实验1小信号调谐放大器实验.docx
《实验1小信号调谐放大器实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验1小信号调谐放大器实验.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![实验1小信号调谐放大器实验.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-11/30/cdac4f45-b6d7-43c6-ae9a-ae780b597005/cdac4f45-b6d7-43c6-ae9a-ae780b5970051.gif)
实验1小信号调谐放大器实验
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范围的测试方法;
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=12MHz。
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;
为调谐回路的总电容,
的表达式为
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
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)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1-2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1-2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。
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Kv0.1。
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(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Av0
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。
(dB)(UO=
)
(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。
(谐振曲线)
【技巧】
①输出电压UO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Uomax值为一整数,这样0.9Uomax、0.8Uomax、0.7Uomax……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fo开始,先往高于fo的方向变化。
当调节到输出电压UO=0.9Uomax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Uo等于其他电压值时,读出并记录对应的频率f0.XH。
记录数据于表1的“fH”栏中。
注意:
0.3Uomax、0.2Uomax、0.1Uomax等几个点可能测不出,需要细心。
仍然保持Vi不变,调节输入信号频率重新从fo开始,往低于fO的方向变化。
当调节到输出电压UO=0.9Uomax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Uo等于其他电压值时,读出并记录对应的频率f0.XL。
记录数据于表1的“fL”栏中。
表1数据记录
Ui=UiP-P=(V)——输入的电压峰-峰值
项目
UOmax
0.9UOmax
0.8UOmax
0.7UOmax
0.5UOmax
0.3UOmax
0.2UOmax
0.1UOmax
输出
UO(V)
f(频率)
fH(kHz)
fo
f0.9H
f0.8H
f0.7H
f0.5H
f0.3H
f0.2H
f0.1H
fL(kHz)
f0.9L
f0.8L
f0.7L
f0.5L
f0.3L
f0.2L
f0.1L
(fH:
表示f>fO,fL:
表示f空列为对应的电压,即峰-峰值)
表2
有关计算
fO(KHz)
Ui
Uo
AUO
f0.7H
f0.7L
2△f0.7
f0.1H
f0.1L
2△f0.1
(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:
式中,
为放大器的通频带;
和
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
、
和
的大小,从而得到
和
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:
(UO=
)
(2)通频带(3dB带宽)为:
=__________
(3)放大器的矩形系数为:
_____.
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?