高频电子线 路实验指导

1实验一高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器常指各种收/发信机或电子设备中的高频电压放大器，其作用是将高频小信号或接收机中经变频后的中频信号进行放大，以达到下级电路所需的激励电压幅度。为使放大信号不失真，放大器负载不是纯电阻而是用LC谐振回路，且工作在线性放大区即甲类状态，属窄带电压放大器。实际工程中对高频小信号谐振放大器的基本要求是：电压增益高，工作稳定性好，频率特性应满足通频带的要求，噪声低。一、实验目的1.掌握高频小信号谐振放大器的电路组成、基本工作原理与设计方法。2.掌握高频小信号谐振放大器谐振回路的调谐方法及研究回路参数对谐振曲线的影响。3.掌握高频小信号谐振放大器的主要技术指标的意义及测试方法。二、实验预习要求预习谐振回路、高频小信号放大器等有关章节。了解谐振放大器的高频等效电路与晶体管的4个Y参数。三、实验设备与仪器高频实验箱WYGP-3或GP-4一台双踪示波器TDS-1002一台高频信号发生器WY-1052一台万用表一块四、实验任务与要求4．1基本命题4．1．1基本实验的实验电路及说明实验电路采用的是一个单级谐振放大器，由共射、共基两级电路组成。具有较高的工作稳定性，采用±5V电源供电。电路如图1-1所示。图1-1高频小信号放大器原理图2该电路主要由共射放大器（由Q600、TR600、R601、R600、R610与R606、R602、C607组成）与共基放大器（由Q601、TR602、R609、C609组成）组成。谐振回路由TR602初级及电容C606与C604组成，改变C604可以改变回路的谐振频率，使放大器谐振在6.5MHz上。电路采用这种接法的原理是：对于简单的单调谐小信号放大器谐振时的放大倍数为：gyPAreV1其中P1为晶体管的集电极接入系数，g为并联谐振回路的总电导。由于晶体管存在rey(反向传输导纳)的反馈，就有可能引起放大器工作的不稳定，同时rey的值随频率而变化，因此，当放大器电路参数取定后，为提高放大器工作的稳定性，实际工程中常采用中和法或失配法克服由于rey的存在，造成的放大器工作不稳定性。中和法的优点是电路简单，增益高。缺点是：①只能在一个频率上完全中和，不适合宽带。②因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。③采用中和法对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法的优点是：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响；②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；③生产过程中无需调整，适于批量生产。缺点：增益低。为此，实验电路采用失配法电路，可有效的消除调谐放大器的不稳定性。图中Q601所组成的共基放大器的特点是输入导纳大和输出阻抗高。当它和Q600等组成的共射电路连接时，相当于共射电路的负载导纳很大，只由共基电路的输入导纳决定，此时共射电路的内部反馈可忽略，放大器虽然工作在严重失谐状态，但放大电路的稳定性得到很大提高，虽增益有所降低，但两管总增益仍大于共射放大器的增益。又由于共基电路输出导纳很高可直接和负载线圈连接而无需抽头接入。当短接跳线J600的1、2脚（上），J602的2、3脚（下），J608的1、2脚（上）时，为单级高频小信号调谐放大电路。当短接跳线J600的2、3脚，J602的2、3脚、J608的1、2脚（上）时，为两级高频小信号调谐放大电路。该级集电极输出采用的是变压器T601耦合输出。1．输入点参考说明：HF-IN：高频信号输入测量点2．输出点参考说明：C/E：Q600集电极电压测量点STE：Q600发射极电压测量点AGC：AGC控制信号测量点HF-O：放大信号输出测量点4．1．2基本实验内容与方法步骤本实验使用的是高频小信号放大模块，如图1-2所示。实验之前在实验箱上找到本实验单元位置，并熟悉电路，掌握各主要元件及调谐元件的位置与作用。4．1．2．1高频小信号放大器静态测量①参照实验单元模块电路，用“短路帽”连接J600的2、3（下）脚，J602的2、3（下）脚，J608的1、2（上）脚。此时为两级谐振放大电路。打开实验箱电源，使实验箱开始正常工作。用图1-2高频小信号放大模块万用表分别测量晶体管Q600和Q601各电极的静态工作电压。将结果记录于表1-1中。表1-13VbVeVcVceIc根据Vce判断Q600、Q601是否工作在放大区Q600是否原因：Q601是否注：Vb:基极对地电压。Ve:发射极对地电压。Vc:集电极对地电压。Vce：集电极与发射极之间电压。Ic=Ve/ReRe=4．1．2．2谐振频率、放大器电压增益VoA的测定与计算①参照实验单元模块电路，将实验电路设置为单级谐振放大电路。②用高频信号发生器，输出频率f=6.5MHZ/幅度为100mV的信号作为输入信号Vi接实验电路模块的输入端口“HF-IN”处。③用双踪示波器的“A”通道检测输入信号。再将示波器的“B”通道接实验电路模块的输出端口“HF-O”检测放大输出信号。④分别微调高频谐振放大器输入回路的微调电感TR600、微调电容C600和输出回路的，TP601与CT604，使放大器输出的信号Vo最大，且输出波形无明显失真，这时，高频信号发生器的输出频率就等于回路的谐振频率of。(用频率计检测)⑤记录此时的回路谐振频率of与输出信号幅度Vo。⑥根据测量所得结果，计算出单调谐放大器的电压增益VOAioVOVVA或dBVVAioVOlg20⑦保持以上操作和输入信号Vi不变，仅将“短路帽”连接J600的2、3脚，此时为两级谐振放大电路。用示波器观察输出端口“HF-O”的输出波形和输入端口“HF-IN”的波形，再微调高频谐振放大器输出回路的电感TP601与微调电容CT604，使输出信号最大，且输出波形无明显失真根据测量所得结果，计算出两级谐振放大器的电压增益VOA，并比较两种放大器的输出波形与VOA变化，分析变化原因。4．1．2．3谐振放大器通频带Bw的测定1．单级谐振放大电路Bw测量①实验条件：电路设置为单级谐振放大电路，Vi=6.5MHz/100mV。（采用逐点法）②分别用双踪示波器监测输入信号“HF-IN”/输出信号“HF-O”③微调TP601、C600与TR601、C604使回路谐振（即使输出电压Vo幅度最大）。④保持输入电压Vi幅度不变，改变高频信号发生器的输出频率,由回路的中心频率of分别向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压Vo，将测得的数据填入表1-3中。(频率偏离范围可根据VOA707.0的实际情况来确定)。2．两级谐振放大电路Bw测量①实验条件：将实验电路连接为两级放大器，Vi=6.5MHz/100mV。②参照以上实验步骤②—④，将测得的数据填入表1-2中。表1-2频率（MHZ）fo单输出电压（V）双结论4③根据测量所得结果，用逐点法标绘谐振放大器的幅频特性曲线，并计算出增益、带宽及Q值。再比较两种放大器的Bw变化，分析变化原因。3．谐振放大器矩形系数wB的测定①实验条件：电路设置为两级谐振放大电路，Vi=6.5MHz/100mV。（采用逐点法）②分别用双踪示波器监测输入信号“HF-IN”/输出信号“HF-O”③微调TP601、C600与TR601、C604使回路谐振（即使输出电压Vo幅度最大）。④保持输入电压Vi幅度不变，改变高频信号发生器的输出频率,由回路的中心频率of分别向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压Vo，将测得的数据填入表1-3中。(频率偏离范围可根据0.1AVO的实际情况来确定)。表1-34．2扩展命题4．2．1高频小信号谐振放大器的设计与仿真实验4．2．1．1单调谐高频电压放大器电路设计举例主要技术指标：谐振频率of＝10.7MHz,谐振电压放大倍数VOA≥20dB，通频带B0.7=1MHz，矩形系数K0.1＜10。要求放大器电路工作稳定，采用抽头并联谐振输出回路。已知：L≈4μH,总匝数N2=20，p1=0.25，Q=100，晶体管用9018，β=50。查手册可知，9018在Vce=10V、IE=2mA时，gie=2860ms，Cie=19pf，goe=200us，Coe=7pf，Yfe=45ms，Yre=0.31ms。负载电阻RL=3KΩ。电源供电Vcc=12V。①选定电路形式依设计技术指标要求，采用晶体管共发射极单调谐回路谐振放大器，参考电路如图1-3所示。该电路静态工作点Q主要由Rb1和Rw1、Rb2、Re与Vcc确定。利用Rb1和Rw1、Rb2的分压固定基极偏置电位VBQ，如满足条件图1-3单调谐高频小信号放大器电原理图I1IBQ：当温度变化ICQ↑→VEQ↑→VBE↓→IBQ↓→ICQ↓，抑制了ICQ变化，从而获得稳定的工作点。由此可知，只有当I1IBQ时，才能获得VBQ恒定，故硅管应用时，I1=（5-10）IBQ。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求VBQVBE，一般硅管取：VBQ=（3-5）V。图中放大管选用9018，C1为输入耦合电容。RE1、RE2、Ce为发射极偏置电阻与滤波电容。R1、RW1、R2组成基极偏置电路，调节RW1可改变晶体管的静态工作点。C、CT与L1、L2组成单调谐并联谐振回路与集电极直接相连，CT为微调电容，改变CT的容量可以改变回频率（MHZ）fo双输出电压（V）结论5路的谐振频率，使放大器谐振在10.7MHz上。谐振电路中的电阻R，为回路阻尼电阻，改变其阻值的大小，可以改变回路的Q值。C2为输出耦合电容。C3为电源滤波电容。②设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ一般选取0.8－2mA为宜，设计电路中取IE=1.5mA，设RE=1.5KΩ。因为：VEQ=ICE/RE而Ico≈IEO所以：VEQ=1.5mAx1.5K=2.25V取VEQ=2.3V因为：VBQ=VEBQ+0.7V=3V(硅管的发射结电压VEBQ为0.7V)所以：VBQ=VEBQ+0.7V=3V因为：VCEQ=Vcc-VEQ所以：VCEQ=Vcc-VEQ=12-2.3=9.7V因为：RB2=VBQ/（5-10）IBQ而IBQ=ICQ/β=1.5/50=0.03取10IBQ所以：Rb2=VBQ/（10）IBQ=3/0.3=10K因为：Rb1=[(Vcc-VBQ)/VBQ]Rb2所以：Rb1=(9/3)10=30K考虑调整静态电流ICQ的方便，Rb1用47K电位器与8.2电阻串联。③谐振回路参数计算首先求出回路中的总电容C∑：因为：则:pfLfCo2.55)2(12再求回路电容：因有C=C∑-p12Coe-p22Cie=53.3pf取C为标称值51pf。最后求电感线圈抽头匝数N1：N1=p1N2=20X0.25=5匝。④确定耦合电容与高频滤波电容：耦合电容C1、C2的值，可在1000pf—0.01uf之间选择，一般用瓷片电容。旁路电容Ce、C3、C4的取值一般为0.01μF。4．2．2单调谐高频电压放大器的设计与仿真实验4．2．2．1单调谐高频电压放大器仿真实验电路组成与说明单调谐高频电压放大器的仿真实验参考电路如图1-4所示：该电路是一晶体管共射单级谐振放大器。放大管选用3DG12C，C1为输入耦合电容。RE1、RE2、Ce为发射极偏置电阻与滤波电容。R1、RW1、R2组成基极偏置电路，调节RW1可改变晶体管的静态工作点。C、CT与L1、L2组成单调谐并联谐振回路与集电极直接图1-4单调谐高频小信号放大器电原理图相连，CT为微调电容，改变CT的容量可以改变回路的谐振频率。电阻R为回路阻尼电阻，改变其阻值的大小，可以改变回路的Q值。C2为输出耦合电容。由于放大器负载为LC并联谐振回路，因此具有选频特性。Lcfo2164．2．2．2单调谐高频电压放大器仿真实验内容为顺利完成本次实验，用EWB电子工作平台软件对电路进行仿真分析，仿真时可完成下列内容：①测量并调整放大器的静态工作点，IC=1.5mA。可采用直接或间接方法。②谐振频率的调测与电压放大倍数的测量。测量条件：输入高频信号电压幅度（峰-峰值）100mV。负载电阻=10K③研究阻尼电阻变化对放大器增益、带