第一篇:小信號(hào)調(diào)諧放大器專題
實(shí)驗(yàn)報(bào)告
課 程: 高頻電子線路實(shí)驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn): 小信號(hào)調(diào)諧放大器 班 級(jí): 09電信2班 姓 名: 林小龍 學(xué) 號(hào): 20090662224
日 期: 年 月 日
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
①通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理,初步了解工程估算的方法。②掌握調(diào)諧放大器的電壓增益、選擇性、通頻帶及動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試方法。③掌握使用頻率特性測(cè)試儀調(diào)整小信號(hào)諧振放大器諧振特性的方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要特點(diǎn)是晶體管的集電極負(fù)載不是純電阻,而是由LC組成的并聯(lián)諧振回路,如圖1-1所示。由于LC并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率而變的,在諧振頻率
處其阻抗是純電阻,達(dá)到最大值。因此,用并聯(lián)諧振回路作集電極負(fù)載的調(diào)諧放大器在回路的諧振頻率上具有最大的電壓增益。稍離開此頻率,電壓增益迅速減小。我們用這種放大器可以放大所需要的某一頻率范圍的信號(hào),而抑制不需要的信號(hào)或外界干擾信號(hào)。因此,調(diào)諧放大器在無(wú)線電通信系統(tǒng)中被廣泛用作高頻和中頻放大器。
圖1—1 小信號(hào)調(diào)諧放大器
三、實(shí)驗(yàn)電路
圖1-1所示電路為實(shí)驗(yàn)電路,它是由共發(fā)射極組態(tài)的晶體管和并聯(lián)諧振回路組成的單級(jí)單調(diào)諧放大器。
本實(shí)驗(yàn)電路要求完成單級(jí)調(diào)諧放大器的技術(shù)指標(biāo):中心頻率f0=15MHz,通頻帶2△f0.7=4MHz,增益A>20dB,RL=1 kΩ。
電路主要元件參數(shù):晶體管3DG6C,β=60,查手冊(cè)知在f0=30MHz,IC=2mA,Vcc=9V條件下測(cè)得y參數(shù)為gie=2mS,Cie=12PF,goe=250μs,Coe=4pF,yfc=40mS,yre=350μS。如果工作條件發(fā)生變化,則上述參數(shù)值僅作為參考。要得到晶體管的y參數(shù)也可由混合π參數(shù)計(jì)算出y參數(shù)。中頻變壓器參數(shù):L=4μH,Q0=100,P1=0.6,P2=0.3?;芈冯娙軨1=10PF,C2=(5~20)PF,在調(diào)諧過程中使用微調(diào)電容C2,調(diào)整中心頻率。直流偏置由Rb1、Rb2、Rc實(shí)現(xiàn),電阻器W1為47kΩ,用于調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。電路中的電容一般使用體積小的瓷片電容。
四、調(diào)諧放大器的調(diào)整與測(cè)試
首先應(yīng)調(diào)整每一級(jí)所需的直流工作點(diǎn)。其調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同。但要注意一點(diǎn):在多級(jí)調(diào)諧放大器中,由于增益高,容易引起自激振蕩。因此,在測(cè)試其直流工作點(diǎn)時(shí),應(yīng)先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振藹,應(yīng)先設(shè)法排除它,然后再測(cè)試其直流工作點(diǎn)。否則,所測(cè)數(shù)據(jù)就是不準(zhǔn)確的。對(duì)于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)整與測(cè)試,一般有兩種方法:一種是逐點(diǎn)法;一種是掃頻法。后者比較簡(jiǎn)單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗,對(duì)于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測(cè)試。
(一)逐點(diǎn)法
所謂逐點(diǎn)法,就是以高頻信號(hào)發(fā)生器為信號(hào)源,用示波器或電壓表為測(cè)試儀器,直接接線如圖1-4所示。
圖1-4調(diào)諧放大器的測(cè)試電路
1.諧振頻率的調(diào)試
將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率置于f=15MHz,輸出電壓Uo=10mv,Vcc=+12v,調(diào)可變電容器C2使回路諧振,即高頻毫伏表的指示值達(dá)到最大,回路處于諧振狀態(tài)。
對(duì)于多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率的調(diào)試,應(yīng)該從末級(jí)開始,逐級(jí)向前進(jìn)行調(diào)試。即先將信號(hào)源的輸出電壓加到末級(jí)放大器的基極,調(diào)節(jié)末級(jí)放大器調(diào)諧回路中的電感或電容,使輸出電壓達(dá)到最大?!绱送七M(jìn)到第一級(jí)后,就說明各級(jí)的諧振同路都基本上工作在所需的fo附近了。但由于各級(jí)之間存在著相互影響,因此當(dāng)信號(hào)源輸出電壓加到第·級(jí)輸入端后還應(yīng)再反復(fù)調(diào)節(jié)各級(jí)調(diào)諧回路的電感或電容,使輸出電壓達(dá)到最大。
在調(diào)整過程中,應(yīng)注意幾點(diǎn):第一,信號(hào)源輸出幅度對(duì)末級(jí)應(yīng)適當(dāng)大些,越呈向前級(jí)推進(jìn),其輸出幅度就應(yīng)該相應(yīng)減小。否則由于輸入幅度過大而使放大器進(jìn)入非線性狀態(tài),將使調(diào)諧不準(zhǔn)。第二,當(dāng)信號(hào)源輸出端接到各級(jí)輸入端時(shí),應(yīng)有隔直電容,否則信號(hào)源的接入會(huì)影響放大器的直流工作點(diǎn)。第三,在調(diào)諧回路的電感或電容時(shí),最好采用絕緣材料做的改錐,以減小金屬改錐對(duì)回路電感或電容的影響。
2.幅頻特性的調(diào)試
當(dāng)中心頻率調(diào)整好后,就可測(cè)試放大器的頻率特性了。在輸出幅度不超過放大器線性動(dòng)態(tài)范圍的條件下,保持輸入電壓幅度不變,在諧振頻率fo兩旁逐點(diǎn)改變信號(hào)頻率,用示波器或高頻毫伏表測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓Uo,計(jì)算出各點(diǎn)的放大倍數(shù)Au,就可描出放大器的諧振曲線Au-f,如圖1-5所示。從曲線上即可求出2△f0.7和2△f0.1。
若這些指標(biāo)的測(cè)量值與設(shè)計(jì)值相差較遠(yuǎn),應(yīng)根據(jù)它們的表達(dá)式分析。例如放大倍數(shù)
Au0較小,可以通過調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)Ic,接入系數(shù)p1或更換β較大的晶體管,使Auo增加。如果2△f0.7窄了,可以通過調(diào)整阻尼電阻R使之變小,從而增加插入損耗使2△f0.7變寬。
由于分布參數(shù)的影響,放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求后的元件參數(shù)與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定偏差。
采用逐點(diǎn)法測(cè)量,調(diào)整起來(lái)比較麻煩,花費(fèi)的時(shí)間也比較多。因此目前采用最多的方法是掃頻法,用BT-3頻率特性測(cè)試儀測(cè)量回路的諧振曲線。
(二)掃頻法
I.放大器的調(diào)諧
將BT-3頻率特性測(cè)試儀提供的掃頻信號(hào)用終端接有75Ω電阻的電纜加到單級(jí)放大器的輸入端,檢波探頭接到末級(jí)的輸出負(fù)載上,然后調(diào)節(jié)中心頻率旋鈕,屏幕上就可顯示出放大器的諧振特性曲線。這時(shí)調(diào)節(jié)回路電容或回路電感,使諧振特性曲線在規(guī)定的中心頻率上出現(xiàn)最大值。
多級(jí)單調(diào)諧放大器的調(diào)諧,要先調(diào)諧末級(jí)放大器的諧振回路,然后調(diào)前一級(jí)回路,使中心頻率上出現(xiàn)的峰值增大。按此逐級(jí)向前推移。這種從后級(jí)調(diào)到前級(jí)的方法,可以減小后級(jí)回路參數(shù)通過晶體管內(nèi)部反饋對(duì)前級(jí)回路的影響。實(shí)際上,這種影響是難免的,因此必須多次由后級(jí)向前級(jí)反復(fù)調(diào)諧。應(yīng)注意的是各調(diào)諧回路調(diào)到同一頻率時(shí),放大器的增益不斷提高,掃頻信號(hào)必須相應(yīng)減小,以防止放大器飽和。
2.增益的測(cè)量
參考第四章頻率特性測(cè)試儀中有關(guān)增益的測(cè)量方法。
五、實(shí)驗(yàn)儀器
高頻信號(hào)產(chǎn)生器
QF-1056
1臺(tái)
雙蹤示波器
DOS-645B
1臺(tái)
頻率特性測(cè)試儀
BT-3
1臺(tái)
超高頻毫伏表
DA-36
1臺(tái)
晶體管直流穩(wěn)壓電源
1臺(tái)
萬(wàn)用表
1塊 高頻Q表
QBC-3
1臺(tái) 無(wú)感起子
1把 小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路板
1塊
六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
(一)單級(jí)單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測(cè)試
①知圖1-1為單調(diào)諧放大器的實(shí)驗(yàn)電路圖。L=4μH,p1=0.6,p2=0.3,晶體管為3DG6C,Vcc=+12V,RL=1 KΩ
主要技術(shù)指標(biāo):中心頻率fo=15 MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Au0≥20dB,通頻帶2△f0.7=4 MHz。
②擬定實(shí)驗(yàn)步驟。
③確定測(cè)量方法。
④測(cè)量主要技術(shù)指標(biāo)‘
⑤實(shí)驗(yàn)分析與研究。
(二)兩級(jí)單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測(cè)試
①用兩塊如圖1-1所示的單級(jí)單調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)板組成兩級(jí)單調(diào)諧放大器。
注意:把作為第一級(jí)放大器的輸出負(fù)載RL取下,即第二級(jí)的輸入阻抗為第一級(jí)的輸出負(fù)載。
②主要技術(shù)指標(biāo):諧振頻率fo=15MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Auo=40db,通頻帶2△f0.7=2.5MHz
③擬定實(shí)驗(yàn)步驟。
④確定測(cè)量方法。
⑤誤差分析。
⑥電路的改進(jìn)意見及本次實(shí)驗(yàn)中的收獲體會(huì)。
七、實(shí)驗(yàn)研究與思考題
①回路的諧振頻率fo與哪些參數(shù)有關(guān)?如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài),用實(shí)驗(yàn)說明。
解:回路諧振頻率主要和電容電感的大小有關(guān),由于諧振實(shí)放大電路輸出的增益應(yīng)最大,故只要測(cè)出功率最大的頻率即諧振頻率。判斷方法有兩種:
1、用高頻毫伏表觀測(cè)Uo,當(dāng)Uo得最大值時(shí),并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài);
2、用示波器監(jiān)測(cè)Uo,當(dāng)波形最大不失真時(shí),并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)。②為什么說提高電壓放大倍數(shù)Auo時(shí),通頻帶2△f0.7,會(huì)減小?可以采取哪些措施提高放大倍數(shù)Auo?可以采取哪些措施使2△f0.7加寬?實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何? 解:因?yàn)锳U?P1P2YfeGT,要提高AV,則可適當(dāng)增加接入系數(shù),但因?yàn)榻尤胂禂?shù)過大導(dǎo)致GT增加,由BW0.7?f0可知,GT增大,BW0.7減小,即帶寬BW減小。GT③在調(diào)諧LC諧振回路時(shí),對(duì)放大器的輸入信號(hào)有何要求?如果輸入信號(hào)過大會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?
解:由AU?P1P2YfeGT 知AV與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。但由于UO的增大將可能超出小信號(hào)放大器的線形動(dòng)態(tài)范圍。引起信號(hào)失真,也會(huì)通過外部寄生耦合導(dǎo)致放大器工作不穩(wěn)定。所以,輸入信號(hào)不能太大,過大則引起信號(hào)失真和放大器工作不穩(wěn)定。
④影響小信號(hào)調(diào)諧放大器穩(wěn)定的因素(使放大器不穩(wěn)定的因素)有哪些?如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象,采取什么措施解決? 解:有溫度,電阻電容值,信號(hào)源等等。如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象可以使用:(1)中和法:
在晶體管的輸出和輸入端之間插入一個(gè)外加的反饋電路,使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。
外加的反饋電路克服自激
(2)失配法:
失配法一般采用共射——共基級(jí)聯(lián)放大器實(shí)現(xiàn),失配法是用犧牲增益換來(lái)提高放大器的穩(wěn)定性。如下圖:
⑤諧振回路的接入系數(shù)對(duì)放大器的性能有哪些影響? Av0與接入系數(shù)p1、p2有關(guān), 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。而p1和p2還會(huì)影響回路有載Q值,并進(jìn)一步影響通頻帶,所以p1與p2的選擇應(yīng)全面考慮, 選取最佳值。
第二篇:高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中,通過對(duì)諧振回路的調(diào)試,對(duì)放大器處于諧振時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試(電壓放大倍數(shù),通頻帶,矩形系數(shù)),進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
圖1-1 所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號(hào),而且還要有一定的選頻作用,因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C 并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下,晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響放大器輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1,RB2 及RE 決定,其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。
圖1-1 小信號(hào)調(diào)諧放大器 晶體管放大器設(shè)計(jì) 放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2 所示,晶體管的4 個(gè)y 參數(shù)yie,yoe,yfe 及yre 分別為
由此可見,晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE,電流放大系數(shù)β 有關(guān)外,還與工作頻率ω 有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在f0=30MHz,IE=2mA,UCE=8V 條件下測(cè)得3DG6C的y 參數(shù)為:
式中,G 為L(zhǎng)C 回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L 和C 的并聯(lián)回路呈純阻,其阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無(wú)限大,則jwC 與1/(jwL)的影響可以忽略。
三、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法
表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率f0,諧振電壓放大倍數(shù)Av0,放大器的通頻帶BW 及選擇性(通常用矩形系數(shù)Kr0.1 來(lái)表示)等。放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下:
1、諧振頻率
放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率f0 稱為放大器的諧振頻率,對(duì)于圖1-1所示電路(也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路),f0 的表達(dá)式為
上式說明,當(dāng)晶體管選定即yfe 確定,且回路總電容CΣ為定值時(shí),諧振電壓放大倍數(shù)AV0 與通頻帶BW 的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。
通頻帶BW 的測(cè)量方法:是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法,也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是:先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振,記下此時(shí)的諧振頻率f0 及電壓放大倍數(shù)AV0 然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率(保持其輸出電壓uS 不變),并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)AV0。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降,所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。由式(1-14)可得
上式表明,矩形系數(shù)Kv0.1 越小,諧振曲線的形狀越接近矩形,選擇性越好,反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)Kv0.1 遠(yuǎn)大于1),為提高放大器的選擇性,通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器??梢酝ㄟ^測(cè)量調(diào)諧放大器的諧振曲線來(lái)求矩形系數(shù)Kv0.1。
四、實(shí)驗(yàn)參考電路
1、主要技術(shù)指標(biāo):諧振頻率fo=20.945MHz,諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB,通頻帶BW=1 MHz,矩形系數(shù)Kr0.1<10。因fT 比工作頻率fo 大(5—10)倍,所以選用3DG6C,選β=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得rbˊb=70, CbˊC=3pF,當(dāng)IE=1.5mA時(shí)Cbˊe 為25pF,取L≈2.4μH,變壓器初級(jí)N2=20 匝,接入系數(shù)P1=P2=0.25。
圖1-4 單級(jí)調(diào)諧放大器
2、確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器,如上圖1-4。
3、確定電路參數(shù)。1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)
由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài),放大器工作電流ICQ 一般選取0.8—2mA為宜,現(xiàn)取IE=1.5mA,uEQ=3V,uCEQ=9V。則 RE = uEQ /IE = 2KΩ 則RA4=2KΩ 取流過RA3 的電流為基極電流的7 倍,則有:
3)確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容,現(xiàn)取耦合電容CA2=0.01μF,旁路電容CA4=0.1μF,濾波電容CA5=0.1μF
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn),然后再調(diào)諧振回路。1)按照所附電原理圖G6,將JA2 用連接器連好,按下開關(guān)KA1,接通12V 電源,此時(shí)LEDA1 點(diǎn)亮。
2)調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn):
在不加輸入信號(hào)(即ui=0),將測(cè)試點(diǎn)TTA1 接地,用萬(wàn)用表直流電壓檔(20V檔)測(cè)量電阻RA4 的電壓,調(diào)整可調(diào)電阻WA1,使uEQ=2.25V(IE=1.5mA),記下此時(shí)的uBQ,uCEQ,uEQ 及IEQ 值。
3)調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在20.945MHz 方法是用BT-3 頻率特性測(cè)試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭,分別接電路的信號(hào)輸入端TTA1 及測(cè)試端TTA2,通過調(diào)節(jié)y 軸,放大器的“增益”旋紐和“輸出衰減”旋紐于合適位置,調(diào)節(jié)中心頻率度盤,使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線”,根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動(dòng)變壓器的磁芯,使中心頻率f0=20.945MHz 所對(duì)應(yīng)的幅值最大。
如果沒有頻率特性測(cè)試儀,也可用示波器來(lái)觀察調(diào)諧過程,方法是:在TTA1 處用高頻信號(hào)發(fā)生器注入頻率為20.945MHz,大小為25mV 的信號(hào),用示波器探頭在TTA2 處測(cè)試(在示波器上看到的是正弦波),調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大(即調(diào)好后,磁芯不論往上或往下,波形幅度都減?。?)測(cè)量電壓增益AV0 用頻率特性測(cè)試儀測(cè)AV0 在測(cè)量前,先要對(duì)測(cè)試儀的y 軸放大器進(jìn)行校正,即零分貝校正,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y 軸增益“旋紐,使屏幕上顯示的方框占有一定的高度,記下此時(shí)的高度和此時(shí)“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB,然后接入被測(cè)放大器,在保持y 軸增益不變的前提下,改變掃頻信號(hào)的“輸出衰減”旋紐,使諧振曲線清晰可見。記下此時(shí)的“輸出衰減”的值N2dB,則電壓增益為 AV0 =(N2-N1)dB 或者在TTA1 處用高頻信號(hào)發(fā)生器注入頻率為20.945MHz,大小為25mV 的信號(hào),使調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài),用高頻毫伏表測(cè)量RL(RAS)兩端的電壓uo, 并利用式(1-13)來(lái)計(jì)算AV0 若用示波器測(cè),則為輸出信號(hào)的大小比輸入信號(hào)的大小之比。如果AV0 較小,可以通過調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)解決(即IE 增大)。5)測(cè)量通頻帶BW 用掃頻儀測(cè)量BW 先調(diào)節(jié)“頻率偏移”(掃頻寬度)旋紐,使相鄰兩個(gè)頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母駭?shù),然后接入被測(cè)放大器,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y 軸增益,使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度,測(cè)出其曲線下降3dB 處兩對(duì)稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度,根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)就可以近似算出放大器的通頻帶 BW=B0.7=100kHz ×(寬度)或者利用描點(diǎn)法來(lái)測(cè)量。6)測(cè)量放大器的選擇性
放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1 表示。用5)中同樣的方法測(cè)出B0.1 即可
由于處于高頻區(qū),分布參數(shù)的影響存在,放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的文件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差,所以在調(diào)試時(shí)要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測(cè)試要保證接地良好。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用方格紙畫出幅特性曲線。
2、思考:引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么?如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn) 象,應(yīng)該怎樣消除?
七、實(shí)驗(yàn)儀器
1、BT-3G 型頻率特性測(cè)試儀一臺(tái)(選項(xiàng))
2、示波器(雙蹤20MHz)一臺(tái)
3、數(shù)字萬(wàn)用表一塊
4、調(diào)試工具一套
第三篇:實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
課程名稱:
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):
專業(yè)班級(jí):
學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:
本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告
高頻電子線路
高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
信號(hào)與系統(tǒng)及高頻電子線路實(shí)驗(yàn)室
電科1201班 學(xué)號(hào):
2012001614
楊超凡
王耀力
2014年
月
日
實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路的基本單元電路,主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中,通過對(duì)諧振回路的調(diào)試,對(duì)放大器處于諧振時(shí)各項(xiàng)技術(shù)主指標(biāo)的測(cè)試(電壓放大倍數(shù),通頻帶,矩形系數(shù)),進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
圖2-1 小信號(hào)調(diào)諧放大器
如圖2-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號(hào),而且還要有一定的選頻作用,因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下,晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響放大器輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1,RB2及RE決定,其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。
放大器在高頻情況下的等效電路如圖2-2所示,晶體管的4個(gè)y參數(shù)yie,yoe,yfe及yre分別為
輸入導(dǎo)納
yie?輸出導(dǎo)納
yoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gmrb'bjwcb'egb'e?jwcb'e
(1-1)
1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e
(1-2)正向傳輸導(dǎo)納
yfegm?
(1-3)
1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e1?rb'bgb'e?jwcb'e反向傳輸導(dǎo)納
yre??
?
(1-4)
圖2-2 放大器的高頻等效回路
式中,gm——晶體管的跨導(dǎo),與發(fā)射極電流的關(guān)系為
gm?
gb’e——發(fā)射結(jié)電導(dǎo),與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關(guān),其關(guān)系為
gb'e?
rb’b——基極體電阻,一般為幾十歐姆; Cb’c——集電極電容,一般為幾皮法;
Cb’e——發(fā)射結(jié)電容,一般為幾十皮法至幾百皮法。
由此可見,晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE,電流放大系數(shù)β有關(guān)外,還與工作頻率ω有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在f0=30MHz,IE=2mA,UCE=8V條件下測(cè)得3DG6C的y參數(shù)為:
gie?11?2mS
Cie?12pF
goe??250mS rieroe?IE?mAS26
(1-5)
?IE?mAS1?
(1-6)
rb'e26?Coe?4pF
yfe?40mS
yre?350uS
如果工作條件發(fā)生變化,上述參數(shù)則有所變動(dòng)。因此,高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一般采用工程估算的方法。圖1-2中所示的等效電路中,p1為晶體管的集電極接入系數(shù),即
P1?N1/N(17)式中,N2為電感L線圈的總匝數(shù)。
P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比,即
P2?N3/N2(18)式中,N3為副邊(次級(jí))的總匝數(shù)。
gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo),gL=1/RL。通常小信號(hào)調(diào)諧放大器的下一級(jí)仍為晶體管調(diào)諧放大器,則gL將是下一級(jí)晶體管的輸入導(dǎo)納gie2。
由圖1-2可見,并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)g?的表達(dá)式為
222g??p1goe?p2gie?jwc?2?p1goe1?GjwL
(19)
12?p2gL?jwc??GjwL式中,G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L和C的并聯(lián)回路呈純阻,其阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無(wú)限大,則jwC與1/(jwL)的影響可以忽略。
三、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法
表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率fo,諧振電壓放大倍數(shù)Avo,放大器的通頻帶BW及選擇性(通常用矩形系數(shù)Kr0.1來(lái)表示)等。
放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下:(1)諧振頻率
放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fo稱為放大器的諧振頻率,對(duì)于圖1-1所示電路(也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路),fo的表達(dá)式為
f0?12?LC?
(1-10)
式中,L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量;
C?為調(diào)諧回路的總電容,C?的表達(dá)式為
2C??C?PC?P1oe2Cie(1-11)
式中,Coe為晶體管的輸出電容;Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率fo的測(cè)量方法是:
用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器,用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲線,調(diào)變壓器T的磁芯,使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)fo。
(2)電壓放大倍數(shù)
放大器的諧振回路諧振時(shí),所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達(dá)式為
AV0
式中,g?為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)長(zhǎng)C并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的L和C的并聯(lián)電抗為無(wú)限大,因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是yfe本身也是一個(gè)復(fù)數(shù),所以諧振時(shí)輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為(180o+ Φfe)。
AV0的測(cè)量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí),用高頻電壓表測(cè)量圖1-1中RL兩端的電壓u0及輸入信號(hào)ui的大小,則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計(jì)算:
AV0?U0Ui 或AV0?20lg?UoUi? dB(1-13)(3)通頻帶
由于諧振回路的選頻作用,當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí),放大器的電壓放大倍數(shù)下降,習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW,其表達(dá)式為
?p1p2yfeu0?p1p2yfe(1-12)????22uig?p1goe?p2gie?GBW?2?f0.7?f0QL(1-14)式中,QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。
分析表明,放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關(guān)系為
AV0?BW?yfe2?C?(1-15)上式說明,當(dāng)晶體管選定即yfe確定,且回路總電容CΣ為定值時(shí),諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。
通頻帶BW的測(cè)量方法:是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法,也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是:先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振,記下此時(shí)的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率(保持其輸出電壓uS不變),并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降,所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。
由式(1-14)可得
BW?fH?fL?2?f0.7
(1-16)
圖1-3 諧振曲線
通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬,同時(shí)又能提高放大器的電壓增益,由式(1-15)可知,除了選用yfe較大的晶體管外,還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來(lái)放大來(lái)自接收天線的某一固定頻率的微弱信號(hào),則可減小通頻帶,盡量提高放大器的增益。
(4)選擇性——矩形系數(shù)
調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時(shí)來(lái)表示,如圖(1-3)所示的諧振曲線,矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比,即
KV0.1?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW
(1-17)
上式表明,矩形系數(shù)Kv0.1越小,諧振曲線的形狀越接近矩形,選擇性越好,反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)Kv0.1遠(yuǎn)大于1),為提高放大器的選擇性,通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器??梢酝ㄟ^測(cè)量調(diào)諧放大器的諧振曲線來(lái)求矩形系數(shù)Kv0.1。
四、實(shí)驗(yàn)參考電路
圖1-4 單級(jí)調(diào)諧放大器
(1)主要技術(shù)指標(biāo):諧振頻率fo=10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB,通頻帶BW=1 MHz,矩形系數(shù)Kr0.1<10。因fT比工作頻率fo大(5—10)倍,所以選用3DG12C,選β=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得rbˊb=70, CbˊC=3PF,當(dāng)IE=1.5mA時(shí)Cbˊe為25PF,取L≈1.8μH,變壓器初級(jí)N2=23匝,次級(jí)為10匝。
P2=0.43, P1=0(2)確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器,如上圖1-4。(3)確定電路參數(shù)。a、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)
由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài),放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜,現(xiàn)取IE=1.5mA,UEQ=2.25V,UCEQ=9.75V。
則 RE?UEQIE?1.5K? 則RA6=1.5KΩ 取流過RA3的電流為基極電流的7倍,則有:
RA3?UBQ7IBQ?UBQ??7IE?17.6K?
取18 KΩ
則 RA2?WA1?12?3.7?18?40K? 3.7則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。b、計(jì)算諧振回路參數(shù) 由式(1-6)得 gb'e??IE?mA26?S?1.15mS
由式(1-5)得 gm??IE?mA26S?58mS
由式(1-1)~(1-4)得4個(gè)y參數(shù) yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gb'e?jwcb'e?1.373?10?3S?j2.88?10?3S
由于yie?gie?j?cie
則有g(shù)ie =1.373ms
rie?1gie?728?
Cie?2.88mS?22.5pF wyoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?jwcb'bcb'cgm?jwcb'e?0.216mS?j1.37mS
因yoe?goe?j?coe 則有
goe?0.216ms coe?1.37msW?10.2pF
c、計(jì)算回路總電容CC?1?2,由(1-10)得
?1?123pF
??2?f0?L?2?3.14?10.7?10?62?1.8?10?6由(1-11)CC?C??C?P12Coe?P22Cie得
?P12Coe?P22Cie?120?0.432?22.5?02?10.2?119pF
?則有C205=119pF,取標(biāo)稱值120pF d、確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容,現(xiàn)取耦合電容C204=0.01μF,旁路電容C206=0.1μF,濾波電容C203=0.1μF
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果分析
1.按下開關(guān)后,接通12V電源,然后開始調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻WA1,使得=2.25V。記下實(shí)際測(cè)量時(shí)晶體管各個(gè)點(diǎn)的電流及電壓值如右下:
=2.170V,=2.805V,=9.830V,=1.437mA。2.調(diào)諧放大器的諧振回路是它的諧振在10.7MHz。
采用BT-3頻率測(cè)試儀連接到電路的輸出和輸入端口。如電路中所示。波特儀結(jié)果:
中心頻率大約為10.7MHz
3.測(cè)量電壓增益Avo
由圖可得電壓增益Avo為:Avo=24dB
4.測(cè)量通頻帶BW 根據(jù)通頻帶計(jì)算公式
近似算出放大器的通頻帶BW=B0.7=850KHz
6.測(cè)量放大器的選擇性
近似測(cè)出B0.1=4700KHz 放大器的選擇性優(yōu)劣可以用放大器的諧振曲線的矩形系數(shù)表示
K0.1V?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW
如果按照波特儀輸出的波形,取得?f0.7處的頻寬計(jì)算結(jié)果如下:
K0.1V?4700/850?5.529
實(shí)驗(yàn)原理中已經(jīng)提及,矩形系數(shù)越小諧振曲線的形狀越接近矩形,選擇性越好,反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)K0.1V遠(yuǎn)大于1),為提高放大器的選擇性,通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器。這里計(jì)算得到的矩形系數(shù)不算非常大。結(jié)果還是比較滿意的。
六、思考題
1、引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)定的原因是什么?如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象,應(yīng)該怎樣消除?
答: 在高頻調(diào)諧放大器中,由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋Cb'c,形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題.克服自激的方法:
由于晶體管由反向傳輸導(dǎo)納存在,實(shí)際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導(dǎo)納的作用,應(yīng)使晶體管單向化。
單向化的方法有兩種:一種是消除反向傳輸導(dǎo)納的反饋?zhàn)饔茫Q為中和法;另一種是使負(fù)載電導(dǎo)gL或信號(hào)源電導(dǎo)的數(shù)值加大,使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配,稱為失配法。
第四篇:高頻電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院
高頻電子線路 課程 實(shí)驗(yàn)報(bào)告
專業(yè)班級(jí)
測(cè)控1001班
學(xué)
號(hào)
姓
名
指導(dǎo)教師
實(shí)驗(yàn)一
高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用于高頻小信號(hào)微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中,通過對(duì)諧振回路的調(diào)試,對(duì)放大器處于諧振時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試(電壓放大倍數(shù)、通頻帶、矩形系數(shù)),進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。
二、實(shí)驗(yàn)儀器
1.BT-3(G)型頻率特性測(cè)試儀(選項(xiàng))一臺(tái)
2.20MHz模擬示波器 一臺(tái)
3.?dāng)?shù)字萬(wàn)用表 一塊
4.調(diào)試工具 一套
三、實(shí)驗(yàn)原理
圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號(hào),而且還要有一定的選頻作用,因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下,晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響放大器輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1,RB2及RE決定,其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。
圖1 小信號(hào)調(diào)諧放大器
該放大電路在高頻情況下的等效為如圖1-2所示,晶體管的4個(gè)y參數(shù)
yie,yoe,yfe及yre分別為:
輸入導(dǎo)納
(1-1)
輸出導(dǎo)納
正向傳輸導(dǎo)納
反向傳輸導(dǎo)納
(1-2)
(1-3)
(1-4)
圖1-2 放大器的高頻等效回路
式中,gm——晶體管的跨導(dǎo),與發(fā)射極電流的關(guān)系為
(1-5)
gb’e——發(fā)射結(jié)電導(dǎo),與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關(guān)
其關(guān)系為
(1-6)
rb’b——基極體電阻,一般為幾十歐姆;Cb’c——集電極電容,一般為幾皮法; Cb’e——發(fā)射結(jié)電容,一般為幾十皮法至幾百皮法。
由此可見,晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE,電流放大系數(shù)β關(guān)外,還與工作頻率ω有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在f0=30MHz,IE=2mA,UCE=8V條件下測(cè)得3DG6C的y參數(shù)為:
如果工作條件發(fā)生變化,上述參數(shù)則有所變動(dòng)。因此,高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一般采用工
程估算的方法。
圖1-2中所示的等效電路中,P1為晶體管的集電極接入系數(shù),即
P1=N1/N2
(1-7)
式中,N2為電感L線圈的總匝數(shù)。
P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比,即
P2=N3/N2(1-8)
gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo),gL =1/RL。通常小信號(hào)調(diào)諧放大器的下一級(jí)仍為晶
體管調(diào)諧放大器,則gL將是下一級(jí)晶體管的輸入導(dǎo)納gie2。
由圖1-2可見,并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)
g∑的表達(dá)式為
(1-9)
式中,G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L和C的并聯(lián)回路呈純阻,其阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無(wú)限大,則jwC與1/(jwL)的影響可以忽略。
2、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法
表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率of,諧振電壓放大倍數(shù)voA,放大器的通頻帶BW及選擇性(通常用矩形系數(shù)1.0rK來(lái)表示)等。
放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下:
(1)諧振頻率
放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率of稱為放大器的諧振頻率,對(duì)于圖1-1所示電路(也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路),f0的表達(dá)式為
(1-10)
式中,L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量;
CΣ為調(diào)諧回路的總電容,CΣ的表達(dá)式為
(1-11)
式中,Coe為晶體管的輸出電容;Cie為晶體管的輸入電容。
諧振頻率of的測(cè)量方法是:
用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器,用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲線,調(diào)變壓器T的磁芯,使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)f0。
(2)電壓放大倍數(shù)
放大器的諧振回路諧振時(shí),所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達(dá)式為
(1-12)
式中,gΣ為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)長(zhǎng)C并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的L和C的并聯(lián)電抗為無(wú)限大,因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是fey本身也是一個(gè)復(fù)數(shù),所以諧振時(shí)輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為(+ Φfe)。
AV0的測(cè)量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí),用高頻電壓表測(cè)量圖1-1中RL兩端的電壓u0及ui輸入信號(hào)的大小,則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計(jì)算:
(1-13)
(3)通頻帶
由于諧振回路的選頻作用,當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí),放大器的電壓放大倍數(shù)下降,習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW,其表達(dá)式為
(1-14)
式中,QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。
分析表明,放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關(guān)系為
(1-15)
上式說明,當(dāng)晶體管選定即yfe確定,且回路總電容CΣ為定值時(shí),諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。
通頻帶BW的測(cè)量方法:是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法,也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是:先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振,記下此時(shí) 的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率(保持其輸出電壓Us不變),并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降,所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。
由式(1-14)可得
BW=fH ? fL =2 ?f0.7
(1-16)
圖1-3 諧振曲線
通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬,同時(shí)又能提高放大器的電壓增益,由式(1-15)可知,除了選用yfe較大的晶體管外,還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來(lái)放大來(lái)自接收天線的某一固定頻率的微弱信號(hào),則可減小通頻帶,盡量提高放大器的增益。
(4)選擇性——矩形系數(shù)
調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時(shí)來(lái)表示,如圖(1-3)所示的諧振曲線,矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比,即
(1-17)
上式表明,矩形系數(shù)Kv0.1越小,諧振曲線的形狀越接近矩形,選擇性越好,反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)Kv0.1遠(yuǎn)大于1),為提高放大器的選擇性,通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器??梢酝ㄟ^測(cè)量調(diào)諧放大器的諧振曲線來(lái)求矩形系數(shù)Kv0.1。
3、實(shí)驗(yàn)參考電路實(shí)驗(yàn)
圖1-4 單級(jí)調(diào)諧放大器
(1)主要技術(shù)指標(biāo):諧振頻率fo=10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Avo≥10-15 dB,通頻帶BW=1 MHz,矩形系數(shù)Kr0.1<10。因fT比工作頻率f0大(5—10)倍,所以選用3DG12C,選β=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得
=70, CbˊC=3PF,當(dāng)IE=1.5mA時(shí)Cbˊe為25PF,取L≈1.8μH,變壓器初級(jí)N2=23匝,次級(jí)為10匝。P2=0.43, P1=0(2)確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器,如上圖1-4。
(3)確定電路參數(shù)
a、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)
由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài),放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜,現(xiàn)取IE=1.5mA,UEQ=2.25V,UCEQ=9.75V。
則
則R6A=1.5KΩ
取流過3AR的電流為基極電流的7倍,則有:
則
則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。
b、計(jì)算諧振回路參數(shù)
由式(1-6)得
由式(1-5)得
由式(1-1)—(1-4)得4個(gè)y參數(shù)
由于
則有
因
,則有
c、計(jì)算回路總電容∑C,由(1-10)得
由(1-11)
,得
則有C3A=119pF,取標(biāo)稱值120pF d、確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容,現(xiàn)取耦合電容=0.01μF,旁路電容CA4=0.1μF,濾波電容CA5=0.1μF
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
本實(shí)驗(yàn)中,用到BT-3和頻譜儀的地方選做。
參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn),然后再調(diào)諧振回路。
1、按照所附電路原理圖G6,按下開關(guān)KA1,接通12V電源,此時(shí)LEDA1點(diǎn)亮。
2、調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn): 在不加輸入信號(hào)(即ui=0),將測(cè)試點(diǎn)TTA1接地,用萬(wàn)
用表直流電壓檔(20V檔)測(cè)量三極管QA1射極的電壓(即測(cè)P6與G兩焊點(diǎn)之間的電壓,見圖0-2所示),調(diào)整可調(diào)電阻WA1,使uEQ=2.25V(即使IE=1.5mA),根據(jù)電路計(jì)算此時(shí)的uBQ,uCEQ,uEQ及IEQ值。
3、調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz 方法是用BT-3頻率特性測(cè)試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭,分別接電路的信號(hào)輸入端TTA1及測(cè)試端TTA2,通過調(diào)節(jié)y軸,放大器的“增益”旋鈕和“輸出衰減”旋鈕于合適位置,調(diào)節(jié)中心頻率刻度盤,使熒光屏上顯示出放大器的
“幅頻諧振特性曲線”,根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動(dòng)變壓器的磁芯,使中心頻率f0=10.7MHz所對(duì)應(yīng)的幅值最大。
如果沒有頻率特性測(cè)試儀,也可用示波器來(lái)觀察調(diào)諧過程,方法是:在TTA1處由高頻信號(hào)源提供頻率為10.7MHz的載波(參考高頻信號(hào)源的使用),大小為Vp-p-=20~100mV的信號(hào),用示波器探頭在TTA2處測(cè)試(在示波器上看到的是正弦波),調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示 波器波形最大(即調(diào)好后,磁芯不論往上或往下旋轉(zhuǎn),波形幅度都減小)。
4、測(cè)量電壓增益Av0
在有BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下用頻率特性測(cè)試儀測(cè)Av0測(cè)量方法如下:
在測(cè)量前,先要對(duì)測(cè)試儀的y軸放大器進(jìn)行校正,即零分貝校正,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y軸增益“旋鈕,使屏幕上顯示的方框占有一定的高度,記下此時(shí)的高度和此時(shí)“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB,然后接入被測(cè)放大器,在保持y軸增益不變的前提下,改變掃頻信號(hào)的“輸出衰減”旋鈕,使諧振曲線清晰可見。記下此時(shí)的“輸出衰減”的值N2dB,則電壓增益為
若用示波器測(cè),則為輸出信號(hào)的大小比輸入信號(hào)的大小之比。如果AV01較小,可以通過調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)解決(即IE增大)。
在無(wú)BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下,可以由示波器直接測(cè)量。方法如下:
用示波器測(cè)輸入信號(hào)的峰峰值,記為Ui。測(cè)輸出信號(hào)的峰峰值記為Uo。則小信號(hào)放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Ui
5、測(cè)量通頻帶BW 用掃頻儀測(cè)量BW: 先調(diào)節(jié)“頻率偏移”(掃 頻寬度)旋鈕,使相鄰兩個(gè)頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母駭?shù),然后接入被測(cè)放大器,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益,使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度,測(cè)出其曲線下降3dB處兩對(duì)稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度,根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)就可以近似算出放大器的通頻帶:
6、測(cè)量放大器的選擇性
放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1表
用5)中同樣的方法測(cè)出B0.1即可得:
由于處于高頻區(qū),分布參數(shù)的影響存在,放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的元件參
數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差,所以在調(diào)試時(shí)要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測(cè)試要保證接地良好。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Avo=(N2-N1)=9dB Bw=B0.7=100KHz*(寬度)=100KHz*5=500KHz Kr0.1?B0.1B0.7 其中: B0.1?23?1?22 B0.7?5
Kr0.1?4.4
六、習(xí)題與思考
引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么,如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象,應(yīng)該怎樣消除?
答:在高頻調(diào)諧放大器中,由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋,形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響,它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題。
克服自激的方法:由于晶體管由反向傳輸導(dǎo)納存在,實(shí)際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導(dǎo)納的作用應(yīng)使晶體管單向化。
單向化的方法有兩種:一種是消除反向傳輸導(dǎo)納的反饋?zhàn)饔茫Q為中和法;另一種是使負(fù)載電導(dǎo)gL或信號(hào)源電導(dǎo)的數(shù)值加大,使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配,稱為失配法。
七、心得體會(huì)
實(shí)驗(yàn)闡述的基本原理為晶體管高頻諧振放大電路的工作原理,晶體管集電極負(fù)載通常是一個(gè)由LC 組成的并聯(lián)諧振電路。由于LC 并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨著頻率變化而變化,理論上可以分析,并聯(lián)諧振在諧振頻率處呈現(xiàn)純阻,并達(dá)到最大值。即放大器在回路諧振頻率上將具有最大的電壓增益。若偏離諧振頻率,輸出增益減小??傊?,調(diào)諧放大器不僅具有對(duì)特定頻率信號(hào)的放大作用,同時(shí)也起著濾波和選頻的作用。
第五篇:太原理工大學(xué) 高頻實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
本科高頻電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告
課程名稱: 高頻電子線路
實(shí)驗(yàn)名稱: 高頻電子線路實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)四
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn): 北區(qū)學(xué)院樓四樓實(shí)驗(yàn)室
實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中,通過對(duì)諧振回路的調(diào)試,對(duì)放大器處于諧振時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試(電壓放大倍數(shù),通頻帶,矩形系數(shù)),進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1.原理
圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號(hào),而且還要有一定的選頻作用,因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下,晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響放大器輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1,RB2及RE決定,其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。
圖1-1 小信號(hào)調(diào)諧放大器
放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2所示,晶體管的4個(gè)y參數(shù)yie,yoe,yfe及yre分別為 輸入導(dǎo)納 yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gmrb'bjwcb'egb'e?jwcb'e(1-1)
輸出導(dǎo)納 yoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e(1-2)
正向傳輸導(dǎo)納
yfegm?(1-3)1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e1?rb'bgb'e?jwcb'e反向傳輸導(dǎo)納 yre???(1-4)
圖1-2 放大器的高頻等效回路
式中,gm——晶體管的跨導(dǎo),與發(fā)射極電流的關(guān)系為
gm??IE?mAS26(1-5)
gb’e——發(fā)射結(jié)電導(dǎo),與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關(guān),其關(guān)系為 gb'e??IE?mAS1?(1-6)rb'e26?rb’b——基極體電阻,一般為幾十歐姆; Cb’c——集電極電容,一般為幾皮法;
Cb’e——發(fā)射結(jié)電容,一般為幾十皮法至幾百皮法。
由此可見,晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE,電流放大系數(shù)β有關(guān)外,還與工作頻率ω有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在f0=30MHz,IE=2mA,UCE=8V條件下測(cè)得3DG6C的y參數(shù)為:
gie?11?2mS Cie?12pF goe??250mS rieroeCoe?4pF yfe?40mS yre?350uS
如果工作條件發(fā)生變化,上述參數(shù)則有所變動(dòng)。因此,高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一般采用工程估算的方法。
圖1-2中所示的等效電路中,p1為晶體管的集電極接入系數(shù),即
P1?N1/N2(1-7)式中,N2為電感L線圈的總匝數(shù)。
P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比,即
P2?N3/N2(1-8)式中,N3為副邊(次級(jí))的總匝數(shù)。
gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo),gL=1/RL。通常小信號(hào)調(diào)諧放大器的下一級(jí)仍為晶體管調(diào)諧放大器,則gL將是下一級(jí)晶體管的輸入導(dǎo)納gie2。
由圖1-2可見,并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)g?的表達(dá)式為
222g??p1goe?p2gie?jwc?
2?p1goe1?GjwL(1-9)
12?p2gL?jwc??GjwL
式中,G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L和C的并聯(lián)回路呈純阻,其阻值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無(wú)限大,則jwC與1/(jwL)的影響可以忽略。
2.調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法
表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率fo,諧振電壓放大倍數(shù)Avo,放大器的通頻帶BW及選擇性(通常用矩形系數(shù)Kr0.1來(lái)表示)等。
放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下:(1)諧振頻率
放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fo稱為放大器的諧振頻率,對(duì)于圖1所示電路(也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路),fo的表達(dá)式為
f0?12?LC?(1-10)
式中,L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量;
C?為調(diào)諧回路的總電容,C?的表達(dá)式為
C??C?P12Coe?P22Cie(1-11)式中,Coe為晶體管的輸出電容;Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率fo的測(cè)量方法是:
用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器,用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲線,調(diào)變壓器T的磁芯,使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)fo。
(2)電壓放大倍數(shù)
放大器的諧振回路諧振時(shí),所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達(dá)式為
AV0???p1p2yfeu0?p1p2yfe??2(1-12)2uig?p1goe?p2gie?G式中,g?為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)長(zhǎng)C并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的L和C的并聯(lián)電抗為無(wú)限大,因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是yfe本身也是一個(gè)復(fù)數(shù),所以諧振時(shí)輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為(180o+ Φfe)。
AV0的測(cè)量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí),用高頻電壓表測(cè)量圖1中RL兩端的電壓u0及輸入信號(hào)ui的大小,則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計(jì)算:
AV0?U0Ui 或AV0?20lg?UoUi? dB(1-13)(3)通頻帶
由于諧振回路的選頻作用,當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí),放大器的電壓放大倍數(shù)下降,習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW,其表達(dá)式為
BW?2?f0.7?f0QL(1-14)式中,QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。
分析表明,放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關(guān)系為 AV0?BW?yfe2?C?(1-15)上式說明,當(dāng)晶體管選定即yfe確定,且回路總電容CΣ為定值時(shí),諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。
通頻帶BW的測(cè)量方法:是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法,也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是:先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振,記下此時(shí)的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率(保持其輸出電壓uS不變),并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降,所以放大器的諧振曲線如圖3所示。
由式(1-14)可得
BW?fH?fL?2?f0.7(1-16)
圖3 諧振曲線
通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬,同時(shí)又能提高放大器的電壓增益,由式(1-15)可知,除了選用yfe較大的晶體管外,還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來(lái)放大來(lái)自接收天線的某一固定頻率的微弱信號(hào),則可減小通頻帶,盡量提高放大器的增益。
(4)選擇性——矩形系數(shù)
調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時(shí)來(lái)表示,如圖(3)所示的諧振曲線,矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比,即
KV0.1?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW(1-17)上式表明,矩形系數(shù)Kv0.1越小,諧振曲線的形狀越接近矩形,選擇性越好,反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)Kv0.1遠(yuǎn)大于1),為提高放大器的選擇性,通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器??梢酝ㄟ^測(cè)量調(diào)諧放大器的諧振曲線來(lái)求矩形系數(shù)Kv0.1。
3.實(shí)驗(yàn)參考電路
圖1-4 單級(jí)調(diào)諧放大器
(1)主要技術(shù)指標(biāo):諧振頻率fo=10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB,通頻帶BW=1 MHz,矩形系數(shù)Kr0.1<10。因fT比工作頻率fo大(5—10)倍,所以選用3DG12C,選β=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得rbˊb=70, CbˊC=3PF,當(dāng)IE=1.5mA時(shí)Cbˊe為25PF,取L≈1.8μH,變壓器初級(jí)N2=23匝,次級(jí)為10匝。
P2=0.43, P1=0(2)確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器,如上圖1-4。(3)確定電路參數(shù)。a)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)
由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài),放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜,現(xiàn)取IE=1.5mA,UEQ=2.25V,UCEQ=9.75V。
則 RE?UEQIE?1.5K? 則RA6=1.5KΩ 取流過RA3的電流為基極電流的7倍,則有:
RA3?UBQ7IBQ?UBQ??7IE?17.6K? 取18 KΩ
則
RA2?WA1?12?3.7?18?40K? 3.7則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。b)計(jì)算諧振回路參數(shù) 由式(1-6)得 gb'e??IE?mA26?S?1.15mS
由式(1-5)得 gm??IE?mA26S?58mS
由式(1-1)~(1-4)得4個(gè)y參數(shù)
yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gb'e?jwcb'e?1.373?10?3S?j2.88?10?3S
由于yie?gie?j?cie
則有g(shù)ie =1.373ms rie?1gie?728?
Cie?yoe?jwcb'bcb'cgm2.88mS?22.5pF w?jwcb'e?0.216mS?j1.37mS
1?rb'b?gb'e?jwcb'e?因yoe?goe?j?coe 則有
goe?0.216ms coe?1.37msW?10.2pF c)計(jì)算回路總電容CC?1?2,由(1-10)得
?1?123pF
??2?f0?L?2?3.14?10.7?10?62?1.8?10?6由(1-11)CC?C??C?P12Coe?P22Cie得
?P12Coe?P22Cie?120?0.432?22.5?02?10.2?119pF
?則有CA3=119pF,取標(biāo)稱值120pF d)確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容,現(xiàn)取耦合電容CA2=0.01μF,旁路電容CA4=0.1μF,濾波電容CA5=0.1μF
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn),然后再調(diào)諧振回路。
1.按照所附電路原理圖G6,按下開關(guān)KA1,接通12V電源,此時(shí)LEDA1點(diǎn)亮。
2.調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn):
在不加輸入信號(hào)(即ui=0),將測(cè)試點(diǎn)TTA1接地,用萬(wàn)用表直流電壓檔(20V檔)測(cè)量三極管QA1射極的電壓(即測(cè)P6與G兩焊點(diǎn)之間的電壓,見圖0-2所示),調(diào)整可調(diào)電阻WA1,使uEQ=2.25V(即使IE=1.5mA),根據(jù)電路計(jì)算此時(shí)的uBQ,uCEQ,uEQ及IEQ值。
uEQ=2.25V uBQ=uEQ+0.7V=2.95V uCEQ=12V?uEQ=9.75VuCEQ IE=1.5mA
3.調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz 方法是用BT-3頻率特性測(cè)試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭,分別接電路的信號(hào)輸入端TTA1及測(cè)試端TTA2,通過調(diào)節(jié)y軸,放大器的“增益”旋鈕和“輸出衰減”旋鈕于合適位置,調(diào)節(jié)中心頻率刻度盤,使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線”,根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動(dòng)變壓器的磁芯,使中心頻率f0=10.7MHz所對(duì)應(yīng)的幅值最大。如果沒有頻率特性測(cè)試儀,也可用示波器來(lái)觀察調(diào)諧過程,方法是:在TTA1處由高頻信號(hào)源提供頻率為10.7MHz的載波(參考高頻信號(hào)源的使用),大小為Vp-p-=20~100mV的信號(hào),用示波器探頭在TTA2處測(cè)試(在示波器上看到的是正弦波),調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大(即調(diào)好后,磁芯不論往上或往下旋轉(zhuǎn),波形幅度都減?。?。
4.測(cè)量電壓增益Av0
在有BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下用頻率特性測(cè)試儀測(cè)Av0測(cè)量方法如下: 在測(cè)量前,先要對(duì)測(cè)試儀的y軸放大器進(jìn)行校正,即零分貝校正,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y軸增益“旋鈕,使屏幕上顯示的方框占有一定的高度,記下此時(shí)的高度和此時(shí)“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB,然后接入被測(cè)放大器,在保持y軸增益不變的前提下,改變掃頻信號(hào)的“輸出衰減”旋鈕,使諧振曲線清晰可見。記下此時(shí)的“輸出衰減”的值N2dB,則電壓增益為
AVO??N2?N1?dB 若用示波器測(cè),則為輸出信號(hào)的大小比輸入信號(hào)的大小之比。如果AV01較小,可以通過調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)解決(即IE增大)。
在無(wú)BT-3頻率特性測(cè)試儀的情況下,可以由示波器直接測(cè)量。方法如下: 用示波器測(cè)輸入信號(hào)的峰峰值,記為Ui。測(cè)輸出信號(hào)的峰峰值記為Uo。則小信號(hào)放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Ui。利用頻率計(jì),經(jīng)測(cè)定可知AV0=10dB 5.測(cè)量通頻帶BW 用掃頻儀測(cè)量BW:
先調(diào)節(jié)“頻率偏移”(掃 頻寬度)旋鈕,使相鄰兩個(gè)頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母駭?shù),然后接入被測(cè)放大器,調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益,使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度,測(cè)出其曲線下降3dB處兩對(duì)稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度,根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)就可以近似算出放大器的通頻帶
BW?B0.7?100KHZ??寬度?
觀察可知,BW=4.5MHZ 6.測(cè)量放大器的選擇性
放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1表示 用5)中同樣的方法測(cè)出B0.1即可得: Kr0.1?B0.12?f0.1? B0.72?f0.7Kr0.1=2?16 4.5=7.1
四、思考題
引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么?如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象,應(yīng)該怎樣消除?
在高頻調(diào)諧放大器中,由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋,形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題.克服自激的方法:由于晶體管由反向傳輸導(dǎo)納存在,實(shí)際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導(dǎo)納的作用,應(yīng)使晶體管單向化。
單向化的方法有兩種:一種是消除反向傳輸導(dǎo)納的反饋?zhàn)饔?,稱為中和法;另一種是使負(fù)載電導(dǎo)gL或信號(hào)源電導(dǎo)的數(shù)值加大,使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配,稱為失配法。
五、實(shí)驗(yàn)儀器
1.BT-3(G)型頻率特性測(cè)試儀(選項(xiàng))
一臺(tái) 2.20MHz模擬示波器
一臺(tái) 3.?dāng)?shù)字萬(wàn)用表
一塊 4.調(diào)試工具
一套