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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？
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