微測系列：高校“高頻電子線路實驗”（1）
“高頻電子線路實驗”是我國高等學(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(xué)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(xué)實驗而誕生的形形色色的“實驗箱”已成為我國“一道風(fēng)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(xué)的一部分學(xué)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(yīng)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(xué)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?zāi)康?/strong>
· 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(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，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(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
作者：冀衛(wèi)東，RIGOL
粵公網(wǎng)安備 44030902003195號