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电子测量技术教案《2》

时间:2010-07-13


章节目录
2.1正弦信号发生器的主要技术特性 2.2低频信号发生器 2.3高频信号发生器 2.4实训

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1 出 1

第2章 信号源
本章要点 正弦信号发生器的频率特性,输出特性和 调制特性 低频信号发生器的基本组成,原理框图及 其应用 高频信号发生器的基本组成,原理框图及 其应用

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2.1 正弦信号发生器的主要技术特性
2.1.1 频率特性
频率特性包括有效频率范围,频率准确度和频 率稳定度. 1. 有效频率范围 各项指标均能得到保证的输出频率范围称为信 号发生器的有效频率范围. 2. 频率准确度 频率的实际值对其标称值(刻度或标度)的相对 偏差.
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3. 频率稳定度 在一定时间间隔内,频率源的频率准确度的变 化,它表征频率源维持工作于恒定频率的能力. 有长期,短期,瞬间频率稳定度之分.

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2.1.2 输出特性
输出特性包括输出阻抗,输出电平,平坦度和谐波 失真. 1. 输出阻抗 低频信号发生器中一般有50 ,600 ,5k 等各 种不同输出阻抗. 高频信号发生器一般只有50 ( 75 ) 50 (或75 )一种输出 阻抗. 2. 输出电平 信号发生器所能提供的最大和最小输出电平调 节范围.正弦信号发生器输出信号幅度采用正弦有 效值(如V,mV~V)度量或用绝对电平(dB)度量.
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3. 输出失真度 标准信号发生器输出失真度在0.1% ~ 0.5%; 普通信号发生器输出失真度在1% ~ 5%.

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2.1.3 调制特性
1. 对于调幅的要求 包括调幅特性,调幅系数可调范围及稳定度, 寄生频偏及外调制时调制频率范围,输入阻抗及 要求的调制电压等. 2. 对于调频的要求 包括调频特性,频偏范围及稳定度,寄生调 幅及外调制时调制频率范围,输入阻抗及要求的 调制电压等.

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高频信号发生器中: 调 幅 的 固 定 调 制 频 率 一 般 为 400Hz , 或 1000Hz. 一般信号发生器调幅系数为0~80%. 一般要求调制线性度在1%~5%的范围内.

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2.2 低频信号发生器
2.2.1 基本组成和原理框图
1. 低频信号发生器的基本组成 低频信号发生器主要由主振级,缓冲放大器, 衰减器,功率放大器,阻抗变换器,指示电压表 及稳压电源等电路组成.

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2.低频信号发生器的原理框图

图2-1 低频信号发生器的原理框图
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(1)主振级 主振级是低频信号发生器的最重要的电路, 通常有差频式的频率形成电路和RC文氏电桥正弦 振荡电路. 差频式低频信号形成电路的工作原理 如图2-2,其中一个振荡器产生固定频率的高 频振荡信号f1,另一个振荡器产生可变频率的高频 振荡信号f2,将频率为f1和f2的高频振荡信号同时 送入混频器,混频后的信号有f1,f2,f1+f2,f1- f2 ……等等,可用低通滤波器滤掉其他频率的信 号,最后得到差频信号F = f1-f2.
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图2-2差频式的频率形成电路

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RC振荡电路形成低频信号的工作原理

图2-3 RC文氏电桥振荡电路

图2-4 RC串并联选频网络
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当ω=ω0= Fmax =1/3,而相频特性的相角为零,即:φF = 0,

1 RC,幅频特性的幅值为最大,即:

要满足自激振荡的条件,放大器应满足 φA+φF =±2nπ,相位平衡条件,即放大器的相移 φA=0或 2π, 振幅的平衡条件是AF =1,当ω=ω0时,F =1/3, 放大器的放大倍数A=3,起振时,A必须大于3. 热敏电阻Rf,自动稳定振荡幅度. 调整频率是通过调节正反馈臂双联电容C,来 改变振荡输出频率. 转换波段是同时改变正反馈臂上的串并联电阻 R来实现.
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(2)缓冲放大级 作用:为了隔离后级对主振级的影响,使主振级工作正 常,起到稳定频率,并兼有电压放大的作用,减轻后 级功放的负担. (3)衰减器 作用:为了适应测试设备的要求,改变输出电压或输出 功率大小. 衰减器有连续调节和步进衰减.

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(4)功率放大器 作用:为负载提供所需要的功率. 为了充分利用晶体管,其工作电流,电压都 接近极限值,所以对功率放大器而言,既要满足 输出功率的要求,又要避免晶体管过热,而且非 线性失真也要小. 功率放大器通常有功放保护电路.

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(5)阻抗变换器 一般输出阻抗可进行8 ,10 ,60 ,600 和5k 的切换. (6)指示电压表 组成:分压器,限幅器,射极跟随器,检波器, 表头校正电路. 指示器用磁电式电流表指示,电压数值与指 针的偏转角度成正比,在刻度盘上可直接读数.

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图2-5 指示电压表
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如图2-5所示, 内测:开关可置于"内测"1或2位置,此时测 量的为信号发生器输出电压有效值. 外测:开关置于"外测",电压表就可对一般 外部电压有效值进行测量. (7)稳压电源 为各部分电路提供正常工作所需的稳定直流 电压.

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2.2.2 低频信号发生器简介
1. XD1低频信号发生器 能产生1Hz ~1MHz非线性失真很小的正弦信号; 具有电压输出和功率输出.其最大输出功率为 5W左右; 功 率 输 出 可 配 接 50 , 75 , 150 , 600 , 5k 等五种负载. 电压输出和功率输出的最大衰减量均能达到 90dB. 附有满量程为5V,15V,50V,150V的电压表, 供本机测量和外部测量使用.
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(1)主要拄术指标 频率范围 从1Hz~1MHz共分六个频段 频率基本误差 1Hz ~100kHz : ±(1%f+0.3)Hz ; 100kHz ~ 1MHz:±1.5%kHz. 频率特性 <±ldB ( 在 1Hz~1MHz 电 压 输 出 ) ; <±2dB (在10Hz~200kHz功率输出); <+3dB (在200kHz ~700kHz功率输出).
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非线性失真 频率在20 Hz ~20kHz范围内,电压输出<0.1% (在);功率输出<0.5%. 频率漂移 (预热30分钟以后)< (0.1 ~0.4)%. 输出幅度 电压输出:1Hz ~100kHz>5V;功率输出:10Hz ~700kHz ( 50 , 75 , 150 , 600 ) ; 10Hz ~200KHz(5K ).最大不失真输出>4W.

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功率输出:10Hz ~700kHz(50 ,75 ,150 , 600 );10Hz ~200KHz(5K ).最大不失真输 出>4W. 衰 减 器 电 压 输 出 : 1Hz ~1MHz 衰 减 不 超 过 80dB<±1.5dB;衰减到90dB<±3dB.功率输出: 10Hz~100kHz衰减不超过80dB<±2dB; 衰减到 90dB<±3dB . 100kHz~700kHz 衰 减 不 超 过 80dB<±3dB;衰减到90dB<±5dB. 交流电压表量程:5V,15V,50V,150V四档. 误差: 2Hz~1MHz<±5%;输入电阻:>100k ; 输入电容:<50pF.
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2. XD1低频信号发生器的使用 1)电源插头的地线脚应与大地接好,避免机壳带 电.使用 220V,50Hz交流电源. 2)将衰减置于0dB,负载置于600 ,电压表拨向 内测后再开机. 3)通电前,应将输出细调电位器旋至最小,开机 过载指示灯熄灭后,再逐渐加大电位器使电压表指 示到4V,预热30min后再使用. 4)根据所需要的频率,可按下相应的频段按键, 然后再用按键开关上方的三个频率旋钮,细调到所 需频率.
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5)电压输出和功率输出共用一个输出衰减旋钮, 做每步10dB的衰减.使用时应该注意在同一衰减 位置上,电压与功率的衰减分贝数是不相同的,面 板上用不同颜色区别.输出细调是由同一电位器连 续调节的,这两个旋钮配合适当,便可在输出端得 到所需要的电压. 6)电压级最大可输出5V,其输出阻抗随着输出衰 减的分贝数变化而变化.电压输出的负载不可太小, 这样可输出较准确的,失真小波形. 7)使用功率级时应将'功率开关Ks'按下,接通功 率级的输入信号.

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若负载在五种负载值外,一般也应使实际使用 的负载值大于所选用的数值,否则失真将增大. 当负载接高阻抗时,应将内负载按键按下接通, 否则在功率级工作频段的两端,输出幅度会下降. 当功率输出衰减在0dB时,输出阻抗将小于旋 钮所指示的阻抗值,但是衰减10dB以后,则内阻 与旋钮指示阻抗相符. 8)保护电路:开机("灯"亮~灭),功率级进 入工作状态.当输出过大或负载太小时,"灯" 亮,表示过载.应减轻负载或减小输出.不使用 功率级时,应把"功率开关"键抬起,以免保护 电路工作影响电压输出.
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9)指示电压表用来测量外来信号时,开关拨至 "外测";用来测量内部信号电压时,开关拨 至"内测".

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2.2.3 低频信号发生器的应用
1.用低频信号发生器作为信号源测量放大器的 幅频特性

图2-6 放大器与测试仪器的连接方框图
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2.测试步骤 1)信号源电压 VS=10mV , f =1kHz ,接入 RL (若V0波形失真应酌减VS值,例如:8mV),RS 为1k .监测V0 的示波器,其"Y轴增幅"旋钮 应选置于使V0在显示屏上尽量大的整数分度位置 上,以便于阅读.例如:中频时V0输出振幅为2V, 占据显示屏刻度为十个分度,当频率上升(或下 降),致使V0下降时,则可方便读出此较低的不 同数值.

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2)固定"Y轴增幅"旋钮的位置不再动,并保持 信号源电压V S不变,将V S的工作频率从低到高 频渐渐变化,分别记住在何频率附近,V 0的幅值 有明显变化(相对于中频1kHz时的V 0),在高频 端与低频端V 0值的下降区域,即属于上限频f H和 下限频f L的所在区域. 3)将各频率点测得的V 0值与V S值相比,即得出 各该频率下的源电压增益:V 0 AVS= V S 4)以频率为横轴,源电压增益AVS为纵轴,将上 述所得各频率点对应的AVS值作曲线,即为幅频 特性曲线.如图2-7所示.

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图2-7 放大器的幅频特性

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2.3 高频信号发生器
2.3.1 基本组成和原理框图
1.高频信号发生器的基本组成 高频信号发生器是由主振级,调制级,输出级,衰 减级,内调制振荡级,检测级和电源等组成.

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(1)主振级 通常采用连续可调的LC振荡器,振荡器由以下三 部分组成: 具有选频特性的储能元件. 控制能量补充的反馈控制电路. 用于补充能量的直流电源和有源器件. 振荡器的结构按有源器件分为两种: 1.四端网络式振荡器 有源器件常用晶体三极管,场效应管,为了建立 正反馈,必须有反馈电路. 振荡频率低于1GHz.

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2.二端网络振荡器 有源器件常用单结晶体管,隧道二极管,为了 补充能量,有源器件必须工作在负阻区. 振荡频率高于1GHz. 为了展宽信号发生器的频率范围,获得较高的 频率稳定度和准确度,在主振级后可加入倍频器, 分频器,混频器等电路.

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(2)电调电抗级 电调电抗级是在产生调频信号时需要加入与 主振级振荡回路相耦合的电路,用来控制谐振回 路电抗的变化来获得调频信号. (3)缓冲放大级 如果在调制级与主振级之间未加入缓冲放大 级,就会由于调制级的输入阻抗低,且在调制过 程中是变化的,使得振荡级受牵引,影响其频率 稳定度和产生寄生调频. 缓冲放大级一般是射极跟随器,它隔离主振 级和调制级,稳定主振频率,消除寄生调频,还 起放大电压的作用.
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(4)调制级 作用:调制级主要用来完成调幅. 高频信号发生器通常用平衡调幅器或二极管 环型调制器来实现调幅. 调频有直接调频法和间接调频法. a) 直接调频法是直接用调制信号控制高频振荡回 路的某个电抗元件(如变容二极管),使振荡 频率随调制信号的振幅线性变化. b) 间接调频法是利用调频和调相的相互关系,通 过调相来实现调频.直接调频法得到的频偏较 大,间接调频法频率稳定度较高,但是直接调 频法多用于信号发生器.
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(5)内调制振荡级 用于产生调制信号,一般有400Hz和1kHz两种. S开关置于AM完成调幅,置于FM完成调频,置于 空挡输出等幅高频正弦波. (6)输出级 主要由放大器,滤波器,连续可调的衰减器, 步进衰减器等组成.对输出级的主要要求是:输 出电平调节范围宽,能准确读出衰减量,良好的 频率特性,输出端有固定而准确的内阻,常用 50 ,75 ,60 为优选值. (7)监测级 用来监测载波调节和调幅度的调节.
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图2-9 高频信号发生器的输出电路
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2.3.2 高频信号发生器简介
XFC-6型标准信号发生器能产生4~300MHz的 高频信号,并可进行调幅,调频 以及调幅调频双 重调制.适用于相应频率范围的接收设备的校准 与测试等. EE1051高频信号发生器,频率覆盖100KHz ~ 150MHz, 电平连续可调,并具有调频,调幅功能. 输出频率采用四位数显示方式,频率显示精度较 高;输出电平采用ALC稳幅方式,输出稳定便于 使用.

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XFC-6标准信号发生器主要技术性能 (1) 频率范围 4~300MHz,分八个波段,连续可调, 频率刻度误差<土l%. (2) 频率稳定度 在电源电压为220V及环境温度为 20℃不变的情况下,仪器经1h预热后,每分钟 内的频率变化不大于±2×10000 (3) 载波输出 XFC-6输出为0.1V~50mV输出阻抗 为75 . (4) 输出电压误差 输出电压为最大值时,频率响应不超过±1.5dB. 电压衰减器的误差不超过 (2dB+0.1V). 载波输出时高频电压的非线性失真<15%. 载波输出时的寄生频偏不大于400Hz. 仪器泄漏不大于1V.
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XFC-6标准信号发生器使用方法 (1)各旋钮,开关的功能与作用 "调制"旋钮:用来调节频偏或调幅度达到 所需值. "调制指示系数"开关:分两档,用来选择 调制指示表的两个量程,在"0.1"位时,调 制指示表的刻度对应于调幅度0~8%和频偏 0~10kHz;在"1"位置时,表的刻度对应于 调幅度0~80%和频偏0~100kHz. "外调频输入":由此接线柱输入外调频调 制信号. "外调幅输入":由此接线柱输入外调幅调 制信号. "工作状态"选择开关:选择等幅和调制九 种工作状态.
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"调制选择"开关:该开关为"调制指示"表的 选择开关,置左边,电表指示"调幅",置右边, 电表指示"调频". "载频电压调整"旋钮:调整该旋钮,以便使 高频电压表指到"1". "波段选择"开关:用来转换工作波段,共八 档. "衰减粗调"开关:为输出电压的步级衰减开 关,从0.1~104 共六档. "衰减细调"旋钮:使输出电压连续可变. "频率度盘的微调装置"旋钮:细调频率,旋 钮上有刻度,可作为频率微调的指示. 频率度盘:用来指示信号频率(载频),位于度 盘中心的旋钮可用来粗调频率.
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(2)操作方法 通电前的准备:仪器通电前,首先检查调制指示 和高频电压表的机械零点,其表针应指到"零", 否则旋转电表壳上的开槽螺钉使指针到"零"位. 载波电压调整:接通电源,预热半小时以上, "工作状态"开关置"4"载波位置,旋转"载波电 压调整"旋钮,使高频电压表针指到"1"标记. 频率调节:调整"波段选择"开关,频率度盘中 心旋钮和频率度盘的微调装置,达到所需频率. 输出电压调节:调整"衰减粗调"开关和"衰减 细调"旋钮到所需位置,上述两者的乘积就是以微 伏为单位的输出电压值.
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调制形式的选择:按需要转换"工作状态" 开关到所需位置,将"调制指示选择"开关和 "调制指示系数"开关置相应位置上,调节 "调制调整"旋钮达到所需的调幅度或频偏值, 其值等于调制指示电表的读数值与调制指示系 数的乘积.

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EE1051高频信号发生器技术参数 (1)信号频率 频率范围:100kHz ~ 150MHz,分六个频段.

频段 1 2 3 4 5 6
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频率范围 100kHz ~0.32MHz 0.32MHz ~ 1MHz 1MHz ~ 3.2MHz 3.2MHz ~ 10MHz 10MHz ~ 35MHz 35MHz ~150MHz
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(2)信号幅度 不小于60mV有效值,有高低电平控制,并可连 续可调. (3)调制(调频,调幅) 内调制:1kHz;外调制:50Hz ~ 20kHz. (4)音频信号 工作频率:1kHz ± 20%. 失真度:<3%. 输出幅度:不小于1.5V有效值. (5)电源与功耗 电源电压:220V± 10%. 电源频率:50Hz± 5%. 功率:不大于10VA.
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EE1051高频信号发生器的使用方法 (1)开机检查 开机电源电压为AC220V. (2)面板操作 电源开关:当按下前面板电源开关时,仪器 开始工作. 显示:输出信号的频率由四位数码管显示, 显示单位"kHz","MHz自动切换. 前面板"射频输出"插座为输出信号端口; "音频输出/输入"插座为音频信号的输入, 输出端口.

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频率调节:频率100kHz ~ 150MHz分6档,见表 2-1;频率微调旋钮可在所选的频段内对输出信号 频率连续调节. 幅度调节 粗调按钮可调整输出信号的电平高低,按键按下时 为高电平输出,按键弹出时为低电平输出,在频率 <32MHz时,约有20dB的衰减量. 微调旋钮可在一定范围内调节输出信号幅度大小. 调制控制 调制控制包括调频/调幅按键,调制波/连续波按钮, 内调制/外调制按键,带宽调节旋钮. 调制波/连续波按键可打开或关闭调制功能.

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内调制/外调制按键可对音频调制信号进行选择 当按键弹出时为外部调制,调制信号从前面板 "音频输出/输入"端口输入; 当按下按键时为内部1kHz调制,同时1kHz音 频信号可从前面"音频输出/输入"端口输出. 调频/调幅按键可控制调制方式 按键按下时输出调幅信号; 按键弹出时为调频信号,调频频偏可以通过带 宽调节旋钮进行调整.

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2.3.3 高频信号发生器的应用
1. 用XFC-6标准信号发生器作为信号源测量电视 机的伴音鉴频灵敏度

图2-10电路与测试仪器的连接方框图.
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1 ) 将 XFC-6 的 " 工 作 状 态 " 开 关 置 于 " 5" 档 (1kHz内调频),频偏调到±50kHz. 2)"衰减粗调"置于"103"位置,"衰减细调" 置"1"使其输出1mV的调频信号,并通过隔直电 容接入预视放级. 3)用毫伏表和示波器接鉴频器的输出端,可以 测量出输出音频信号电压应不小于50mV,同时 示波器显示的波形应没有失真.

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3. 用EE1051高频信号发生器作为信号源, 调整收音机的中频. 连接框图如图2-11.

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图2-11调整收音机中频连接框图
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1. 调整方法 1)将被调整收音机的双联电容器全部旋进,并 将振荡电路中的电感初级短路,使之停止振荡, 再将音量电位器置音量最大位置. 2)将调制波/连续波按键按下,打开调制功能. 3)将内调制/外调制按键按下,使之置于1kHz内 调制. 4)将调频/调幅按键按下,使之输出调幅信号. 5) 将EE1051高频信号发生器的频率范围调在II 档,再调频率微调使输出频率在465kHz上. 6)将幅度调节的粗调按钮按下,在旋转微调旋 钮输出适当的电压.
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7)用无感起子依次由后向前反复旋动中频变压 器的磁帽,使被调收音机的输出信号达到最大 为止.在调整过程中,输出信号会逐渐增大, 这时应不断减小EE1051的输出幅度,并可适当 调节被调收音机的音量控制电位器,使收音机 的输出在300mV内. 300mV 8)最后将EE1051高频信号发生器的频率偏调 ±10kHz,看收音机的输出电压是否基本对称, 如果不对称的情况比较严重,则应重新调整.

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2.4 实训
1. 用高频信号发生器调试收音机 (1)实训目的 了解收音机的整机结构及工作原理. 熟悉信号发生器的面板结构及使用方法.

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(2)实训仪器设备 高频信号发生器1台/组. 示波器1台/组. 毫伏表1台/组. 收音机1台/组. 环型天线1付/组. 同轴电缆1根/组.

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(3)调试连接图

图2-12 收音机调试连接图
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(4)调试项目 调整收音机的频率范围. 调整收音机的中频频率. (5)实训报告内容 用高频信号发生器调整收音机 . 2.5 习题

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