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1、实验一 单调谐放大器一、实验目的1. 熟悉小信号调谐放大器的工作原理及其基本特性；2. 掌握调谐放大器的调谐和电压增益、通频带、矩形系数的测试方法；3. 了解影响调谐放大器性能指标的因素。二、实验仪器1. 示波器 一台2. 高频信号发生器 一台3超高频毫伏表 一台4. 数字万用表 一块5. 无感起子 一把6. 实验箱及实验电路板 一套三、实验原理高频小信号调谐放大器是通信设备中常用的功能电路。“高频”是指被放大信号的频率在数百千赫兹至数百兆赫兹，“小信号”是指放大器输入信号小，可以认为放大器的晶体管（或场效应管）是在线性范围内工作。调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由L组
2、成的并联谐振回路。由于L并联谐振回路的阻抗是随频率变化的，在谐振频率处，其阻抗是纯电阻且达到最大值，此时放大器具有最大的电压放大倍数，偏离谐振频率，放大倍数就会迅速减少。因此，用这种放大器可以有选择性地放大所需要的频率信号，而抑制不需要的信号或外界干扰噪声。调谐放大器的性能指标有：1. 谐振电压放大倍数放大器谐振回路谐振时输出电压与输入电压的比值，即最大的电压放大倍数。2. 通频带单调谐放大器的谐振特性如图1所示，通频带定义为电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的上下限频率之差。其理论计算公式为 图1 单调谐放大器的谐振特性 （1） 式中，QL为谐振回路的有载品质因数。而，
3、其中是与LC相并联的回路等效损耗电阻。增大，QL就越大，通频带变窄。3. 选择性选择性是指放大器对不同失谐频率的干扰信号的抑制能力。理想情况下，通频带以外的信号应衰减为0，在实际中通常用矩形系数来衡量放大器谐振曲线接近理想矩形的程度。它定义为电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的0.1倍时对应的频率带宽与电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时对应的频率带宽之比，即 （2）矩形系数越接近1，调谐放大器的选择性也就越好。实验电路如图2所示。由三极管QA1及偏置电阻、集电极回路组成单级单调谐放大器，电路中的CA2为耦合电容，RA2、WA1、RA3是基极偏置电阻，调整WA1可改变静态工作点，
4、RA4、CA4为发射极偏置电阻及高频旁路电容，谐振电路由中周TE1的初级及电容CA3、CCA2构成，CCA2为可变电容，改变CCA2及中周中的磁芯可以改变谐振频率。图2 单调谐回路谐振放大器四、实验内容1. 测量晶体管的静态工作点：调整可调电阻WA1，使，测量相应的基极电位和集电极电位，并完成表1所要求的项。表1 静态工作点的测试数据 实测值由实测值计算判断三极管QA1是否工作在放大状态/V/V/V/mA/V是/否注：放大区应满足的条件是：，2. 调整中心频率（10.7MHz）由高频信号发生器(EE1051)输出频率为10.7MHz的高频信号（Vp-p=20100mV，保证输出信号不失真），接
5、至调谐放大器的输入端INA1处，用示波器或毫伏表在TTA2处观察输出电压，慢慢旋动可变电容CCA2和中周磁芯使输出波形幅度最大。3. 测量谐振电压放大倍数谐振时，用示波器测量放大器的输入电压和输出电压，计算电压放大倍数。4. 测量放大器的谐振曲线在保持输入信号幅度不变的条件下，记录输出电压为最大输出电压的0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1倍时所对应的上下边频，填入表2，绘出谐振曲线，并求通频带和矩形系数。表2 谐振特性曲线的测量结果输出电压/V010203040506070809上边频/MHz下边频/MHz相对电压放大倍数五、实验报告要求1. 整理测量数据并
6、进行相应的计算；2. 画出幅频特性曲线，并求通频带BW和矩形系数K0.1；3. 画出实验电路的交流等效电路。实验二 正弦振荡器一、实验目的1. 熟悉LC三点式振荡器和晶体振荡器的工作原理及电路中各元件的作用；2. 研究反馈系数F和静态工作电流对LC振荡器振荡幅度、振荡频率与波形的影响；3. 比较电容三点式振荡器和晶体振荡器频率稳定度。二、实验仪器1. 示波器 一台2超高频毫伏表 一台3. 频率计 一台4. 数字万用表 一块5无感起子 一把6. 实验箱及实验电路板 一套三、实验原理正弦波振荡器是指在没有外加输入信号的条件下，能自动将直流电源提供的能量转换为一定频率和幅度的正弦信号的电路。根据工作
7、原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，其中负阻型振荡器主要工作在100MHz以上的超高频段，而反馈型正弦振荡器则有电容三点式振荡器和电感三点式振荡器等电路形式。电容三点式振荡器与电感三点式振荡器比较，前者具有最高工作频率高、输出波形好等优点。因此，电容三点式振荡器在许多场合得到了应用。1. 电容三点式振荡器图1（a）是一种普通的电容三点式振荡电路，图1（b）是其交流等效电路。可以证明，幅度起振条件是 （1）式中，是共基接法晶体管的正向传输导纳，为其输入电导，为振荡回路的等效谐振电导，是振荡器的反馈系数，计算公式为 （2）电路起振后，振荡幅度愈来愈大，放大器逐渐趋向大信号非线性工作状态，其放大倍
8、数下降，当达到时，振荡幅度稳定，高Q值谐振回路可选出晶体管输出多谐振荡电流中的基频分量，并且输出电压为一完整的正弦波。图1 普通的电容三端式振荡器图1电路的振荡频率 （3）式中 （4）上述电容三点式LC振荡器的缺点是频率稳定度受晶体管极间电容的影响较大，所以常用的是改进型电路克拉泼（Clapp）振荡器和西勒（Siler）振荡器。图2（a）是一种克拉泼振荡电路，它是用电感L和可变电容的串联电路代替图1（a）电路中的电感构成，且，。只要L与C3串联电路在振荡频率上等效为一电感，则该电路满足三点式振荡器的组成原则。回路的总电容为 （5）可见，回路总电容C主要由C3决定。振荡频率为 （6）克拉泼电路的
9、振荡频率是通过调整实现的，但改变时，振荡器的负载电阻将随之变化，因而振荡器输出电压幅度也将改变，且可能使环路增益不足而停振。所以，克拉泼电路主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。图2（b）是一西勒振荡电路。它是在克拉泼电路的基础上将一可变电容与电感L并联，图中，因此晶体管与回路的耦合较弱，频率稳定度高。由于用来改变振荡器的工作频率，振荡器的负载电阻不变化，电路增益稳定，振荡器输出幅度较平稳，也不会因调频率而导致振荡器停振。故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，在实际中用得较多。图2 改进的电容三点式振荡器回路的总电容为 （7）振荡频率为 （8）2. 晶体振荡器晶体可作为谐振器的原因是压电效应，其电路
10、符号及谐振频率附近的等效电路如图3所示。图中，Lq为动态电感(几十mH几H甚至几百H)、Cq是动态电容（10-3pF数量级）、rq是动态电阻（几几百），C0称为静态电容（约25pF）。与一般谐振回路相比，晶体谐振器有明显的优点：晶体谐振器具有很高的标准性，即其物理特性受外界影响小；接入系数小，一般为，使振荡频率受极间分布电容的影响极小；有非常高的Q值，可达。因此，石英晶体振荡器的频率稳定度很高。图3 晶体的电路符号和等效电路 图4 晶体的阻抗频率特性由图3（b），当rq可以忽略时，晶体的电抗特性如图4所示。显然，当（晶体串联谐振角频率）或（晶体并联谐振角频率）时，晶体为容性；当，晶体等效为电感
11、。根据晶体在电路中的作用，可以将晶体振荡器归为两大类：并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。在串联型晶体振荡器中，振荡频率在附近处，晶体起选频短路线的作用；在并联型晶体振荡器中，晶体起等效电感的作用，此时振荡频率在石英晶体谐振器的与之间，如图5所示的皮尔斯电路。图3 皮尔斯晶体振荡器电路3振荡器频率稳定度振荡器频率稳定度是指振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度，是振荡器一个很重要的指标。在数值上通常用绝对偏差和相对偏差表示。其中，为实际振荡频率，为标称频率。常采用的稳频措施有：提高LC回路的标准性即组件的标准性；减少晶体管的影响（减弱晶体管与回路的耦合，选择特征频率高的管子）；提高回路的品质因
12、数（Q大，回路相频特性的负斜率大，相位越稳定）；减小电源、负载等的影响（如稳压，避免因电源的波动；负载并联于回路两端，使品质因数降低，故可在回路与负载间加射随器）。4实验电路实验电路如图4所示，由两部分组成。第一部分是BG1和外围组件构成的振荡电路，它包括西勒振荡电路和晶体振荡电路（由跳线J52、J53选择）。对于LC振荡电路，由L、C6、CC2、C5、C4及C1C3组成谐振回路。偏置电路由R1、W1、R2、R3和R4构成，改变W1可改变Q1的静态工作点，静态电流的选择既要保证振荡稳定在丙类工作状态，也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益，所以通常将晶体管的静态偏置点设置在小电流区（14mA
13、）。晶体振荡电路与LC振荡电路类似，只是用晶体替代电感。反馈系数则通过改变跳线J54、J55、J56的连接方式确定。第二部分是BG2及外围组件构成的射极输出级，提供高阻输入低阻输出，减少测量仪器对振荡电路的影响。该电路的LC振荡频率由公式（8）可得 （9）反馈系数 （10）其中，的电容值由跳线J54、J55、J56的连接方式决定。图4 实验电路四、实验内容与步骤参照实际电路，正确连接电路电源线，12V孔接+12V， GND接GND（从电源部分+12V和GND插孔用连接线接入），接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。1、测量振荡频率调整静态工作点：开关K2向上拨，断开J52、J53，调节W1使VEQ=2V(即测R4两端的电压)，从而。连接J52、J5
