高频实验1

厚德博学追求卓越1.复习选频网络的特性分析方法；2.复习谐振回路的工作原理与特点；3.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性等分析方法和知识。实验预习要求厚德博学追求卓越高频电子线路实验(1)厚德博学追求卓越一、实验目的高频小信号谐振放大器电路是构成无线电设备的主要电路，它的作用是放大信道中的高频小信号。为使放大信号不失真，放大器必须工作在线性范围内，无线电接收机中的高放电路，就是典型的高频窄带小信号谐振放大器。所谓窄带放大器，是指被放大信号的频带宽度小于或远小于它的中心频率。如在调幅接收机的中放电路中，带宽Δf为9kHz，中心频率fo为465kHz，相对带宽Δf/f0约为百分之二，故属于窄带放大器。通过本实验：1、掌握高频谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理及交流等效电路的分析方法。2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标的意义及测试技能。厚德博学追求卓越3、高频谐振放大器的主要技术性能指标的测定。1、高频谐振电压放大器静态工作状态的测量。2、高频谐振放大器谐振频率fo的调整与测定。（1）谐振电压放大倍数Avo（2）谐振放大器的通频带BW0.7（3）谐振放大器的选择性Kr0.1二、实验内容4、高频谐振放大器的综合性能指标的测定。厚德博学追求卓越三、实验应知知识1、单调谐回路谐振放大器的电路组成实际电子工程中，典型单调谐回路谐振放大器电路组成如图所示：可见，它主要由放大器与选频网络，即谐振回路组成。电路中个元件的作用是：Rb1、Rb2和Re组成分压式射极偏置电路，利用直流负反馈稳定电路的静态工作点Q。T1为输入变压器，起信号源输入的作用。Ce和Cb均是高频旁路电容。Ce可使Re对交流不起负反馈作用，增大电路的电压放大倍数；Cb使T1次级线圈一端(即信号源的一端接地)交流接地。T2的初级线圈L1与C组成LC并联谐振回路，作为共射放大电路的负载，并起到选频作用。中间抽头有利于实现与次级的阻抗匹配，以获得最大的功率增益。单调谐回路谐振放大器的特点是：(1)放大电路中集电极负载是一个单回路的LC并联谐振回路，它谐振于放大器的中心频率；(2)单回路LC并联谐振回路采用自耦变压器形式（即抽头形式），以保证LC回路性能受到的影响为最小；(3)本级电路与下级负载的联接采用变压器耦合形式。厚德博学追求卓越三、实验应知知识2、高频小信号谐振放大器的交流等效电路分析在工程上应用的高频小信号谐振放大器，它包括原理性与技术性元件，如图所示，电路较繁杂；在理论上，为分析问题的方便，常将其等效成简单明了的交流等效电路。等效的方法是：（1）将工程电路图中的直流电源、直流偏置电阻、耦合电容、滤波电容均看作短路。（2）为简化交流等效图，一些技术性元件可以删除，而原理性元件则不能随便删除和变更位置。由此得到的交流等效电路如图所示。由此图，可一目了然的知晓，它为单调谐回路选频放大器。厚德博学追求卓越我们学习高频小信号放大器电路的目的，主要是为了掌握它的电路组成、工作原理、工程设计思想与实际运用时，对它的要求如何；也就是应当掌握衡量它好坏的主要质量指标三、实验应知知识衡量高频小信号放大器好坏的主要质量指标有：（5）噪声系数（noisefigure）（1）谐振增益（gain）（2）通频带（passband）（3）选择性（selectivity）（4）工作稳定性（stability）3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标1、谐振增益放大器的谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益，表征放大器放大微弱信号的能力。记为Auo。一般希望每级放大器的增益尽量大，使满足总增益时级数尽量少。它的表示方法有两种；(1)增益的倍数表示法电压增益的倍数表示法Auo=Uo/Ui电流增益的倍数表示法Ai=Io/Ii功率增益的倍数表示法Ap=Po/Pi电路增益的倍数表示法，在学习上比较直观和易于为人们接受。(2)增益的分贝表示法电压增益的分贝表示法Gu=20lgAu=20lg(Uo/Ui)分贝但在工程上，由于电路增益很高（达几十万倍甚至上千万倍），用倍数表示就不大方便；同时由于人耳对声音响度的感觉并不是呈现线性（即倍数）关系，而是呈对数关系，所以在电子工程中表示增益通常用对数值表示，称为分贝表示法。电流增益的分贝表示法功率增益的分贝表示法Gi=20lgAi=20lg(Io/Ii)分贝Gp=10lgAp=10lg(Po/Pi)分贝放大器增益的大小，决定于所用的晶体管、要求的通频带宽度、是否良好的匹配和稳定的工作。一般来说，晶体管的大些，电压增益会大些。有时为了使通频带宽些，引入较深的负反馈，这就会影响放大器的增益。同样为了使前后级阻抗匹配，需要采用不同的负载和反馈形式，也会影响放大器的增益。厚德博学追求卓越放大器的谐振增益也可用谐振特性曲线说明f1图中fo表示放大器的中心谐振频率。AuoAuofAu/Auo表示相对电压增益。Auo当输入信号的频率恰好等于fo时，放大器的增益最大。特性曲线表达由图可知，高频谐振电压放大器的谐振增益具有与谐振回路相似的谐振特性。由于放大器负载为并联谐振网络，且并联谐振回路的阻抗随频率而变，在谐振频率点处其阻抗是纯电阻，达到最大值，此时调谐放大器的增益也为最大值。稍离开此频率，电压增益即迅速减小。我们可以用这种放大器来放大所需要的某一频率范围的信号，而抑制不需要的信号或外界干扰信号。因此，调谐放大器在无线电通信系统中被广泛用作高频和中频放大器。三、实验应知知识厚德博学追求卓越2、通频带(1)通频带的定义我们知道，高频小信号放大器一般放大的是已调制信号，而已调制信号往往有一定的频谱宽度。例如AM（调幅）无线电广播，某电台虽然有一个中心频率fo，但因为声音是具有一定的频率范围信号，经调制后这个电台发出的无线电波有9kHz的频谱宽度，称为频带。因此，放大器必须具备一定的通频带，才能对具有一定频谱宽度的信号进行放大，否则会引起频率失真。当放大器的电压增益Avo下降到最大值Av0的0.7倍时所对应的频率范围称为通频带，一般用2Δf0.7(或Bw0.7)表示。若用分贝表示则通频带亦称为-3dB带宽。OAv/Av0f1f02f0.70.7查分贝表可知，当放大器的电压增益Avo下降到最大值的0.7倍时，相对应的功率下降至最大功率的0.5，所以通频带有时亦称为半功率点带宽。三、实验应知知识3高频谐振放大器主要性能指标因为电压-3dB对应的功率比为0.5，因而亦称半功率点带宽。因为0.7对应电压分贝表示法的-3dB，亦称为-3dB带宽。厚德博学追求卓越(2)决定放大器通频带带宽的因素OAv/Av0f1f02f0.70.7①放大器通频带的带宽由负载回路形式决定。例如，负载回路由纯电阻组成，则放大器的通频带可以较宽，若负载回路由LC谐振回路组成，则放大器的通频带会较窄。②放大器通频带的带宽由负载回路的等效品质因数QL决定。负载回路的等效品质因数QL越大，谐振曲线越陡，即放大器的通频带越窄。QL小QL大③放大器的电压增益越大，放大器的通频带越窄。由模拟电路的知识可知：放大器的电压增益与带宽的乘积是一个常数，所以放大器的电压增益越大则通频带越窄。三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标2、通频带厚德博学追求卓越3、选择性(1)选择性的意义放大器从含有各种不同频率的信号总和（有用的和有害的）中选出有用信号，排除有害（干扰）信号的能力，称为放大器的选择性。0Av/Av0f10.72f0.7实际通频带选择性指标是针对抑制干扰而言的。如对邻近电台干扰、调制波产生的谐波干扰等。衡量选择性的指标有两个———矩形系数和抑制比。三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越(2)矩形系数Kr0.1①矩形系数：是指电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数Avo的0.1倍时所对应的频率范围与电压放大器倍数Avo下降到0.7倍时对应的频率偏移之比。102－1≈9.95Kr0.1=矩形系数的定义：0Av/Av0f10.72f0.70.12f0.1Kr0.1=———2Δf0.12Δf0.7根据并联谐振回路的原理可知，谐振曲线遵循以下关系——=———————11+2AVAV0(———)2QL∆ff0把Av/Av0=0.1代入上式可得2Δf0.1的宽度。f0102－1—2∆f0.1=QL本电路的通频带为：2Δf0.7=——f0QL单调谐放大器的矩形系数为上述表明：矩形系数Kr0.1越小，越接近1，即2Δf0.1越接近2Δf0.7，则实际曲线愈接近理想矩形，对邻近波道选择性愈好，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。但单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，这是单调谐回路放大器的缺点。故实际工程应用中，通常采用多级谐振放大器。实际通频带理想通频带2f0.1三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越(3)抑制比d抑制比的意义：抑制比是表示电路对某一特定的干扰频率的抑制能力。OAfAv0Avf0fn谐振频率干扰频率谐振频率的最大增益干扰频率的增益例如在彩色电视机中，必须对29MHz和38.5MHz两个频率进行抑制，以减少邻近频道对本频道图像和伴音的干扰。抑制比的定义：d=——AV0AV显然，d越大，说明对干扰频率fn抑制能力越强，电路的选择性越好。抑制比的分贝表示法：d(dB)=20lgd=20lg——AV0AV三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越工作稳定性的意义：一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。极端的不稳定状态是放大器自激，致使放大器完全不能正常工作等。工作稳定性是指放大器的工作状态（直流偏置）、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。4、工作稳定性三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越(1)信噪比5、噪声系数Fn输入信号Psi放大器A输入噪声Pni输出信号Pso输出噪声Pno信噪比=——PsPn电路中的信号必然存在有用信号Ps和噪声Pn，为了定量描述噪声干扰的情况，引入了信噪比这个物理量。输入端信噪比=——PsiPni输出端信噪比=——PsoPno显然，信噪比越大，噪声干扰越小，信号质量越高。三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标厚德博学追求卓越输入信号Psi放大器A输入噪声Pni输出信号Pso输出噪声Pno如果放大器本身没有噪声，那么放大器对输入信号Psi和噪声Pni同样放大，有———=1Psi/PniPso/Pno如果放大器本身有噪声，则放大器输出的噪声Pno是对输入噪声Pni放大后再与本身噪声叠加之和，那么输出信号的信噪比下降了。此时有———1Psi/PniPso/Pno显然，输入、输出端信噪比的比值反应了信号通过放大器后信噪比的变坏程度。所以在电子学上把这个比值称为噪声系数。Fn=————Psi/PniPso/Pno(2)噪声系数Fn三、实验应知知识3、高频小信号放大器的主要质量指标噪声系数Fn的分贝表示法Fn(dB)=10lg———Psi/PniPso/Pno显然噪声系数Fn一定是大于1的，越接近1，则说明放大器的质量指标越好。厚德博学追求卓越4-1实验电路组成与说明四、实验应会知识实验电路是由共发射级组态的晶体管和并联谐振回路组成的单级单调谐放大器。小信号调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC组成的并联谐振回路。如图所示。电路上共有两个可调元件，一个是电位器Rw，用于调节放大器的静态工作点，使放大器工作于合适的工作区；另一个是可变电容Cw，调节电容可改变电路的谐振频率。放大器的谐振频率为：012fLC本实验电路谐振频率fo＝6.5MHz。为验证放大器的基本理论，特安装有两个拨码开关；其拨码开关SW1改变谐振回路并联阻尼电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带，拨码开关SW2改变射极电阻，从而改变放大器的增益。厚德博学追求卓越四、实验应会知识实验用