实验1--小信号调谐放大器实验

实验一 高频小信号调谐放大器实验

一、实验目的

1. 掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；

2. 掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算；

3. 了解高频小信号放大器动态围的测试方法；

二、实验原理

图1-1单调谐小信号放大

小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管Q 1、选频回路T 1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率f S ＝12MHz 。基极偏置电阻W 3、R 22、R 4和射极电阻R 5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W 3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。 表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f 0，谐振电压放大倍数A v0，放大器的通频带BW 及选择性（通常用矩形系数K r0.1来表示）等。

放大器各项性能指标及测量方法如下：

1.谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f 0的表达式为

∑=LC f π21

式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；

∑C 为调谐回路的总电容，∑C 的表达式为

ie oe C P C P C C 2221++=∑

式中， C oe 为晶体管的输出电容；C ie 为晶体管的输入电容；P 1为初级线圈抽头系数；P 2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f 0的测量方法是：

用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T 的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。

2.电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数A V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A V0的表达式为

G

g p g p y p p g y p p v v A ie oe fe fe i V ++-=-=-=∑2221212100 式中，∑g 为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是y fe 本身也是一个复数，所以谐振

时输出电压V 0与输入电压V i 相位差不是180o 而是为180o+Φfe 。

A V0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中输出信号V 0及输入信号V i 的大小，则电压放大倍数A V0由下式计算：

A V0 = V 0 / V i 或 A V0 = 20 lg (V 0 /V i ) dB

3.通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数A V 下降到谐振电压放大倍数A V0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW ，其表达式为

BW = 2△f 0.7 = f 0/Q L

式中，Q L 为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数A V0与通频带BW 的关系为

∑=?C y BW A fe

V π20

上式说明，当晶体管选定即y fe 确定，且回路总电容∑C 为定值时，谐振电压放大倍数A V0与通频带BW 的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相

同的。

通频带BW 的测量方法：是通过测量放大

器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频

法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先

调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐

振频率f 0及电压放大倍数A V0然后改变高频信

号发生器的频率（保持其输出电压V S 不变），并

测出对应的电压放大倍数A V0。由于回路失谐后

电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图

1-2所示。

可得： 7.02f f f BW L H ?=-=

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用y fe 较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量C Σ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

4.选择性——矩形系数

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数K v0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数K v0.1为电压放大倍数下降到0.1 A V0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 A V0时对应的频率偏移之比，即

K v0.1 = 2△f 0.1/ 2△f 0.7 = 2△f 0.1/BW

上式表明，矩形系数K v0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数K v0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。

测量方法：可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数K v0.1。

三、实验步骤

（一）调整静态工作点，并进行电路调谐

1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件（具体指出）。

2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。

图1-3 高频小信号调谐放大器测试连接框图

注：图中符号表示高频连接线

3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V 电源指示灯，绿灯为-12V 电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)

4.调整晶体管的静态工作点：

在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即V BQ ）和R5两端的电压（即V EQ ），调整可调电阻W 3，使V eQ ＝4.8V ，记下此时的V BQ 、V EQ ，并计算出此时的I EQ ＝V EQ /R5（R5=470Ω）。

5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。

6.调节信号源“RF 幅度”和“频率调节”旋钮，使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为12MHz 的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为100mV 以上。

7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：

将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。

（二）测量电压增益A v0

在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则A v0即为输出信号与输入信号幅度之比。

()201__________O uo i

U A g

dB U == (dB ) （U O =max O U ） （三）测量放大器通频带

对放大器通频带的测量有两种方式：

其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；

其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：

通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。

【技巧】

①输出电压U O 直接用示波器测量，也可用毫伏表测（但读数可能不稳定）；可适当调节输入电压Vi，使U omax值为一整数，这样0.9U omax、0.8U omax、0.7U omax……等值就比较好读数，带来的误差减少；

②保持输入电压Vi不变，调节输入信号频率从f o开始，先往高于f o的方向变化。

当调节到输出电压U O=0.9U omax时，通过计数器“读出并记录”相应频率f0.9H 。继续调节频率微调，当满足U o等于其他电压值时，读出并记录对应的频率f0.X H。记录数据于表1的“f H”栏中。

注意：0.3U omax、0.2U omax、0.1U omax等几个点可能测不出，需要细心。

③仍然保持Vi不变，调节输入信号频率重新从f o开始，往低于f O的方向变化。

当调节到输出电压U O=0.9U omax时，通过计数器“读出并记录”相应频率f0.9L 。继续调节频率微调，当满足U o等于其他电压值时，读出并记录对应的频率f0.X L。记录数据于表1的“f L”栏中。

表1 数据记录

H O L O

（四） 测量放大器的选择性

描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数，这里用Kr0.1和Kr0.01来表示：

0.010.10.722r f K f =

?? 0.010.010.722r f K f =?? 式中，0.72f ?为放大器的通频带；0.12f ?和0.012f ?分别为相对放大倍数下降至0.1

和0.01处的带宽。用第（三）步中的方法，我们就可以测出0.72f

?、0.1

2f ?和0.012f ?的

大小，从而得到0.1r K 和0.01r K 的值 注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。

根据表1，进行有关计算并填入表2：

（1）电压增益： ()201__________O uo i

U A g dB U == （U O =max O U ）

（2）通频带(3dB 带宽)为：L H f f f BW 7.07.07.02-=?==__________

（3）放大器的矩形系数为：=--=??=)/()(2/27.07.01.01.07.01.01.0L H L H r f f f f f f K _____.

四、实验报告要求

1．整理实验数据，并画出幅频特性。

2．对实验结果进行分析或总结。

五、实验仪器

1、高频实验箱 1台

2、双踪示波器 1台

3、万用表 1块

六、思考题

1．如何判断并联谐振回路处于谐振状态？

2．引起放大器自激的主要因素有哪些？

3．如何提高谐振放放大器的稳定电压增益？