指正。
編者
2013年6月
內頁插圖
目錄
第1章 通信電子電路基礎實驗
1.1 小信號調諧放大器設計
1.2 雙調諧迴路諧振放大器實驗
1.3 調諧功率放大器實驗
1.4 改進型電容三點式振蕩器實驗
1.5 石英晶體振蕩器設計
1.6 調幅與檢波實驗
1.7 變容二極管調頻與相位鑒頻器實驗
1.8 晶體三極管混頻器實驗
1.9 中頻放大器實驗
第2章 通信電子電路綜閤實驗
2.1 調幅發射與接收實驗
2.1.1 調幅發射機
2.1.2 調幅接收機
2.1.3 調幅發射與接收係統的聯調
2.2 鎖相環調頻發射與鑒頻接收實驗
2.2.1 鎖相環調頻發射機
2.2.2 鎖相環鑒頻接收機
2.3 36MHz中功率調頻無綫發射、接收機實驗
2.3.1 36MHz中功率調頻無綫發射機的綜閤調測
2.3.2 36MHz無綫調頻接收機的綜閤調測
第3章 通信電子電路軟件仿真與分析
3.1 通信電子電路MATLAB仿真與分析
3.1.1 MATLAB仿真軟件簡介
3.1.2 振幅調製與解調的MATLAB仿真
3.1.3 頻率調製與解調的MATLAB仿真
3.1.4 變頻器的MATLAB仿真
3.1.5 無綫電調幅廣播發射與接收係統的MATLAB仿真
3.2 通信電子電路PSpice仿真與分析
3.2.1 PSpice電路仿真軟件簡介
3.2.2 小信號調諧放大器PSpice電路仿真
3.2.3 高頻調諧功率放大器PSpice電路仿真
3.2.4 LC振蕩器的PSpice電路仿真
3.2.5 集電極調幅電路的PSpice仿真
3.2.6 場效應管變頻器的PSpice電路仿真
第4章 常用儀器介紹
4.1 DS5022M 數字存儲示波器
4.2 BT3GⅡ型頻率特性測試儀
4.3 高頻Q錶QBG��
附錄通信電子電路實驗箱
簡介
參考文獻
精彩書摘
5.實驗內容與步驟
1)雙調諧迴路諧振放大器幅頻特性測量
本實驗仍采用點測法,即保持輸入幅度不變,改變輸入信號的頻率,測齣與頻率相對應的雙調諧放大器的輸齣幅度,然後畫齣頻率與幅度的關係麯綫,該麯綫即為雙調諧迴路放大器的幅頻特性。
(1)幅頻特性測量。2K02往上撥,接通2C05(30pF)。高頻信號源輸齣頻率6.3MHz,幅度200mV(注意高頻信號源開關K208往下撥),然後用電纜接人雙調諧放大器的輸入端(IN)。2K03往下撥,使高頻信號送人放大器輸入端。示波器CHl接2TPOl,示波器CH2接放大器的輸齣(2TP02)端。反復調整;04、2C11使雙調諧放大器輸齣為最大值,此時迴路諧振於6.3MHz。
(2)保持高頻信號源輸齣幅度峰一峰值為200mV不變,改變高頻信號源的頻率,從示波器上讀齣與頻率相對應的雙調諧放大器輸齣的幅度值,並把數據記錄在自製的幅頻特性數據錶格中。
(3)以橫軸為頻率、縱軸為幅度,根據實驗所測數據,畫齣雙調諧放大器的幅頻特性麯綫。
(4)按照上述方法測齣耦閤電容為2C06(10pF,2K02撥嚮下方)時的幅頻特性麯綫。
2)放大器動態範圍測量
(1)2K02撥嚮上方,接通2C05。調整高頻信號源頻率為6.3MHz,幅度60mV,2K03撥嚮下方,使高頻信號源輸齣的信號送人放大器輸入端,示波器CHl接2TP0l,示波器CH2接雙調諧放大器的輸齣(2TP02)端。反復調整2(204、2C11,使雙調諧放大器輸齣為最大值,此時迴路諧振於6.3MHz。
(2)改變高頻信號源的輸齣幅度,使放大器輸入幅度在60-1200mV之間,從示波器上讀齣放大器所對應輸齣幅度值,並把數據記錄在自製的數據錶格中,並且計算齣放大器電壓放大倍數值。可以發現,當放大器的輸入增大到一定數值時,放大倍數開始下降,輸齣波形開始畸變(失真)。
6.實驗預習要求
(1)認真閱讀雙調諧迴路諧振放大器的有關內容。
(2)熟悉實驗參考電路及實驗步驟,畫齣所測數據的錶格。
(3)熟悉所需儀器使用方法。
7.實驗報告要求
(1)畫齣耦閤電容為2(205和2C06兩種情況下的幅頻特性麯綫,計算一3dB帶寬,並由此說明其優缺點。
(2)當放大器輸入幅度增大到一定程度時,輸齣波形會發生什麼變化?為什麼?
(3)畫齣放大器電壓放大倍數與輸人電壓幅度之間的關係麯綫。若把放大器的動態範圍定義為放大倍數下降1dB時對應的輸入電壓幅度,試求本放大器的動態範圍。
(4)總結實驗所獲得的體會。
……
《通信電子電路實驗指導(第2版)》:探索信息傳輸的基石 本書是一本深入淺齣的通信電子電路實驗指導,旨在為信息與通信工程專業的學生和研究人員提供紮實實驗技能和理論基礎。通信電子電路是現代通信係統的核心組成部分,其設計、分析和實現直接關係到信息傳輸的效率、可靠性和安全性。通過本書,讀者將係統地學習到各類通信電子電路的原理、特性以及實際應用,並能在動手實踐中加深理解,掌握關鍵技術。 第一章:緒論 本章首先對通信電子電路在整個通信係統中的地位和重要性進行概述,強調其在信號的産生、處理、傳輸和接收過程中不可或缺的作用。我們將介紹通信係統典型的框圖,並逐一分析各組成部分的功能,在此基礎上,引齣通信電子電路作為這些組成部分的關鍵實現技術。 接著,本章將詳細闡述通信電子電路實驗的重要性。實驗不僅僅是理論知識的驗證,更是培養學生分析問題、解決問題能力,以及實際動手操作和儀器使用能力的關鍵環節。通過實驗,學生能夠直觀地感受理論公式的含義,理解電路工作時的動態變化,發現理論分析中的不足,並學習如何根據實際情況調整和優化電路設計。 隨後,本章會提供實驗前、實驗中和實驗後的注意事項,包括實驗儀器的正確使用方法、實驗安全規程、數據記錄的要求以及實驗報告的撰寫規範。對這些基本規範的詳細介紹,將有助於讀者養成嚴謹細緻的科學態度,為後續實驗的順利進行打下堅實基礎。 最後,本章將簡要介紹本書的結構和各章節的學習重點,引導讀者形成清晰的學習路徑,更好地利用本書進行學習和實踐。 第二章:放大電路基礎 放大電路是通信電子電路中最基本也是最重要的單元電路之一,其核心功能是將微弱的信號放大到足以進行後續處理的水平。本章將從最基礎的晶體管放大電路入手,深入講解其工作原理。 我們將首先迴顧半導體二極管和三極管的基本特性,這是理解放大電路工作原理的基礎。隨後,我們將重點介紹單級放大電路的各種組態,包括共發射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路。對於每種組態,我們將詳細分析其靜態工作點(Q點)的設置方法,包括偏置電路的設計,以及靜態工作點對放大電路性能的影響。 理論分析部分,我們將深入探討放大電路的動態分析,包括電壓增益、電流增益、輸入電阻和輸齣電阻的計算。我們將使用AC等效電路模型,一步步推導齣這些關鍵參數的計算公式,並結閤實例進行講解。 在頻率響應方麵,我們將分析放大電路在高頻和低頻段的幅頻特性和相頻特性,闡述電容充放電對低頻響應的影響,以及寄生電容在高頻響應中的作用。我們將引入半功率點(-3dB點)的概念,並討論如何通過調整電路參數來擴展放大電路的工作頻率範圍。 最後,本章將通過一係列精心設計的實驗,讓讀者親手搭建和調試共發射極、共集電極和共基極放大電路。實驗內容將涵蓋靜態工作點的測量與調整、電壓和電流增益的測量、輸入輸齣電阻的測量以及頻率響應的測試。通過這些實驗,讀者將深刻理解不同組態放大電路的特性差異,以及實際電路與理論分析之間的聯係與區彆,並學習如何使用示波器、信號發生器、萬用錶等常用電子儀器進行精確測量。 第三章:多級放大電路 在實際的通信係統中,單級放大電路往往難以滿足對增益和帶寬的要求。多級放大電路通過將多個放大級聯接起來,可以獲得更高的增益和更優的頻率響應。本章將深入探討多級放大電路的設計和分析。 我們將首先介紹直接耦閤、RC耦閤和變壓器耦閤這幾種常見的級聯方式,並分析它們各自的優缺點,包括通頻帶、增益、相位失真以及對直流工作點的影響。 隨後,我們將重點分析多級放大電路的電壓和電流增益計算。當級聯多個放大電路時,總增益等於各級增益的乘積。我們還將討論級聯電路輸入和輸齣電阻的變化規律。 本章的重點之一是多級放大電路的頻率響應。級聯的放大電路的通頻帶會受到各級放大電路的限製,總的通頻帶通常比單級電路的通頻帶更窄。我們將分析多級放大電路的低頻和高頻截止頻率,並介紹如何通過優化各級電路的設計來改善整體的頻率響應。 此外,我們還將介紹反饋的概念及其在放大電路中的應用。反饋可以是負反饋或正反饋,它們會對放大電路的增益、帶寬、輸入輸齣電阻以及穩定性産生重要影響。負反饋通常用於提高放大電路的穩定性、降低失真和擴展帶寬,而正反饋則常用於振蕩電路。 實驗部分,我們將引導讀者搭建不同耦閤方式的多級放大電路,如RC耦閤兩級放大電路。實驗將側重於測量多級放大電路的總增益,分析級聯對頻率響應的影響,並驗證負反饋對放大電路性能的改善作用。讀者將學習如何根據實驗結果來評估電路的性能,並掌握如何對多級放大電路進行優化設計。 第四章:信號的産生——振蕩電路 振蕩電路是通信電子電路中産生周期性信號的電路,廣泛應用於載波信號的生成、時鍾信號的産生以及各種信號發生器中。本章將深入講解振蕩電路的基本原理和常見類型。 我們將從振蕩電路産生的基本條件——阿侖條件(Barkhausen criterion)入手,即正反饋和增益條件。理解這兩個條件是掌握各種振蕩電路工作原理的關鍵。 隨後,我們將詳細介紹幾種經典的振蕩電路,包括RC振蕩電路(如韋恩電橋振蕩器、移相振蕩器)和LC振蕩電路(如哈特萊振蕩器、考畢茲振蕩器)。對於每種振蕩電路,我們將分析其振蕩原理、正反饋網絡的結構以及決定振蕩頻率的元件。 我們還將討論振蕩電路的起振和穩幅問題。起振是指振蕩電路從無到有産生信號的過程,而穩幅則是指在振蕩過程中維持輸齣信號幅度的穩定。本章將介紹多種穩幅方法,如使用二極管、場效應管或熱敏電阻等非綫性元件。 在實驗部分,讀者將親手搭建和調試RC振蕩器和LC振蕩器。實驗將重點在於測量振蕩頻率的準確性,觀察和調整輸齣信號的波形,並嘗試不同的穩幅方法,比較它們的穩幅效果。通過實驗,讀者將深刻理解振蕩電路的組成和工作方式,並掌握如何設計和調試滿足特定頻率和幅度要求的振蕩器。 第五章:信號的變換與處理——濾波電路 濾波電路在通信電子電路中扮演著至關重要的角色,它能夠選擇性地通過或阻止特定頻率範圍的信號,從而實現信號的淨化、分離和頻譜分析。本章將深入講解各種類型的濾波電路。 我們將首先介紹濾波器分類的基本原則,包括按頻率特性分類(低通、高通、帶通、帶阻)和按階數分類。 隨後,我們將詳細講解RC和RL無源濾波電路。對於這些簡單的電路,我們將分析其幅頻特性和相頻特性,並介紹計算其截止頻率的方法。 接著,我們將重點介紹有源濾波電路,特彆是基於運算放大器的濾波電路,如Sallen-Key濾波器和多重反饋濾波器。我們將分析這些電路如何通過引入放大器來提高濾波器的性能,例如實現更高的Q值、更陡峭的滾降斜率以及實現帶通和帶阻濾波。 本章還將探討濾波器設計中的一些關鍵指標,如中心頻率、帶寬、插入損耗、滾降斜率以及阻帶衰減。我們將介紹Butterworth、Chebyshev和Bessel等幾種典型的濾波器設計逼近方法,並解釋它們各自的特點和適用場景。 在實驗環節,讀者將搭建和測試RC、RL無源濾波器以及基於運算放大器的有源濾波器。實驗內容將涵蓋不同類型濾波器的幅頻特性測量,包括低通、高通、帶通和帶阻濾波。讀者將學習如何根據測量結果來評估濾波器的性能,並根據設計要求來調整濾波電路的參數,以達到所需的濾波效果。 第六章:信號的調製與解調 調製是通信電子電路中最核心的技術之一,它將信息信號加載到高頻載波信號上,以便於傳輸。解調則是接收端將信息信號從載波信號中恢復齣來的過程。本章將深入講解各種調製和解調技術。 我們將首先介紹調製的必要性,包括提高天綫效率、實現多路復用以及抵抗噪聲乾擾。 隨後,我們將詳細講解幾種主要的模擬調製技術,包括調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)。對於每種調製方式,我們將分析其調製原理、調製器電路的構成以及調製信號的頻譜特性。 在解調部分,我們將介紹相應的解調電路。對於AM信號,我們將講解包絡檢波和同步檢波;對於FM信號,我們將講解斜率檢波、比例檢波和鎖相環(PLL)解調;對於PM信號,我們將介紹相敏檢波。 此外,本章還將簡要介紹數字調製技術,如幅度鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)。這些技術是將數字信息映射到模擬載波信號的參數上。 實驗部分,讀者將搭建和測試AM調製解調電路和FM調製解調電路。實驗將側重於觀察調製信號的波形,測量調製深度(AM)或頻率偏差(FM),並驗證解調電路能否準確地恢復齣原始信息信號。通過這些實驗,讀者將深刻理解調製解調的基本原理,並掌握如何設計和調試簡單的調製解調係統。 第七章:高頻電路與阻抗匹配 通信係統中的信號傳輸往往是在高頻段進行的,因此高頻電路的設計和分析具有特殊的重要性。本章將探討高頻電路的特點以及關鍵技術——阻抗匹配。 我們將首先介紹高頻電路與低頻電路在設計上的差異。在高頻下,寄生參數(電感、電容)的影響變得顯著,集膚效應和鄰近效應會影響導體的電阻,傳輸綫效應也開始顯現。 隨後,我們將深入講解阻抗匹配的概念。當信號源的輸齣阻抗與負載的輸入阻抗不匹配時,會發生信號反射,導緻功率傳輸效率低下,並可能引入失真。阻抗匹配旨在使得信號源與負載的阻抗共軛匹配(復共軛),從而實現最大功率傳輸。 本章將介紹多種阻抗匹配技術,包括使用匹配網絡(如L型匹配、T型匹配、π型匹配)、阻抗變換器以及使用傳輸綫進行匹配。我們將運用史密斯圓圖這一強大的工具,來分析和設計高頻電路的阻抗匹配。讀者將學習如何在高頻電路設計中使用史密斯圓圖來解決匹配問題,包括查找工作點、設計匹配網絡和分析電路的穩定性。 實驗部分,讀者將搭建和測試高頻匹配電路。實驗將側重於測量不同匹配網絡下的功率傳輸效率,並使用史密斯圓圖來指導匹配電路的設計。讀者將學會如何使用矢量網絡分析儀(VNA)等專用儀器來測量高頻電路的S參數,並據此進行阻抗匹配的設計和優化。 第八章:通信電子電路的集成應用與測試 在完成前麵各章的學習後,本章將引導讀者將所學的通信電子電路知識融會貫通,應用於更復雜的集成係統,並掌握係統級的測試方法。 我們將以一個典型的通信收發信機為例,介紹其各個模塊如何協同工作。讀者將瞭解到,一個完整的通信係統是由信號源、調製器、功率放大器、濾波器、天綫、低噪聲放大器、解調器、檢波器等一係列通信電子電路單元組成的。 本章將強調係統級測試的重要性。單個模塊的性能優劣會直接影響整個係統的性能。因此,我們需要進行係統的聯調和測試,以評估係統的整體性能,如誤碼率、信噪比、靈敏度、選擇性以及抗乾擾能力。 我們將介紹一些常用的通信係統測試儀器,如頻譜分析儀、信號源、示波器、數字萬用錶、誤碼率測試儀(BERT)等,並講解它們在係統測試中的應用。 實驗部分,我們將設計一些綜閤性的實驗項目,例如設計一個簡單的FM收發模塊,或者搭建一個數據傳輸演示係統。這些實驗將要求讀者綜閤運用之前所學的放大電路、振蕩電路、濾波電路、調製解調電路以及阻抗匹配等知識。實驗過程將更加注重係統的設計、調試和整體性能評估。讀者將有機會體驗從電路設計到係統實現的完整過程,並從中獲得寶貴的工程實踐經驗。 通過本書的學習和實踐,讀者將能夠紮實掌握通信電子電路的基本原理和關鍵技術,具備設計、分析和調試各類通信電子電路的能力,為未來在通信工程領域的深入學習和職業發展奠定堅實的基礎。