高频小信号调谐放大器

学生实验报告学生实验报告（1）学生姓名学号同组人：实验项目高频小信号调谐放大器■必修□选修□演示性实验□验证性实验■操作性实验□综合性实验实验地点枫林实验室实验仪器台号指导教师实验日期及节次2013/10/21第8、9、10节一、实验综述实验目的：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频率特性及其测试方法。实验仪器及设备:1、高频实验箱（模块2）1台2、双踪示波器1台3、万用表1块4、扫频仪（可选）1台二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）实验原理：（一）单调谐放大器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Q1、选频回路T1二部分组成。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fS＝12.5MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3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f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1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f0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），f0的表达式为式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，的表达式为J6J5J4J1+12+12图1-1（a）单调谐小信号放大图1-1（b）双调谐小信号放大R415KR5470R154.7KR16470C2104C6104C1中周内电容C5104C11104C19104C12中周内电容C1510pC13104C14中周内电容Q13DG6Q23DG6TH1TH2TH6TH7T3T2T1TP6TP3C23104W3100KW4100KR2210KR2315K式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率f0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f0。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AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为GgpgpyppgyppvvAieoefefeiV100式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º而是为180º+Φfe。AV0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V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：AV0=V0/Vi或AV0=20lg(V0/Vi)dB3.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AV下降到谐振电压放大倍数AV0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△f0.7=f0/QL式中，QL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AV0与通频带BW的关系为上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数AV0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f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。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1-3所示。可得：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yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。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Kv0.1时来表示，如图1-3所示的谐振曲线，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707AV0时对应的频率偏移之比，即Kv0.1=2△f0.1/2△f0.7=2△f0.1/BW上式表明，矩形系数Kv0.1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Kv0.1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。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。实验步骤：（一）单调谐小信号放大器单元电路实验1．实验电路的连接（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1-4）所示搭建好测试电路。高频信号源RF1RF2频率计RFIN小信号谐振放大器示波器图1-4高频小信号调谐放大器测试连接框图高频信号源RF1RF2频率计RFIN小信号谐振放大器示波器（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)2、静态工作点的测量：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VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VeQ＝4.8V，记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ/R5，将结果记于表1-1中。实测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区Vc(V)Ve(V)IcVce是否11.794.810.26.99√3、测量放大器的谐振电压增益Av0（1）、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。（2）、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12.5MHz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50mV。（3）、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。（4）、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Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。4、测量放大器的频率特性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：保持输入电压Vi不变，通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率由中心频率向两边逐点偏移，测得在不同频率f（以0.5MHz为步进间隔来变化）时对应的输出电压峰-峰值Vop-p,将测得的数据填入表1-2中。f（MHz）10.51111.51212.51313.51414.5Vop-p(V)0.320.400.680.921.081.201.000.620.48用第4步中的方法，我们就可以测出和的大小，从而得到的值。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。三、结论1、实验结果2、分析讨论本实验中对高频电路而言，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。同时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。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yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量。四、指导教师评语及成绩：评语：成绩：指导教师签名：批阅日期：