第3章 CHAPTER 3 通信电子线路综合实验 本章所讲述的通信电子线路综合实验，突破传统通信电子线路实验只有单元电路实验的局限性，将第2章的单元电路有机地串联起来，把独立功能的单元电路构建成为具有系统功能的通信电子系统。 由低电平调幅电路、高频调谐功率放大及发射电路组成调幅波发射系统，由小信号调谐放大器、晶体振荡器、晶体管混频电路、中放及检波电路、低频功放电路等组成调幅波接收系统； 由变容二极管调频电路、高频功率放大及发射电路组成调频发射系统，由小信号调谐放大器、乘法器混频电路、相位鉴频器、低频功放电路等组成调频接收系统。这样就把单元电路的独立功能相互联系起来，构成一个大的通信系统功能，让实验者认识调幅通信系统和调频通信系统的构成及工作原理，形成通信电子系统的概念； 通过对通信系统的调试和性能测试，培养实验者系统的思维方式和解决复杂工程问题的能力。 作为通信电子系统的一个应用实例，以拓展实验者的视野，本章编排了基于超再生检波的遥控发射与接收系统。该遥控系统被广泛地应用于汽车遥控钥匙，电路并不复杂，很容易在实验室实现，可以作为试验箱以外的补充实验。 本章的通信电子线路综合实验要比第2章的单元电路实验复杂得多，建议两人以上为一组分工协作，每个小组成员承担各自的责任，与小组成员相互配合，共同完成通信系统的综合性实验。 3.1振幅调制通信综合实验 1. 实验目的 ① 掌握振幅调制通信系统的电路组成及工作原理。 ② 建立调幅通信发射与接收的系统概念。 ③ 掌握振幅调制通信系统的联机调整方法。 ④ 培养分析和解决通信系统复杂工程问题的能力。 2. 实验仪器设备 高频信号发生器 数字频率计 双踪示波器 万用表 TPEGP3高频电路实验箱 G1N、G2N、G3N、G5N、G6N实验模块 3. 实验原理 1） 调幅发射系统 调幅发射系统框图如图3.1所示，由调制信号源（函数发生器）、载波信号源（晶体振荡电路）、乘法器调幅电路、高频功放及发射电路组成。 图3.1调幅发射系统框图 （1） 振幅调制电路。 幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化，即载波振幅变化与调制信号的振幅成正比，振幅变化的周期与调制信号周期相同。通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的电路装置。 本实验的载波信号由晶体振荡电路产生，如图2.9所示。属于并联晶体振荡器（皮尔斯振荡器），晶体在电路中呈感性、等效为电感； 振荡频率介于晶体串联谐振频率与并联谐振频率之间，近似为晶体的标称频率（10.7MHz）。 振幅调制电路如图2.14所示，由集成模拟乘法器MC1496来完成，图2.13为MC1496芯片内部电路图，电路采用了两组差动对（由V1-V4组成），以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负。D、V7、V8为差动放大器，V5、V6的恒流源。 当电路进行调幅时，载波信号（频率为10.7MHz）加在V1~V4的输入端，即⑧、⑩引脚之间； 调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即①、④引脚之间，②、③引脚外接1kΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即⑥、引脚之间）输出端。 图中Rp5001用来调节⑧、⑩引脚之间的平衡，即当有调制信号输入而没有载波信号输入时，调节Rp5001使调幅波产生电路的输出信号最小。图中Rp5002用来调节①、④引脚之间的平衡，通过调节Rp5002就可以调节普通调幅波的调制指数，当UAB=0V时可实现抑制载波双边带调幅。调幅波信号从MC1496的引脚输出，三极管V5001构成射极跟随器，以提高调幅电路的带负载能力。 （2） 调幅波的放大与发射电路。 调幅波的放大与发射电路如图2.6所示，用短路环短接跳线端子J3002的②、④引脚和接跳线端子J3003的①、②引脚，实验模块连接成调幅波放大及发射电路，集电极调制功能（被短路）失效，放大电路的电源为+12V。P3001输入高频载波信号，V3001为调幅波放大电路的推动级，采用LC调谐放大的电路形式，为末级功放电路提供足够的激励电压，C3004、C3005、L3001构成T型滤波器，CT3000和CT3002可以微调滤波频率。V3002构成丙类谐振功率放大电路，R3006、C3007以及L3003等元件构成了自给负压偏置电路。ANT为发射天线，在天线负载和功放电路集电极之间采用变压器耦合方式，以完成负载和集电极之间阻抗变换。 当谐振功率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时（此时集电极负载为纯电阻状态），集电极直流电流IC0为最小，回路电压UL最大。然而，由于晶体管在高频工作状态时，内部电容Cbc的反馈作用明显，上述IC0最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。因此，不单纯采用观察IC0的方法，而采用同时观察余弦脉冲电流iC的方法，进行放大与发射电路的调试。当谐振放大器工作在欠压状态时，iC是尖顶脉冲； 当谐振放大器工作在过压状态时，iC是凹顶脉冲； 而当处于临界状态下工作时，iC是一平顶或微凹陷的脉冲。本电路的最佳负载为75Ω。因此在进行电路调试时，也应以此负载为调试基础。 2） 调幅接收系统 调幅接收系统框图如图3.2所示。 （1） 调幅波信号接收与高频放大电路 调幅波信号的接收与高频放大电路如图3.1所示，接收天线连接至P2001，L2001与C2007、CT2002组成LC谐振回路，谐振频率为10.7MHz，放大电路的输出端P2002连接至变频电路。 （2） 一次变频电路。 变频电路由本振电路和混频电路组成。本实验用如图2.35所示本振电路（也可以用高频信号发生器替代），产生17.155MHz正弦波信号。混频电路采用晶体管混频电路，如图2.34所示。由高频信号发生器产生的本振信号连接到图中混频电路的输入端P8002，经过图2.1放大后的调幅波信号连接到混频电路的输入端P8001，混频后生成的第1中频信号频率为6.455MHz，C8006、C8007和L8003组成中频滤波器。 （3） 二次变频电路。 二次变频电路由集成芯片MC3361及其外围电路组成，MC3361是单片窄带调频接收电路，主要应用于二次变频的通信设备中。MC3361内部由振荡电路、混频电路、噪声开关电路等几部分组成。 参照实际实验电路，MC3361芯片①、②引脚分别连接了6MHz石英晶体（Y7001）和反馈电容C7003与C7004，它们与内部三极管构成了典型的并联晶体振荡器，所产生的振荡信号在芯片内部被加到混频电路中。在芯片①引脚可观察到振荡信号。 （4） 第2中频放大与检波电路。 调幅波的中放、检波电路如图3.3所示。用短路环短接跳线端子J1101的②、③引脚，V1101组成中频放大器，T1101和C1104组成选频调谐回路，谐振频率为455kHz，放大后的中频信号以变压器耦合方式接到二极管检波电路。由D5101和C5101、R5102、C5102、R5103、Rp5101等组成峰值检波电路。检波信号从P5102输出，完成调幅信号的接收。 图3.2调幅接收系统框图 图3.3中放及检波电路原理图 4. 实验内容与步骤 1） 振幅调制的实现 （1） 普通调幅波的产生。 载波由晶体振荡器产生，电路如图2.9所示。用短路环短接跳线端子J1001，并使S1001、S1003和S1004开路，S1002作适当连接，使电路连接成晶体振荡器的形式。用示波器在M1001处测试其输出波形，调整Rp1001和Rp1002使振荡器稳定输出，幅度大约为0.4V、频率为10.7MHz。用导线将该信号连接到低电平调幅模块的P5001。 普通调幅波的产生电路如图2.14所示，在调制信号输入端P5002加入峰值为100mV，频率为1kHz的正弦信号。在载波输入端设置平衡调节： 在仅有调制信号输入时，调节Rp5001电位器使输出端信号最小，然后去掉输入信号。 在载波输入端P5001加峰值为15mV，频率为11.155MHz的正弦信号，用万用表测量A、B之间的电压VAB，调节Rp5002使VAB=0.1V，载波信号仍为VC（t）=15sin2π×11.155×106t（mV），将低频信号VS（t）=VSsin2π×103t（mV）加至调制器输入端P5002，画出VS=30mV和100mV时的调幅波形（标明峰峰值与谷谷值）并测出其调幅度ma，微调调节Rp5002可以获得不同的调幅度。 （2） 抑制载波双边带调幅波的产生。 先进行载波输入端平衡调节： 在调制信号输入端P5002加入峰值为100mV，频率为1kHz的正弦信号，调节Rp5001电位器使输出端信号最小，然后去掉调制输入信号。 调Rp5002使调制信号输入端平衡，即VAB=0V，并在载波信号输入端IN1加VC（t）=30sin2π×10.7×106t（mV）信号，调制信号端IN2不加信号，观察输出端波形。 载波输入端不变，在调制信号输入端IN2加VS（t）=100sin2π×103t（mV）信号，观察记录波形是否为抑制载波双边带波形，如果不能得到抑制载波双边带波形，可能是没有调整到位，可以细微调节Rp5002。 2） 调幅波的功率放大与发射 （1） 调幅波功放电路的调整。 调幅波功放电路如图2.6所示，按下高频功放电路的电源按键SW3001，此时该电路的电源指示灯发光，表示电源已接通。用短路环分别短接跳线端子J3003的①、②引脚和跳线端子J3002的②、④引脚，使+12V电源直接接入V3002的集电极。在ANT端子接上调幅波发射天线。 调幅波推动级的调整，将示波器1通道测试探头连接至M3001，灵敏度置于0.2V/DIV挡（由于探头有10倍衰减，故实际相当于2V/DIV），用以监测推动级的输出电压波形。仔细调整CT3001，使推动级的输出电压最大［（3.5～4）VPP］。 调幅波丙类功率放大器的调整，将示波器2通道测试探头（衰减10倍，下同）连接至测试点M3003处，灵敏度置于0.2V/DIV挡（由于探头有10倍衰减，故实际相当于2V/DIV），用以监测功放级的输出波形。将示波器1通道测试探头（衰减10倍，下同）改接至M3004，灵敏度置于10mV/DIV或20mV/DIV挡，用以检测脉冲电流。 仔细调整CT3003，使输出回路谐振，且实现负载到集电极间的阻抗转换。观察M3003处的波形，应能得到失真最小的调幅波输出波形。同时观察M3004处的波形，在调幅波的波腹处是否得到了一个临界状态的脉冲电流波形（略有轻微凹陷的波形）。若未能观察到临界状态的脉冲电流，则需要仔细调整CT3001、CT3002和CT3000，使功放级的输入达到较好的匹配状态，必要时还需适当地调整载波信号源的输出幅度，使得在调幅波的波腹期间丙类放大器工作在临界状态。 （2） 集电极振幅调制（高电平调制）与调幅波发射。 本实验也可以采用集电极高电平振幅调制发射电路。这种电路结构不需要前述的载波振荡器和乘法器振幅调制电路。 在图2.6电路在12V电源条件下，将J3003的短路环跳接在②、③引脚，接通6～9V可调电源，调整Rp3002，使电源电压为6V。 用短路环将J3002的①、②引脚和③、④引脚分别短接，使低频调制信号（fΩ=1kHz）加至VΩ输入端，在输出端M3处观察输出波形，逐渐加大VΩ的幅度可得到调幅度近似等于1的调幅波形。 将电源电压调整为9V，将低频调制信号调整为4.2VPP左右，由于音频变压器的变压比大约为1.41，所以实际加至集电极回路的音频电压为6VPP（UΩm=3V），用包络法测量调幅度，并与计算值进行比较。载波频率为10.7MHz，调制信号频率为1kHz，调幅度大约为30%，输出幅值大约为200mVPP。 3） 调幅波的接收放大 将调幅波接收天线连接至图2.1所示P2001端子，在该调谐放大电路进行放大，可以微调CT2002，使得放大后输出信号最大。 4） 调幅波的变频 （1） 本振信号。 本实验用高频信号发生器或实验模块（图2.35所示）产生本振信号，频率为17.155MHz，输出电压大约为80mVPP。然后将本振信号连接至图2.34所示的混频器的P9002端子（即MC1496的⑩引脚）。 （2） 调幅波信号。 将图2.1放大后的调幅波信号，接到如图2.35所示混频器的P9001端子（即MC1496的①引脚）。调幅波输出信号频率为f=10.7MHz，U0=200mV。 （3） 调幅波信号变频为第1中频信号。 在如图2.34所示变频电路中，将本振信号连接至混频器的P9002端子，将接收放大后的调幅波信号接到混频器的P9001引脚。输出端则得到第1调频中频信号，中频频率为455kHz，用示波器在混频电路的输出端（M9003）观察输出中频信号波形，可适当调节T9002使输出波形最大，失真最小。 （4） 调幅波二次变频电路。 调幅波二次变频由集成芯片MC3361及其外围电路组成，MC3361是单片窄带调频接收电路，主要应用于二次变频的通信设备中。MC3361内部由振荡电路、混频电路等几部分组成。MC3361芯片①、②引脚分别连接了6MHz石英晶体（Y7001）和反馈电容C7003与C7004，它们与内部三极管构成了典型的并联晶体振荡器，所产生的振荡信号在芯片内部被加到混频电路中。在芯片①引脚可观察到振荡信号，振荡频率为6MHz。将J7004的②、③引脚跨接，在P7004端子得到455kHz的调幅第2中频信号输出。 5） 调幅波的检波 ① 在图3.3所示检波电路中，用短路环将跳线端子J1101的①、②引脚短接，使直流负载R1105接入电路中。 ② 检波器直流工作点的调整： 调整电位器Rp1102，使晶体管V1101发射极电压大约为1.2V。 ③ 将信号源的输出连接至中放电路的输入端（P1101），调整信号源，使输出信号频率为455kHz，幅值大约为200mV。 ④ 将示波器探头接至TP1102,观测波形，调整中周变压器，使输出幅度最大，且波形不失真。 ⑤ 将输入信号改为调幅波（调制度30%，调制频率1kHz），用短路环将跳线端子J1101的②、③引脚短接，将示波器探头接至TP5102处，观测检波输出波形，并与调制信号相对照。 6） 音频信号放大 用连接线将检波后的输出信号（音频）接至实验箱的音频放大器输入端，调整音量电位器，扬声器中就可还原出1kHz的音响。 5. 实验报告要求 ① 阐述调幅通信系统的电路组成及工作原理。 ② 整理实验数据、分析实验结果。 ③ 画出实验测试波形，比较检波输出波形与调制输入信号波形； 如有差异，分析其原因。 ④ 总结系统调试过程中出现的问题及其解决办法。 6. 问题与思考 ① 分析调幅通信系统中调幅波的检波灵敏度与哪些因素有关？ ② 如果检波输出信号的信噪比较差应该如何调整？ ③ 如果调制信号的幅值太大会出现什么现象？ 3.2频率调制通信综合实验 1. 实验目的 ① 掌握频率调制通信系统的电路组成及工作原理。 ② 建立调频通信发射与接收的系统概念。 ③ 掌握频率调制通信系统的联机调试方法。 ④ 培养分析和解决调频通信系统复杂工程问题的能力。 2. 实验仪器设备 高频信号发生器 频率计 双踪示波器 万用表 高频毫伏表