《实验一高频小信号调谐放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一高频小信号调谐放大器（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验实验一一 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器一、实验目的一、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。在高频情况下，晶体管本
2、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，yfe及 yre分别为输入导纳 （1-ebebbbebeb iejwcgrjwcgy 11）输出导纳 （1-eb ebebbbebbbm oejwcjwcgrjwcrgy 12）正向传输导纳 （1-ebebbbm fejwcgrgy13） 反向传输导纳 （1-ebebbbeb rejwcgrjwcy 14）图 2-2 放大器的高频等效回路式中，gm晶
3、体管的跨导，与发射极电流的关系为（1-5） SmAIgE m26gbe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） SmAI rgEebeb261rbb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，UCE=8V 条件下测得3DG6C 的 y 参数为：mSrgieie21pFCie12mSrgoeoe2501p
4、FCoe4mSyfe40uSyre350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，p1为晶体管的集电极接入系数，即（17）211/ NNP 式中，N2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/ NNP 式中，N3为副边（次级）的总匝数。gL为调谐放大器输出负载的电导，gL=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纳 gie2。由图 1-2 可见，并联谐振回路的总电导的表达式为gGjwLjwcgpgpGjwLjwcgpg
5、pgLoeieoe112 22 122 22 1（19）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。voA1 . 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 所示电路（也是以下各项指标所对应电路）
6、 ，的表达式为of（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-ieoeCPCPCC2 22 111）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-GgpgpyppgyppuuAieoefefeiV2 22 121210 012） 式中，为谐振回路谐振时的
7、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（180o+ 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)iVUUA00ioVUUAlg200（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
8、大器的通频带 BW，其表达式为(1-14)LQffBW07 . 02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与通频带 BW的关系为voA(1-15)CyBWAfe V20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
9、持其输出电压 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 . 02 fffBWLH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
10、曲线，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）BWfffKV1 . 07 . 01 . 01 . 0222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
11、振电压放大倍数 AV010-15 dB，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。EIEQUCEQU则
12、 则=1.5KKIUREEQE5 . 16AR取流过的电流为基极电流的 7 倍，则有：3AR取 18 KKIUIUREBQBQBQA6 .17773则 KWARA40187 . 3 7 . 31212则取=5.1K WA1 选用 50K 的可调电阻以便调整静态工作点。2ARb、计算谐振回路参数 由式（1-6）得 mSSmAIgE eb15.126由式（1-5）得 mSSmAIgE m5826由式（1-1）（1-4）得 4 个 y 参数SjSjwcgrjwcgyebebbbebeb ie331088.210373.11由于ieieiecjgy则有 =1.373ms ieg7281ieiegrpF
13、wmSCie5 .2288. 2mSjmSjwcjwcgrgcjwcyeb ebebbbmcbbb oe37. 1216. 01因则有oeoeoecjgymsgoe216. 0pFWmscoe2 .1037. 1c、计算回路总电容，由（1-10）得CpFLfC123 108 . 1107 .1014. 321 216262 0 由（1-11） 得ieoeCPCPCC2 22 1pFCPCPCCieoe1192 .1005 .2243. 0120222 22 1则有=119pF，取标称值 120pF 205Cd、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，
14、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. 测量电压增益 Avo由图可得电压增益 Avo 为：Avo=24dB4. 测量通
15、频带 BW根据通频带计算公式近似算出放大器的通频带 BW=B0.7=850KHz6.测量放大器的选择性近似测出 B0.1=4700KHz放大器的选择性优劣可以用放大器的谐振曲线的矩形系数表示BWfffKV1 . 07 . 01 . 01 . 0222如果按照波特仪输出的波形，取得处的频宽计算结果如下：7 . 0f529. 5850/47001 . 0VK实验原理中已经提及，矩形系数越小 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（矩形系数远大于VK1 . 01） ，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。这里计算得到的矩形系数不算非常大。结果还是比较满意的。六、思考题六、思考
