实验一高频小信号调谐放大器实验

一、实验目的

1、掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。

2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。

3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。

二、实验内容

1、谐振频率的调整与测定。

2、主要技术性能指标的测定：谐振频率、谐振放大增益Avo及动态范围、通频带

BW0.7、矩形系数Kr0.1。

三、实验仪器

1、高频信号发生器1台

2、2号板小信号放大模块1块

3、频率计1台

4、双踪示波器1台

5、万用表1台

6、扫频仪（可选）1台

四、实验原理

（一）单调谐小信号放大器

图1-1 单调谐小信号放大电路图

小信号谐振放大器是接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线形放大。图1-1为单调谐回路小信号谐振放大器的原理电路，实验单元电路由晶体管N1和选频回路T1组成，不仅对高频小信号放大，而且还有选频作用。其中W1,R5,R6,R7为直流偏置电阻（因与C3并联相接,所以C3仅有直流负反馈作用），同时调节W1可为放大器选择合适的静态工作点。C5为输入信号的耦合电容，E4,C3,C5为旁路滤波电容，R1为中周初级负载。C1与电感L 组成并联谐振回路，调节C1或改变中周T1磁芯的位置可以使回路谐振在信号中心频率上。本实验中单调谐小信号放大的谐振频率为fs=10.7MHz 。因此频率为10.7的小信号自C5耦合输入，经选频、放大后，中周次级将获得最大输出。

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f 0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），f 0的表达式为

∑

LC f π210

式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；

∑C 为调谐回路的总电容，∑C 的表达式为

ie oe C P C P C C 2

221++=∑

式中， C oe 为晶体管的输出电容；C ie 为晶体管的输入电容；P 1为初级线圈抽头系数；P 2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f 0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f 0。

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A V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A V0的表达式为

g p g p y p p g y p p v v A ie oe fe fe

i V ++-=-=-

=∑2

1212100 式中，∑g 为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是y fe 本身也是一个复数，所以谐振时

输出电压V 0与输入电压V i 相位差不是180o 而是为180o

+Φfe 。

A V0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V 0及输入信号V i 的大小，则电压放大倍数A V0由下式计算：

A V0 = V 0 / V i 或 A V0 = 20 lg (V 0 /V i ) d

B 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A V 下降到谐振电压放大倍数A V0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△f 0.7 = f 0/Q L

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A V0与通频带BW 的关系为

∑

?C y BW A fe V π20

上式说明，当晶体管选定即y fe 确定，且回路总电容∑C 为定值时，谐振电压放大倍数A V0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。

扫频法的测试： 1）

将BT-3频率特性测试仪射频输出电缆（即扫频电压输出端）与检波探头相接，找到零频点并对频率特性测试仪的Y 轴放大器进行零分贝校正，将“输出衰减”置为“0Db”,调节Y 轴“增益”旋钮，使显示屏的方框占有一定的高度h （如5格），调节中心频率刻度盘，使10,7MHz 频点位于显示屏中心。

2）

BT-3频率特性测试仪的射频输出电缆接小信号谐振放大器的信号输入端，实验板输出测试端与频率特性测试仪的检波探头相接。微调中心频率刻度盘，使显示屏上显示出放大器的“幅频特性曲线”，改变“输出衰减”按钮，使其幅度适中，用绝缘起子慢慢旋动变压器磁芯或CCA2,使中心频率F0=10.7MHz.

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f 0及电压放大倍数A V0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压V S 不变），并测出对应的电压放大倍数A V0。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： 7.02f f f BW L H ?=-= 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y fe 较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量C Σ。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。

（二）双调谐放大器

图1-3 双调谐小信号放大电路图

为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双调谐回路放大器。双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。

在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。

1、电压增益为

y p p v v A fe

i V 22100

-= 2、通频带

为弱耦合时，谐振曲线为单峰；为强耦合时，谐振曲线出现双峰；临界耦合时，双调谐放大其的通频带 BW = 2△f 0.7 =

2fo/Q L

五、实验步骤

（一）单调谐小信号放大器单元电路实验

1、了解该实验电路的工作原理，各元件的作用：熟悉实验电路板的结构、各元件的位

置、各测试点的位置

2、断电状态下，按如下框图进行连线：(

)

图1–4单调谐小信号放大电路连线框图

表1–1 连线表1

3、调整晶体管的静态工作点：

不加输入信号，用万用表直流电压档，测量三极管N发射极的电压V eq.调整电位

器使电压为。测量、记录静态工作点。

4、频率谐振的调试

（1）用高频信号发生器一个输出幅度为200mV、频率为10.7MHz正弦波信号，加到小信号谐振放大器的输入端。

（2）顺时针调节W1到底，用示波器观测TP1，调节中周，使TP1幅度最大且波形稳定不失真。此时的状态为谐振最佳状态。

5、主要指标测试（用示波器、扫频仪测试）

（1）保持输入信号频率不变，调节高频信号发生器的幅度旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的幅度。用示波器观察在不同幅度信号下TP1处的输出

信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，计算电压增益Avo。在坐标

轴中画出动态曲线。

表1–2 动态测试表1

6、通频带特性测试

（1）保持输入信号幅度不变，调节信号源的频率旋钮，改变单调谐放大电路中输入信号TP3的频率。用示波器观察在不同频率信号下TP1处的输出信号的峰值电压，并将对应的实测值填入下表，在坐标轴中画出幅度-频率特性曲线。若配有扫频仪，可用扫频仪观测回路谐振曲线。

表1–3 幅度-频率特性测试数据表1

（2）调节输入信号频率，测试并计算出BW0.707。

7、谐振曲线的矩形系数Kr0.1测试

（1）调节信号频率，测试并计算出BW0.1。

（2）计算矩形系数Kr0.1。

扫频仪测试法：

（1）测量谐振电压增益Av0:

按频率特性测试仪使用方法2，保持中心频率F=10.7MHZ处所对应的幅值最大，在“Y轴增益”不变的前提下，改变扫频信号的“输出衰减”按钮，使谐振曲线的高度与按频率特性测试仪使用方法步骤1中的H值相当时，记下此时的“输出衰减”的数值NdB,谐振电压增益即为：Av0=NdB

计算出被测放大器的谐振电压增益。

(2)测量通频带2Δf0.7:

调节“频率偏移”（扫频宽度）旋钮，使相邻两个小频标在横轴上占有适当的格数（即1MHZ对应的宽度），调节“Y轴移位”旋钮，移动被测放大器谐振曲线，使0。707Av0 对应的两对称频率点位于横轴上，读出他们在横轴上占有的格数（宽度），根据比值关系就可以近似算出放大器的通频带：

实测曲线两对称频率点占有的格数

2Δf0.7=1MHz×————————————————————

1MHz频标占有的格数

（3）测量放大器的矩形系数K0.1:

用同样的方法测出2Δf0.1即可得：

2Δf0.7

Kr0.1=—————

2Δf0.1

计算出被测放大器的矩形系数。

（4）（选做）在CA3两端并一10K可调电位器，改变LC回路RΣ,观测电阻大小对放大器的幅频特性，通频带的影响。

（二）双调谐小信号放大器单元电路实验（选做）

1、断电状态下，按如下框图进行连线：

图1–5双调谐小信号放大电路连线框图

表1–4 连线表2