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1、 本科实验报告课程名称： 高频电子线路 实验项目： 高频小信号调谐放大器 实验地点： 信号与系统及高频电子线路实验室 专业班级： 电科 1201 班 学号： 2012001614 学生姓名： 杨超凡 指导教师： 王耀力 2014 年 12 月 16 日实验一 高频小信号调谐放大器一、实验目的小 信 号 调 谐 放 大 器 是 高 频 电 子 线 路 的 基 本 单 元 电 路 ， 主 要 用 于 高 频 小 信号 或 微 弱 信 号 的 线 性 放 大 。 在 本 实 验 中 ， 通 过 对 谐 振 回 路 的 调 试 ， 对 放 大 器处 于 谐 振 时 各 项 技 术 主 指 标 的 测
2、试 （ 电 压 放 大 倍 数 ， 通 频 带 ， 矩 形 系 数 ） ，进 一 步 掌 握 高 频 小 信 号 放 大 器 的 工 作 原 理 。 学 会 小 信 号 调 谐 放 大 器 的 设 计 方法 。二、实验原理1、 高 频 小 信 号 调 谐 放 大 器图 2-1 小 信 号 调 谐 放 大 器如 图 2-1 所 示 电 路 为 共 发 射 极 接 法 的 晶 体 管 高 频 小 信 号 调 谐 放 大 器 。 它不 仅 要 放 大 高 频 信 号 ， 而 且 还 要 有 一 定 的 选 频 作 用 ， 因 此 晶 体 管 的 集 电 极 负载 为 LC 并 联 谐 振 回 路 。
3、 在 高 频 情 况 下 ， 晶 体 管 本 身 的 极 间 电 容 及 连 接 导 线的 分 布 参 数 等 会 影 响 放 大 器 输 出 信 号 的 频 率 和 相 位 。 晶 体 管 的 静 态 工 作 点 由电 阻 RB1， RB2 及 RE 决 定 ， 其 计 算 方 法 与 低 频 单 管 放 大 器 相 同 。放大器在高频情况下的等效电路如图 2-2 所示，晶体管的 4 个 y 参数yie， yoe，y fe 及 yre 分别为输入导纳 （1-ebebie jwcgry11）输出导纳 （1-ebebebmoe jcjcgry 12）正向传输导纳 （1-ebebmfe jwcgr
4、y 13） 反向传输导纳 （1-ebebre jcgrjy 14）图 2-2 放大器的高频等效回路式中，g m晶体管的跨导，与发射极电流的关系为（1-5） SmAIgE26gbe发射结电导，与晶体管的电流放大系数 及 IE 有关，其关系为 （1-6 ） SIrgEebeb261 rbb基极体电阻，一般为几十欧姆；Cbc集电极电容，一般为几皮法；Cbe发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流 IE，电流放大系数 有关外，还与工作频率 有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在 f0=30MHz， IE=2mA，U
5、 CE=8V 条件下测得3DG6C 的 y 参数为：mSrgiei21pFCie12mSrgoe2501 pFCoe4mSyfe40uSyre350如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算的方法。图 1-2 中所示的等效电路中，p 1 为晶体管的集电极接入系数，即（17）2/NP式中，N 2 为电感 L 线圈的总匝数。P2 为输出变压器 T 的副边与原边的匝数比，即（18）232/式中，N 3 为副边（次级）的总匝数。gL 为调谐放大器输出负载的电导，g L=1/RL。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则 gL 将是下一级晶体管的输入导
6、纳 gie2。由图 1-2 可见，并联谐振回路的总电导 的表达式为g（19）GjwLjcgpgLoeiee 1221式中，G 为 LC 回路本身的损耗电导。谐振时 L 和 C 的并联回路呈纯阻，其阻值等于 1/G，并联谐振电抗为无限大，则 jwC 与 1/（jwL ）的影响可以忽略。三、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率 ，谐振电压放大of倍数 ，放大器的通频带 BW 及选择性（通常用矩形系数 来表示）等。voA 1.0rK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 称为放大器的谐振频率，对于图of1-1 所示
7、电路（也是以下各项指标所对应电路） ， 的表达式为（1-10 ）LCf210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CC（1-ieoeP22111）式中， Coe 为晶体管的输出电容；Cie 为晶体管的输入电容。 谐振频率 的测量方法是：of用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪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 。of（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 称为调谐放大器的电voA压放大倍数。 的表达式为voA（1-GgpygypuieoeffeiV 22121012） 式中， 为谐振回路谐振时
8、的总电导。因为 LC 并联回路在谐振点时的 Lg和 C 的并联电抗为无限大，因此可以忽略其电导。但要注意的是 本身也是一fey个复数，所以谐振时输出电压 u0与输入电压 ui相位差为（180 o+ fe） 。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 RL两端的电压 u0及输入信号 ui的大小，则电压放大倍数 AV0由下式计算：或 dB (1-13)iVUioVUAlg20（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
9、的通频带 BW，其表达式为(1-14)LQfB07.2式中，Q L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 与通频带 BW的关系为voA (1-15)CyBWAfeV20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 及电压放大倍数 然后改变高频信ofvoA号发生器的频率（保持其
10、输出电压 uS不变） ，并测出对应的电压放大倍数 。voA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 1-3 所示。由式（1-14）可得 (1-16)7.02ffBWLH图 1-3 谐振曲线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，由式（1-15）可知，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 C 。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（1-3）所示的谐振曲线，
11、矩形系数 Kv0.1 为电压放大倍数下降到 0.1 AV0 时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到 0.707 AV0 时对应的频率偏移之比，即（1-17 ）BWffKV1.07.01.1.022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。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数 Kv0.1。四、实验参考电路图 1-4 单级调谐放大器（1）主要技术指标：谐振频率 fo=10.7MHz，谐振电压放大倍数 AV010-15 dB
12、，通频带 BW=1 MHz，矩形系数 Kr0.110。因 fT比工作频率 fo大（510）倍，所以选用 3DG12C，选 =50，工作电压为 12V，查手册得 rbb =70, CbC =3PF，当 IE=1.5mA 时 Cbe 为 25PF，取 L1.8H，变压器初级 N2=23 匝，次级为 10匝。P2=0.43, P1=0（2）确定电路为单级调谐放大器，如上图 1-4。（3）确定电路参数。a、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 0.82mA 为宜，现取 =1.5mA， =2.25V， =9.75V。EIEQUCEQ则 则 =1.5KKR5.16
13、AR取流过 的电流为基极电流的 7 倍，则有：3A取 18 KKIUIEBQBQ.17则 WRA40187.3212则取 =5.1K WA1 选用 50K 的可调电阻以便调整静态工作点。b、计算谐振回路参数 由式（1-6）得 mSAIgEeb 15.26 由式（1-5）得 mSAIgEm5826由式（1-1）（1-4）得 4 个 y 参数SjSjwcgryebebie 33108.2107.1 由于 iieicj则有 =1.373ms ig7281ieierpFwmSCi 5.mSjjcjgrcjyebebeboe 37.126.01 因 则有oeoejgms26.0pFWscoe2.1037
14、.c、计算回路总电容 ，由（1-10）得CpLf 12308.17.04.3216260 由（1-11） 得ieoeP1 pFCCi 192.5.2.22 则有 =119pF，取标称值 120pF 205d、确定耦合电容及高频滤波电容高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容，现取耦合电容 =0.01F，旁路电容 =0.1F，滤波电容 =0.1F204C206C203C五、实验内容与结果分析1.按 下 开 关 后 ， 接 通 12V 电 源 ， 然 后 开 始 调 整 晶 体 管 的 静 态 工 作 点 。 调 节 可调 电 阻 WA1， 使 得 =2.25V。 记 下 实 际 测 量 时 晶 体 管 各 个 点 的 电 流 及 电 压 值 如右 下 ：=2.170V， =2.805V， =9.830V， =1.437mA。2.调 谐 放 大 器 的 谐 振 回 路 是 它 的 谐 振 在 10.7MHz。采 用 BT-3 频 率 测 试 仪 连 接 到 电 路 的 输 出 和 输 入 端 口 。 如 电 路 中 所 示 。 波 特仪 结 果 ：中 心 频 率 大 约 为 10.7MHz3. 测 量 电
