實驗一

高頻小信號調(diào)諧放大器實驗

一、實驗?zāi)康?.掌握小信號調(diào)諧放大器的基本工作原理；

2.掌握諧振放大器電壓增益、通頻帶、選擇性的定義、測試及計算；

3.了解高頻小信號放大器動態(tài)范圍的測試方法；

二、實驗原理

（一）單調(diào)諧放大器

小信號諧振放大器是通信機(jī)接收端的前端電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。其實驗單元電路如圖1-1（a）所示。該電路由晶體管Q1、選頻回路T1二部分組成。它不僅對高頻小信號進(jìn)行放大，而且還有一定的選頻作用。本實驗中輸入信號的頻率fS＝12MHz?；鶚O偏置電阻W3、R22、R4和射極電阻R5決定晶體管的靜態(tài)工作點?？勺冸娮鑇3改變基極偏置電阻將改變晶體管的靜態(tài)工作點，從而可以改變放大器的增益。

表征高頻小信號調(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來表示）等。

放大器各項性能指標(biāo)及測量方法如下：

1.諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率f0稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1（a）所示電路（也是以下各項指標(biāo)所對應(yīng)電路），f0的表達(dá)式為

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

為調(diào)諧回路的總電容，的表達(dá)式為

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容；P1為初級線圈抽頭系數(shù)；P2為次級線圈抽頭系數(shù)。

諧振頻率f0的測量方法是：

用掃頻儀作為測量儀器，測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f0。

2.電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時，所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)AV0稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。AV0的表達(dá)式為

式中，為諧振回路諧振時的總電導(dǎo)。要注意的是yfe本身也是一個復(fù)數(shù)，所以諧振時輸出電壓V0與輸入電壓Vi相位差不是180o

而是為180o+Φfe。

AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1（a）中輸出信號V0及輸入信號Vi的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算：

AV0

=

V0

/

Vi

或

AV0

=

lg

(V0

/Vi)

dB

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，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倍時所對應(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

=

f0/QL

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)AV0與通頻帶BW的關(guān)系為

0.7

BW

0.1

2△f0.1

圖1-2

諧振曲線

上式說明，當(dāng)晶體管選定即yfe確定，且回路總電容為定值時，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的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率f0及電壓放大倍數(shù)AV0然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓VS不變），并測出對應(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1-2所示。

可得：

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，同時又能提高放大器的電壓增益，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。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，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時來表示，如圖1-2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時對應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707

AV0時對應(yīng)的頻率偏移之比，即

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

2△f0.1/BW

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，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。

*（二）雙調(diào)諧放大器

雙調(diào)諧放大器具有頻帶較寬、選擇性較好的優(yōu)點。雙調(diào)諧回路諧振放大器是將單調(diào)諧回路放大器的單調(diào)諧回路改用雙調(diào)諧回路。其原理基本相同。

1.電壓增益為

2.通頻帶

BW

=

2△f0.7

=

fo/QL

3.選擇性——矩形系數(shù)

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

三、實驗步驟

（一）單調(diào)諧小信號放大器單元電路實驗

1.根據(jù)電路原理圖熟悉實驗板電路，并在電路板上找出與原理圖相對應(yīng)的的各測試點及可調(diào)器件（具體指出）。

2.按下面框圖（圖1-3）所示搭建好測試電路。

圖1-3

高頻小信號調(diào)諧放大器測試連接框圖

注：圖中符號表示高頻連接線

3.打開小信號調(diào)諧放大器的電源開關(guān)，并觀察工作指示燈是否點亮，紅燈為+12V電源指示燈，綠燈為-12V電源指示燈。(以后實驗步驟中不再強調(diào)打開實驗?zāi)K電源開關(guān)步驟)

4.調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點：

在不加輸入信號時用萬用表（直流電壓測量檔）測量電阻R4兩端的電壓（即VBQ）和R5兩端的電壓（即VEQ），調(diào)整可調(diào)電阻W3，使VeQ＝4.8V，記下此時的VBQ、VEQ，并計算出此時的IEQ＝VEQ

/R5。

5.按下信號源和頻率計的電源開關(guān)，此時開關(guān)下方的工作指示燈點亮。

6.調(diào)節(jié)信號源“RF幅度”和“頻率調(diào)節(jié)”旋鈕，使輸出端口“RF1”和“RF2”輸出頻率為12MHz的高頻信號。將信號輸入到2號板的J4口。在TH1處觀察信號峰-峰值約為50mV。

7.調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振在輸入信號的頻率點上：

將示波器探頭連接在調(diào)諧放大器的輸出端即TH2上，調(diào)節(jié)示波器直到能觀察到輸出信號的波形，再調(diào)節(jié)中周磁芯使示波器上的信號幅度最大，此時放大器即被調(diào)諧到輸入信號的頻率點上。

8.測量電壓增益Av0

在調(diào)諧放大器對輸入信號已經(jīng)諧振的情況下，用示波器探頭在TH1和TH2分別觀測輸入和輸出信號的幅度大小，則Av0即為輸出信號與輸入信號幅度之比。

9.測量放大器通頻帶

對放大器通頻帶的測量有兩種方式，其一是用頻率特性測試儀（即掃頻儀）直接測量；

其二則是用點頻法來測量：即用高頻信號源作掃頻源，然后用示波器來測量各個頻率信號的輸出幅度，最終描繪出通頻帶特性，具體方法如下：

通過調(diào)節(jié)放大器輸入信號的頻率，使信號頻率在諧振頻率附近變化（以20KHz或500KHz為步進(jìn)間隔來變化），并用示波器觀測各頻率點的輸出信號的幅度，然后就可以在如下的“幅度－頻率”坐標(biāo)軸上標(biāo)示出放大器的通頻帶特性。

輸出幅度

頻率

10.測量放大器的選擇性

描述放大器選擇性的的最主要的一個指標(biāo)就是矩形系數(shù)，這里用Kr0.1和Kr0.01來表示：

式中，為放大器的通頻帶；和分別為相對放大倍數(shù)下降至0.1和0.01處的帶寬。用第9步中的方法，我們就可以測出、和的大小，從而得到和的值

注意：對高頻電路而言，隨著頻率升高，電路分布參數(shù)的影響將越來越大，而我們在理論計算中是沒有考慮到這些分布參數(shù)的，所以實際測試結(jié)果與理論分析可能存在一定的偏差。另外，為了使測試結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)使儀器的接地盡可能良好。

*（二）雙調(diào)諧小信號放大器單元電路實驗

雙調(diào)諧小信號放大器的測試方法和測試步驟與單調(diào)諧放大電路基本相同，只是在以下兩個方面稍作改動：

其一是輸入信號的頻率應(yīng)改為465KHz（峰－峰值200mV）；

其二是在諧振回路的調(diào)試時，對雙調(diào)諧回路的兩個中周要反復(fù)調(diào)試才能最終使諧振回路諧振在輸入信號的頻點上，具體方法是，按圖1-3連接好測試電路并打開信號源及放大器電源之后，首先調(diào)試放大電路的第一級中周，讓示波器上被測信號幅度盡可能大，然后調(diào)試第二級中周，也是讓示波器上被測信號的幅度盡可能大，這之后再重復(fù)調(diào)第一級和第二級中周，直到輸出信號的幅度達(dá)到最大，這樣，放大器就已經(jīng)諧振到輸入信號的頻點上了。

11.同單調(diào)諧實驗，做雙調(diào)諧實驗，并將兩種調(diào)諧電路進(jìn)行比較。

四、實驗報告要求

1．寫明實驗?zāi)康摹?/p>

2．畫出實驗電路的直流和交流等效電路。

3．計算直流工作點，與實驗實測結(jié)果比較。

4．整理實驗數(shù)據(jù)，并畫出幅頻特性。

五、實驗儀器

1.高頻實驗箱

1臺

2.雙蹤示波器

1臺

3.萬用表

1塊

4.掃頻儀（可選）

1臺