高频电路实验1

HUNANUNIVERSITY高频电路实验报告学生姓名学生学号专业班级指导老师黄生叶2015年10月13日第2页实验一高频小信号调谐放大器实验一、实验目的1.熟悉高频实验电路箱，示波器，扫频仪的使用。2.掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。3.熟悉谐振回路的调谐方法及幅频特性测试分析方法。4.掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。二、实验内容1.谐振频率的调整与测定。2.谐振回路的幅频特性的测量与分析——通频带与选择性。3.主要技术性能指标的测定：谐振频率、谐振放大增益Avo及动态范围、通频带BW0.7、矩形系数Kr0.1。三、实验仪器1、1号板信号源模块1块2、2号板小信号放大模块1块3、6号板频率计模块1块4、双踪示波器1台5、万用表1块6、扫频仪（可选）1块第3页四、实验原理（一）单调谐小信号放大器单调谐小信号放大电路图小信号谐振放大器是接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线形放大。实验单元电路由晶体管N1和选频回路T1组成，不仅对高频小信号放大，而且还有选频作用。本实验中单调谐小信号放大的谐振频率为fs=10.7MHz。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LCf210式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；第4页C为调谐回路的总电容，C的表达式为ieoeCPCPCC2221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GgpgpyppgyppvvAieoefefeiV2221212100式中，g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CyBWAfeV20第5页上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C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1-2所示。可得：7.02fffBWLH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。（一）双调谐放大器图1-3双调谐小信号放大电路图为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双0VAAv0.7BW0.1Lf0fHf2△f0.1图1-2谐振曲线第6页调谐回路放大器。双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。1、电压增益为gyppvvAfeiV221002、通频带为弱耦合时，谐振曲线为单峰；为强耦合时，谐振曲线出现双峰；临界耦合时，双调谐放大其的通频带BW=2△f0.7=2fo/QL五、实验步骤及数据（一）单调谐小信号放大器单元电路实验1、断电状态下，按如下框图进行连线：信号源（1号板）频率计（6号板）单调谐小信号放大单元（2号板）示波器P3P1输入输出RFOUT1RFOUT2P3单调谐小信号放大电路连线框图注：图中符号表示高频连接线。源端口目的端口连线说明1号板：RFOUT1（Vp-p=200mVf=10.7M）2号板：P3高频小信号输入1号板：RFOUT26号板：P3频率计观察输入频率第7页2、频率谐振的调整（1）用示波器观测TP3，调节①号板信号源模块，使之输出幅度为200mV、频率为10.7MHz正弦波信号。（2）顺时针调节W1到底，用示波器观测TP1，调节中周，使TP1幅度最大且波形稳定不失真。3、动态测试保持输入信号频率不变，调节信号源模块的幅度旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的幅度。用示波器观察在不同幅度信号下TP1处的输出信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，计算电压增益Avo。在坐标轴中画出动态曲线。输入信号fs（MHz）10.7MHz输入信号Vi（mv）TP350100200300输出信号Vo（v）TP11.451.653.855.80增益Avo（dB）30.735.734.334.14、通频带特性测试（1）保持输入信号幅度不变，调节信号源的频率旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的频率。用示波器观察在不同频率第8页信号下TP1处的输出信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，在坐标轴中画出幅度-频率特性曲线。若配有扫频仪，可用扫频仪观测回路谐振曲线。输入信号Vi（mv）TP3200mv输入信号fs（MHz）10.410.510.610.710.810.911.011.1输出信号Vo（v）TP11.51.73.24.94.12.92.21.7增益（dB）17.518.624.127.826.223.220.818.6幅度-频率特性测试（2）调节输入信号频率，测试并计算出Bw0.707。0.707倍对应的信号频率为10.57MHzBw0.707=2*(10.7-10.57)=0.26MHz5、谐振曲线的矩形系数Kr0.1测试（1）调节信号频率，测试并计算出Bw0.1。增益的0.1倍对应的信号频率为7.1MHzBw0.1=2*（10.7-7.1）=7.2MHz（2）计算矩形系数Kr0.1。矩形系数=Bw0.1/Bw0.707=27.7第9页六、实验总结本实验用扫频仪观测回路谐振曲线时，无法读出准确的频率数据，存在一定的误差，可能导致实验数据的不合理。通过实验使我对谐振电路有了更深的理解，学习到了品质因数、通频带和矩形系数之间的关系，以及通频带与选择性之间的矛盾。在使用示波器和扫频仪，尤其是扫频仪时，仍然不是很熟练，总是找不到光点，还需要多加练习。希望老师以后能够多给我们讲解一下仪器的使用。