第一篇：小信號調(diào)諧放大器專題

實驗報告

課 程: 高頻電子線路實驗 實 驗: 小信號調(diào)諧放大器 班 級: 09電信2班 姓 名: 林小龍 學 號: 20090662224

日 期: 年 月 日

一、實驗目的

①通過實驗進一步熟悉小信號調(diào)諧放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。②掌握調(diào)諧放大器的電壓增益、選擇性、通頻帶及動態(tài)范圍的測試方法。③掌握使用頻率特性測試儀調(diào)整小信號諧振放大器諧振特性的方法。

二、實驗原理

小信號調(diào)諧放大器的主要特點是晶體管的集電極負載不是純電阻，而是由LC組成的并聯(lián)諧振回路，如圖1-1所示。由于LC并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率而變的，在諧振頻率

處其阻抗是純電阻，達到最大值。因此，用并聯(lián)諧振回路作集電極負載的調(diào)諧放大器在回路的諧振頻率上具有最大的電壓增益。稍離開此頻率，電壓增益迅速減小。我們用這種放大器可以放大所需要的某一頻率范圍的信號，而抑制不需要的信號或外界干擾信號。因此，調(diào)諧放大器在無線電通信系統(tǒng)中被廣泛用作高頻和中頻放大器。

圖1—1 小信號調(diào)諧放大器

三、實驗電路

圖1-1所示電路為實驗電路，它是由共發(fā)射極組態(tài)的晶體管和并聯(lián)諧振回路組成的單級單調(diào)諧放大器。

本實驗電路要求完成單級調(diào)諧放大器的技術指標：中心頻率f0=15MHz，通頻帶2△f0.7=4MHz，增益A>20dB，RL=1 kΩ。

電路主要元件參數(shù)：晶體管3DG6C，β=60，查手冊知在f0=30MHz，IC=2mA，Vcc=9V條件下測得y參數(shù)為gie=2mS，Cie=12PF，goe=250μs，Coe=4pF，yfc=40mS，yre=350μS。如果工作條件發(fā)生變化，則上述參數(shù)值僅作為參考。要得到晶體管的y參數(shù)也可由混合π參數(shù)計算出y參數(shù)。中頻變壓器參數(shù)：L=4μH，Q0=100，P1=0.6，P2=0.3。回路電容C1=10PF，C2=(5～20)PF，在調(diào)諧過程中使用微調(diào)電容C2，調(diào)整中心頻率。直流偏置由Rb1、Rb2、Rc實現(xiàn)，電阻器W1為47kΩ，用于調(diào)整靜態(tài)工作點。電路中的電容一般使用體積小的瓷片電容。

四、調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

首先應調(diào)整每一級所需的直流工作點。其調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同。但要注意一點：在多級調(diào)諧放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測試其直流工作點時，應先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振藹，應先設法排除它，然后再測試其直流工作點。否則，所測數(shù)據(jù)就是不準確的。對于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動態(tài)范圍的調(diào)整與測試，一般有兩種方法：一種是逐點法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標較粗，對于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試。

(一)逐點法

所謂逐點法，就是以高頻信號發(fā)生器為信號源，用示波器或電壓表為測試儀器，直接接線如圖1-4所示。

圖1-4調(diào)諧放大器的測試電路

1．諧振頻率的調(diào)試

將信號發(fā)生器的輸出頻率置于f=15MHz，輸出電壓Uo=10mv，Vcc=+12v，調(diào)可變電容器C2使回路諧振，即高頻毫伏表的指示值達到最大，回路處于諧振狀態(tài)。

對于多級單調(diào)諧放大器的諧振頻率的調(diào)試，應該從末級開始，逐級向前進行調(diào)試。即先將信號源的輸出電壓加到末級放大器的基極，調(diào)節(jié)末級放大器調(diào)諧回路中的電感或電容，使輸出電壓達到最大。……如此推進到第一級后，就說明各級的諧振同路都基本上工作在所需的fo附近了。但由于各級之間存在著相互影響，因此當信號源輸出電壓加到第·級輸入端后還應再反復調(diào)節(jié)各級調(diào)諧回路的電感或電容，使輸出電壓達到最大。

在調(diào)整過程中，應注意幾點：第一，信號源輸出幅度對末級應適當大些，越呈向前級推進，其輸出幅度就應該相應減小。否則由于輸入幅度過大而使放大器進入非線性狀態(tài)，將使調(diào)諧不準。第二，當信號源輸出端接到各級輸入端時，應有隔直電容，否則信號源的接入會影響放大器的直流工作點。第三，在調(diào)諧回路的電感或電容時，最好采用絕緣材料做的改錐，以減小金屬改錐對回路電感或電容的影響。

2．幅頻特性的調(diào)試

當中心頻率調(diào)整好后，就可測試放大器的頻率特性了。在輸出幅度不超過放大器線性動態(tài)范圍的條件下，保持輸入電壓幅度不變，在諧振頻率fo兩旁逐點改變信號頻率，用示波器或高頻毫伏表測出相應的輸出電壓Uo，計算出各點的放大倍數(shù)Au,就可描出放大器的諧振曲線Au-f，如圖1-5所示。從曲線上即可求出2△f0.7和2△f0.1。

若這些指標的測量值與設計值相差較遠，應根據(jù)它們的表達式分析。例如放大倍數(shù)

Au0較小，可以通過調(diào)整靜態(tài)工作點Ic，接入系數(shù)p1或更換β較大的晶體管，使Auo增加。如果2△f0.7窄了，可以通過調(diào)整阻尼電阻R使之變小，從而增加插入損耗使2△f0.7變寬。

由于分布參數(shù)的影響，放大器的各項技術指標滿足要求后的元件參數(shù)與設計計算值有一定偏差。

采用逐點法測量，調(diào)整起來比較麻煩，花費的時間也比較多。因此目前采用最多的方法是掃頻法，用BT-3頻率特性測試儀測量回路的諧振曲線。

(二)掃頻法

I．放大器的調(diào)諧

將BT-3頻率特性測試儀提供的掃頻信號用終端接有75Ω電阻的電纜加到單級放大器的輸入端，檢波探頭接到末級的輸出負載上，然后調(diào)節(jié)中心頻率旋鈕，屏幕上就可顯示出放大器的諧振特性曲線。這時調(diào)節(jié)回路電容或回路電感，使諧振特性曲線在規(guī)定的中心頻率上出現(xiàn)最大值。

多級單調(diào)諧放大器的調(diào)諧，要先調(diào)諧末級放大器的諧振回路，然后調(diào)前一級回路，使中心頻率上出現(xiàn)的峰值增大。按此逐級向前推移。這種從后級調(diào)到前級的方法，可以減小后級回路參數(shù)通過晶體管內(nèi)部反饋對前級回路的影響。實際上，這種影響是難免的，因此必須多次由后級向前級反復調(diào)諧。應注意的是各調(diào)諧回路調(diào)到同一頻率時，放大器的增益不斷提高，掃頻信號必須相應減小，以防止放大器飽和。

2．增益的測量

參考第四章頻率特性測試儀中有關增益的測量方法。

五、實驗儀器

高頻信號產(chǎn)生器

QF-1056

1臺

雙蹤示波器

DOS-645B

1臺

頻率特性測試儀

BT-3

1臺

超高頻毫伏表

DA-36

1臺

晶體管直流穩(wěn)壓電源

1臺

萬用表

1塊 高頻Q表

QBC-3

1臺 無感起子

1把 小信號調(diào)諧放大器實驗電路板

1塊

六、實驗內(nèi)容

(一)單級單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

①知圖1-1為單調(diào)諧放大器的實驗電路圖。L=4μH，p1=0.6，p2=0.3，晶體管為3DG6C，Vcc=+12V，RL=1 KΩ

主要技術指標：中心頻率fo=15 MHz，諧振電壓放大倍數(shù)Au0≥20dB，通頻帶2△f0.7=4 MHz。

②擬定實驗步驟。

③確定測量方法。

④測量主要技術指標‘

⑤實驗分析與研究。

(二)兩級單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

①用兩塊如圖1-1所示的單級單調(diào)諧放大器實驗板組成兩級單調(diào)諧放大器。

注意：把作為第一級放大器的輸出負載RL取下，即第二級的輸入阻抗為第一級的輸出負載。

②主要技術指標：諧振頻率fo=15MHz，諧振電壓放大倍數(shù)Auo=40db，通頻帶2△f0.7=2.5MHz

③擬定實驗步驟。

④確定測量方法。

⑤誤差分析。

⑥電路的改進意見及本次實驗中的收獲體會。

七、實驗研究與思考題

①回路的諧振頻率fo與哪些參數(shù)有關?如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài)，用實驗說明。

解：回路諧振頻率主要和電容電感的大小有關，由于諧振實放大電路輸出的增益應最大，故只要測出功率最大的頻率即諧振頻率。判斷方法有兩種：

1、用高頻毫伏表觀測Uo，當Uo得最大值時，并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)；

2、用示波器監(jiān)測Uo，當波形最大不失真時，并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)。②為什么說提高電壓放大倍數(shù)Auo時，通頻帶2△f0.7，會減小?可以采取哪些措施提高放大倍數(shù)Auo?可以采取哪些措施使2△f0.7加寬?實驗結(jié)果如何? 解：因為AU?P1P2YfeGT，要提高AV，則可適當增加接入系數(shù)，但因為接入系數(shù)過大導致GT增加，由BW0.7?f0可知，GT增大，BW0.7減小，即帶寬BW減小。GT③在調(diào)諧LC諧振回路時，對放大器的輸入信號有何要求?如果輸入信號過大會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

解：由AU?P1P2YfeGT 知AV與輸入信號大小無關。但由于UO的增大將可能超出小信號放大器的線形動態(tài)范圍。引起信號失真，也會通過外部寄生耦合導致放大器工作不穩(wěn)定。所以，輸入信號不能太大，過大則引起信號失真和放大器工作不穩(wěn)定。

④影響小信號調(diào)諧放大器穩(wěn)定的因素（使放大器不穩(wěn)定的因素）有哪些?如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，采取什么措施解決? 解：有溫度，電阻電容值，信號源等等。如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)象可以使用：（1）中和法：

在晶體管的輸出和輸入端之間插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。

外加的反饋電路克服自激

（2）失配法：

失配法一般采用共射——共基級聯(lián)放大器實現(xiàn)，失配法是用犧牲增益換來提高放大器的穩(wěn)定性。如下圖：

⑤諧振回路的接入系數(shù)對放大器的性能有哪些影響? Ａv0與接入系數(shù)p1、p2有關, 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關系。而p1和p2還會影響回路有載Q值，并進一步影響通頻帶,所以p1與p2的選擇應全面考慮, 選取最佳值。

第二篇：高頻小信號調(diào)諧放大器

高頻小信號調(diào)諧放大器

一、實驗目的

小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時各項技術指標的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進一步掌握高頻小信號調(diào)諧放大器的工作原理。學會小信號調(diào)諧放大器的設計方法。

二、實驗原理

圖1-1 所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC 并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2 及RE 決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

圖1-1 小信號調(diào)諧放大器 晶體管放大器設計 放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2 所示，晶體管的4 個y 參數(shù)yie，yoe，yfe 及yre 分別為

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放大系數(shù)β 有關外，還與工作頻率ω 有關。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 條件下測得3DG6C的y 參數(shù)為：

式中，G 為LC 回路本身的損耗電導。諧振時L 和C 的并聯(lián)回路呈純阻，其阻值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC 與1/（jwL）的影響可以忽略。

三、調(diào)諧放大器的性能指標及測量方法

表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大倍數(shù)Av0，放大器的通頻帶BW 及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1 來表示）等。放大器各項性能指標及測量方法如下：

1、諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應的頻率f0 稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），f0 的表達式為

上式說明，當晶體管選定即yfe 確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0 與通頻帶BW 的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW 的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率f0 及電壓放大倍數(shù)AV0 然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓uS 不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)AV0。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。由式（1-14）可得

上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1 越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1 遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。可以通過測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。

四、實驗參考電路

1、主要技術指標：諧振頻率fo=20.945MHz，諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB，通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù)Kr0.1＜10。因fT 比工作頻率fo 大（5—10）倍，所以選用3DG6C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得rbˊb=70, CbˊC=3pF，當IE=1.5mA時Cbˊe 為25pF，取L≈2.4μH，變壓器初級N2=20 匝，接入系數(shù)P1=P2=0.25。

圖1-4 單級調(diào)諧放大器

2、確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖1-4。

3、確定電路參數(shù)。1）設置靜態(tài)工作點

由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ 一般選取0.8—2mA為宜，現(xiàn)取IE=1.5mA，uEQ=3V，uCEQ=9V。則 RE = uEQ /IE = 2KΩ 則RA4=2KΩ 取流過RA3 的電流為基極電流的7 倍，則有：

3）確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電容CA2=0.01μF，旁路電容CA4=0.1μF，濾波電容CA5=0.1μF

五、實驗內(nèi)容

參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路。1）按照所附電原理圖G6，將JA2 用連接器連好，按下開關KA1，接通12V 電源，此時LEDA1 點亮。

2）調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點：

在不加輸入信號（即ui=0），將測試點TTA1 接地，用萬用表直流電壓檔（20V檔）測量電阻RA4 的電壓，調(diào)整可調(diào)電阻WA1，使uEQ=2.25V（IE=1.5mA），記下此時的uBQ，uCEQ，uEQ 及IEQ 值。

3）調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在20.945MHz 方法是用BT-3 頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信號輸入端TTA1 及測試端TTA2，通過調(diào)節(jié)y 軸，放大器的“增益”旋紐和“輸出衰減”旋紐于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率f0=20.945MHz 所對應的幅值最大。

如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1 處用高頻信號發(fā)生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信號，用示波器探頭在TTA2 處測試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下，波形幅度都減小）。4）測量電壓增益AV0 用頻率特性測試儀測AV0 在測量前，先要對測試儀的y 軸放大器進行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y 軸增益“旋紐，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB，然后接入被測放大器，在保持y 軸增益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋紐，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸出衰減”的值N2dB，則電壓增益為 AV0 =（N2-N1）dB 或者在TTA1 處用高頻信號發(fā)生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信號,使調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)，用高頻毫伏表測量RL(RAS)兩端的電壓uo, 并利用式（1-13）來計算AV0 若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV0 較小，可以通過調(diào)靜態(tài)工作點來解決（即IE 增大）。5)測量通頻帶BW 用掃頻儀測量BW 先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋紐，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當?shù)母駭?shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y 軸增益，使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降3dB 處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標就可以近似算出放大器的通頻帶 BW=B0.7=100kHz ×（寬度）或者利用描點法來測量。6)測量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1 表示。用5）中同樣的方法測出B0.1 即可

由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術指標滿足設計要求后的文件參數(shù)值與設計計算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復仔細調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。

六、實驗報告要求

1、整理好實驗數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線。

2、思考：引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn) 象，應該怎樣消除？

七、實驗儀器

1、BT-3G 型頻率特性測試儀一臺（選項）

2、示波器（雙蹤20MHz）一臺

3、數(shù)字萬用表一塊

4、調(diào)試工具一套

第三篇：實驗一 高頻小信號調(diào)諧放大器

課程名稱：

實驗項目：

實驗地點：

專業(yè)班級：

學生姓名：指導教師：

本科實驗報告

高頻電子線路

高頻小信號調(diào)諧放大器

信號與系統(tǒng)及高頻電子線路實驗室

電科1201班 學號：

2012001614

楊超凡

王耀力

2014年

月

日

實驗一 高頻小信號調(diào)諧放大器

一、實驗目的

小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路的基本單元電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時各項技術主指標的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進一步掌握高頻小信號放大器的工作原理。學會小信號調(diào)諧放大器的設計方法。

二、實驗原理

1、高頻小信號調(diào)諧放大器

圖2-1 小信號調(diào)諧放大器

如圖2-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

放大器在高頻情況下的等效電路如圖2-2所示，晶體管的4個y參數(shù)yie，yoe，yfe及yre分別為

輸入導納

yie?輸出導納

yoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gmrb'bjwcb'egb'e?jwcb'e

（1-1）

1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e

（1-2）正向傳輸導納

yfegm?

（1-3）

1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e1?rb'bgb'e?jwcb'e反向傳輸導納

yre??

?

（1-4）

圖2-2 放大器的高頻等效回路

式中，gm——晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為

gm?

gb’e——發(fā)射結(jié)電導，與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關，其關系為

gb'e?

rb’b——基極體電阻，一般為幾十歐姆； Cb’c——集電極電容，一般為幾皮法；

Cb’e——發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放大系數(shù)β有關外，還與工作頻率ω有關。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V條件下測得3DG6C的y參數(shù)為：

gie?11?2mS

Cie?12pF

goe??250mS rieroe?IE?mAS26

（1-5）

?IE?mAS1?

（1-6）

rb'e26?Coe?4pF

yfe?40mS

yre?350uS

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動。因此，高頻電路的設計計算一般采用工程估算的方法。圖1-2中所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

P1?N1/N（17）式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

P2?N3/N2（18）式中，N3為副邊（次級）的總匝數(shù)。

gL為調(diào)諧放大器輸出負載的電導，gL=1/RL。通常小信號調(diào)諧放大器的下一級仍為晶體管調(diào)諧放大器，則gL將是下一級晶體管的輸入導納gie2。

由圖1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導g?的表達式為

222g??p1goe?p2gie?jwc?2?p1goe1?GjwL

（19）

12?p2gL?jwc??GjwL式中，G為LC回路本身的損耗電導。諧振時L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其阻值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC與1/（jwL）的影響可以忽略。

三、調(diào)諧放大器的性能指標及測量方法

表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率fo，諧振電壓放大倍數(shù)Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1來表示）等。

放大器各項性能指標及測量方法如下：（1）諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應的頻率fo稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），fo的表達式為

f0?12?LC?

（1-10）

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

C?為調(diào)諧回路的總電容，C?的表達式為

2C??C?PC?P1oe2Cie（1-11）

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率fo的測量方法是：

用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點fo。

（2）電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達式為

AV0

式中，g?為諧振回路諧振時的總電導。因為LC并聯(lián)回路在諧振點時的L和C的并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導。但要注意的是yfe本身也是一個復數(shù)，所以諧振時輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為（180o+ Φfe）。

AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1中RL兩端的電壓u0及輸入信號ui的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算：

AV0?U0Ui 或AV0?20lg?UoUi? dB(1-13)（3）通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW，其表達式為

?p1p2yfeu0?p1p2yfe（1-12）????22uig?p1goe?p2gie?GBW?2?f0.7?f0QL(1-14)式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關系為

AV0?BW?yfe2?C?(1-15)上式說明，當晶體管選定即yfe確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓uS不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。

由式（1-14）可得

BW?fH?fL?2?f0.7

(1-16)

圖1-3 諧振曲線

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時又能提高放大器的電壓增益，由式（1-15）可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還應盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

（4）選擇性——矩形系數(shù)

調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時來表示，如圖（1-3）所示的諧振曲線，矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時對應的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時對應的頻率偏移之比，即

KV0.1?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW

（1-17）

上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。可以通過測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。

四、實驗參考電路

圖1-4 單級調(diào)諧放大器

（1）主要技術指標：諧振頻率fo=10.7MHz，諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB，通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù)Kr0.1＜10。因fT比工作頻率fo大（5—10）倍，所以選用3DG12C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得rbˊb=70, CbˊC=3PF，當IE=1.5mA時Cbˊe為25PF，取L≈1.8μH，變壓器初級N2=23匝，次級為10匝。

P2=0.43, P1=0（2）確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖1-4。（3）確定電路參數(shù)。a、設置靜態(tài)工作點

由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜，現(xiàn)取IE=1.5mA，UEQ=2.25V，UCEQ=9.75V。

則 RE?UEQIE?1.5K? 則RA6=1.5KΩ 取流過RA3的電流為基極電流的7倍，則有：

RA3?UBQ7IBQ?UBQ??7IE?17.6K?

取18 KΩ

則 RA2?WA1?12?3.7?18?40K? 3.7則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點。b、計算諧振回路參數(shù) 由式（1-6）得 gb'e??IE?mA26?S?1.15mS

由式（1-5）得 gm??IE?mA26S?58mS

由式（1-1）~（1-4）得4個y參數(shù) yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gb'e?jwcb'e?1.373?10?3S?j2.88?10?3S

由于yie?gie?j?cie

則有gie =1.373ms

rie?1gie?728?

Cie?2.88mS?22.5pF wyoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?jwcb'bcb'cgm?jwcb'e?0.216mS?j1.37mS

因yoe?goe?j?coe 則有

goe?0.216ms coe?1.37msW?10.2pF

c、計算回路總電容CC?1?2，由（1-10）得

?1?123pF

??2?f0?L?2?3.14?10.7?10?62?1.8?10?6由（1-11）CC?C??C?P12Coe?P22Cie得

?P12Coe?P22Cie?120?0.432?22.5?02?10.2?119pF

?則有C205=119pF，取標稱值120pF d、確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電容C204=0.01μF，旁路電容C206=0.1μF，濾波電容C203=0.1μF

五、實驗內(nèi)容與結(jié)果分析

1.按下開關后，接通12V電源，然后開始調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻WA1，使得=2.25V。記下實際測量時晶體管各個點的電流及電壓值如右下：

=2.170V，=2.805V，=9.830V，=1.437mA。2.調(diào)諧放大器的諧振回路是它的諧振在10.7MHz。

采用BT-3頻率測試儀連接到電路的輸出和輸入端口。如電路中所示。波特儀結(jié)果：

中心頻率大約為10.7MHz

3.測量電壓增益Avo

由圖可得電壓增益Avo為：Avo=24dB

4.測量通頻帶BW 根據(jù)通頻帶計算公式

近似算出放大器的通頻帶BW=B0.7=850KHz

6.測量放大器的選擇性

近似測出B0.1=4700KHz 放大器的選擇性優(yōu)劣可以用放大器的諧振曲線的矩形系數(shù)表示

K0.1V?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW

如果按照波特儀輸出的波形，取得?f0.7處的頻寬計算結(jié)果如下：

K0.1V?4700/850?5.529

實驗原理中已經(jīng)提及，矩形系數(shù)越小諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)K0.1V遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。這里計算得到的矩形系數(shù)不算非常大。結(jié)果還是比較滿意的。

六、思考題

1、引起小信號諧振放大器不穩(wěn)定的原因是什么？如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，應該怎樣消除？

答： 在高頻調(diào)諧放大器中，由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋Cb'c，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題.克服自激的方法：

由于晶體管由反向傳輸導納存在，實際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導納的作用，應使晶體管單向化。

單向化的方法有兩種：一種是消除反向傳輸導納的反饋作用，稱為中和法；另一種是使負載電導gL或信號源電導的數(shù)值加大，使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配，稱為失配法。

第四篇：高頻電子線路實驗報告高頻小信號調(diào)諧放大器

太原理工大學現(xiàn)代科技學院

高頻電子線路 課程 實驗報告

專業(yè)班級

測控1001班

學

號

姓

名

指導教師

實驗一

高頻小信號調(diào)諧放大器

一、實驗目的 小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時各項技術指標的測試（電壓放大倍數(shù)、通頻帶、矩形系數(shù)），進一步掌握高頻小信號調(diào)諧放大器的工作原理。學會小信號調(diào)諧放大器的設計方法。

二、實驗儀器

1．BT-3（G）型頻率特性測試儀（選項）一臺

2．20MHz模擬示波器 一臺

3．數(shù)字萬用表 一塊

4．調(diào)試工具 一套

三、實驗原理

圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

圖1 小信號調(diào)諧放大器

該放大電路在高頻情況下的等效為如圖1-2所示，晶體管的4個y參數(shù)

yie，yoe，yfe及yre分別為：

輸入導納

（1-1）

輸出導納

正向傳輸導納

反向傳輸導納

（1-2）

（1-3）

（1-4）

圖1-2 放大器的高頻等效回路

式中，gm——晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為

(1-5)

gb’e——發(fā)射結(jié)電導，與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關

其關系為

（1-6）

rb’b——基極體電阻，一般為幾十歐姆;Cb’c——集電極電容，一般為幾皮法； Cb’e——發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放大系數(shù)β關外，還與工作頻率ω有關。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V條件下測得3DG6C的y參數(shù)為：

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動。因此，高頻電路的設計計算一般采用工

程估算的方法。

圖1-2中所示的等效電路中，P1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

P1=N1/N2

（1-7）

式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

P2=N3/N2（1-8）

gL為調(diào)諧放大器輸出負載的電導，gL =1/RL。通常小信號調(diào)諧放大器的下一級仍為晶

體管調(diào)諧放大器，則gL將是下一級晶體管的輸入導納gie2。

由圖1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導

g∑的表達式為

（1-9）

式中，G為LC回路本身的損耗電導。諧振時L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其阻值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC與1/（jwL）的影響可以忽略。

2、調(diào)諧放大器的性能指標及測量方法

表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率of，諧振電壓放大倍數(shù)voA，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)1.0rK來表示）等。

放大器各項性能指標及測量方法如下：

（1）諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應的頻率of稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），f0的表達式為

（1-10）

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

CΣ為調(diào)諧回路的總電容，CΣ的表達式為

（1-11）

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。

諧振頻率of的測量方法是:

用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點f0。

（2）電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達式為

（1-12）

式中，gΣ為諧振回路諧振時的總電導。因為LC并聯(lián)回路在諧振點時的L和C的并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導。但要注意的是fey本身也是一個復數(shù)，所以諧振時輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為（+ Φfe）。

AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1中RL兩端的電壓u0及ui輸入信號的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算：

(1-13)

（3）通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW，其表達式為

(1-14)

式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關系為

(1-15)

上式說明，當晶體管選定即yfe確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時 的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓Us不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。

由式（1-14）可得

BW=fH ? fL =2 ?f0.7

(1-16)

圖1-3 諧振曲線

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時又能提高放大器的電壓增益，由式（1-15）可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還應盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

（4）選擇性——矩形系數(shù)

調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時來表示，如圖（1-3）所示的諧振曲線，矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時對應的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時對應的頻率偏移之比，即

（1-17）

上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。可以通過測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。

3、實驗參考電路實驗

圖1-4 單級調(diào)諧放大器

（1）主要技術指標：諧振頻率fo=10.7MHz，諧振電壓放大倍數(shù)Avo≥10-15 dB，通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù)Kr0.1＜10。因fT比工作頻率f0大（5—10）倍，所以選用3DG12C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得

=70, CbˊC=3PF，當IE=1.5mA時Cbˊe為25PF，取L≈1.8μH，變壓器初級N2=23匝，次級為10匝。P2=0.43, P1=0（2）確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖1-4。

（3）確定電路參數(shù)

a、設置靜態(tài)工作點

由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜，現(xiàn)取IE=1.5mA，UEQ=2.25V，UCEQ=9.75V。

則

則R6A=1.5KΩ

取流過3AR的電流為基極電流的7倍，則有：

則

則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點。

b、計算諧振回路參數(shù)

由式（1-6）得

由式（1-5）得

由式（1-1）—（1-4）得4個y參數(shù)

由于

則有

因

，則有

c、計算回路總電容∑C，由（1-10）得

由（1-11）

，得

則有C3A=119pF，取標稱值120pF d、確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電容=0.01μF，旁路電容CA4=0.1μF，濾波電容CA5=0.1μF

四、實驗內(nèi)容

本實驗中，用到BT-3和頻譜儀的地方選做。

參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路。

1、按照所附電路原理圖G6，按下開關KA1，接通12V電源，此時LEDA1點亮。

2、調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點： 在不加輸入信號（即ui=0），將測試點TTA1接地，用萬

用表直流電壓檔（20V檔）測量三極管QA1射極的電壓（即測P6與G兩焊點之間的電壓，見圖0－2所示），調(diào)整可調(diào)電阻WA1，使uEQ=2.25V（即使IE=1.5mA），根據(jù)電路計算此時的uBQ，uCEQ，uEQ及IEQ值。

3、調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz 方法是用BT-3頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信號輸入端TTA1及測試端TTA2，通過調(diào)節(jié)y軸，放大器的“增益”旋鈕和“輸出衰減”旋鈕于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率刻度盤，使熒光屏上顯示出放大器的

“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率f0=10.7MHz所對應的幅值最大。

如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1處由高頻信號源提供頻率為10.7MHz的載波（參考高頻信號源的使用），大小為Vp-p-=20~100mV的信號，用示波器探頭在TTA2處測試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示 波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下旋轉(zhuǎn)，波形幅度都減小）。

4、測量電壓增益Av0

在有BT-3頻率特性測試儀的情況下用頻率特性測試儀測Av0測量方法如下：

在測量前，先要對測試儀的y軸放大器進行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y軸增益“旋鈕，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB，然后接入被測放大器，在保持y軸增益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋鈕，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸出衰減”的值N2dB，則電壓增益為

若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV01較小，可以通過調(diào)靜態(tài)工作點來解決（即IE增大）。

在無BT-3頻率特性測試儀的情況下，可以由示波器直接測量。方法如下：

用示波器測輸入信號的峰峰值，記為Ui。測輸出信號的峰峰值記為Uo。則小信號放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Ui

5、測量通頻帶BW 用掃頻儀測量BW： 先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃 頻寬度）旋鈕，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當?shù)母駭?shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降3dB處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標就可以近似算出放大器的通頻帶：

6、測量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1表

用5）中同樣的方法測出B0.1即可得：

由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術指標滿足設計要求后的元件參

數(shù)值與設計計算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復仔細調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。

五、實驗結(jié)果

Avo=(N2-N1)=9dB Bw=B0.7=100KHz*(寬度）=100KHz*5=500KHz Kr0.1?B0.1B0.7 其中： B0.1?23?1?22 B0.7?5

Kr0.1?4.4

六、習題與思考

引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么，如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，應該怎樣消除？

答：在高頻調(diào)諧放大器中，由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響，它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題。

克服自激的方法:由于晶體管由反向傳輸導納存在，實際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導納的作用應使晶體管單向化。

單向化的方法有兩種：一種是消除反向傳輸導納的反饋作用，稱為中和法；另一種是使負載電導gL或信號源電導的數(shù)值加大，使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配，稱為失配法。

七、心得體會

實驗闡述的基本原理為晶體管高頻諧振放大電路的工作原理，晶體管集電極負載通常是一個由LC 組成的并聯(lián)諧振電路。由于LC 并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨著頻率變化而變化，理論上可以分析，并聯(lián)諧振在諧振頻率處呈現(xiàn)純阻，并達到最大值。即放大器在回路諧振頻率上將具有最大的電壓增益。若偏離諧振頻率，輸出增益減小。總之，調(diào)諧放大器不僅具有對特定頻率信號的放大作用，同時也起著濾波和選頻的作用。

第五篇：太原理工大學 高頻實驗一 高頻小信號調(diào)諧放大器

本科高頻電子線路實驗報告

課程名稱： 高頻電子線路

實驗名稱： 高頻電子線路實驗一至實驗四

實驗地點： 北區(qū)學院樓四樓實驗室

實驗一 高頻小信號調(diào)諧放大器

一、實驗目的

小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時各項技術指標的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進一步掌握高頻小信號調(diào)諧放大器的工作原理。學會小信號調(diào)諧放大器的設計方法。

二、實驗原理

1.原理

圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

圖1-1 小信號調(diào)諧放大器

放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2所示，晶體管的4個y參數(shù)yie，yoe，yfe及yre分別為 輸入導納 yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gmrb'bjwcb'egb'e?jwcb'e（1-1）

輸出導納 yoe?1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e（1-2）

正向傳輸導納

yfegm?（1-3）1?rb'b?gb'e?jwcb'e??jwcb'e1?rb'bgb'e?jwcb'e反向傳輸導納 yre???（1-4）

圖1-2 放大器的高頻等效回路

式中，gm——晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為

gm??IE?mAS26（1-5）

gb’e——發(fā)射結(jié)電導，與晶體管的電流放大系數(shù)β及IE有關，其關系為 gb'e??IE?mAS1?（1-6）rb'e26?rb’b——基極體電阻，一般為幾十歐姆； Cb’c——集電極電容，一般為幾皮法；

Cb’e——發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放大系數(shù)β有關外，還與工作頻率ω有關。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V條件下測得3DG6C的y參數(shù)為：

gie?11?2mS Cie?12pF goe??250mS rieroeCoe?4pF yfe?40mS yre?350uS

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動。因此，高頻電路的設計計算一般采用工程估算的方法。

圖1-2中所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

P1?N1/N2（1-7）式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

P2?N3/N2（1-8）式中，N3為副邊（次級）的總匝數(shù)。

gL為調(diào)諧放大器輸出負載的電導，gL=1/RL。通常小信號調(diào)諧放大器的下一級仍為晶體管調(diào)諧放大器，則gL將是下一級晶體管的輸入導納gie2。

由圖1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導g?的表達式為

222g??p1goe?p2gie?jwc?

2?p1goe1?GjwL（1-9）

12?p2gL?jwc??GjwL

式中，G為LC回路本身的損耗電導。諧振時L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其阻值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC與1/（jwL）的影響可以忽略。

2．調(diào)諧放大器的性能指標及測量方法

表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率fo，諧振電壓放大倍數(shù)Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1來表示）等。

放大器各項性能指標及測量方法如下：（1）諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應的頻率fo稱為放大器的諧振頻率，對于圖1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），fo的表達式為

f0?12?LC?（1-10）

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

C?為調(diào)諧回路的總電容，C?的表達式為

C??C?P12Coe?P22Cie（1-11）式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率fo的測量方法是：

用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點fo。

（2）電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。Avo的表達式為

AV0???p1p2yfeu0?p1p2yfe??2（1-12）2uig?p1goe?p2gie?G式中，g?為諧振回路諧振時的總電導。因為LC并聯(lián)回路在諧振點時的L和C的并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導。但要注意的是yfe本身也是一個復數(shù)，所以諧振時輸出電壓u0與輸入電壓ui相位差為（180o+ Φfe）。

AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1中RL兩端的電壓u0及輸入信號ui的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算：

AV0?U0Ui 或AV0?20lg?UoUi? dB(1-13)（3）通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW，其表達式為

BW?2?f0.7?f0QL(1-14)式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關系為 AV0?BW?yfe2?C?(1-15)上式說明，當晶體管選定即yfe確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。

通頻帶BW的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓uS不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)Avo。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖3所示。

由式（1-14）可得

BW?fH?fL?2?f0.7(1-16)

圖3 諧振曲線

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時又能提高放大器的電壓增益，由式（1-15）可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還應盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

（4）選擇性——矩形系數(shù)

調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時來表示，如圖（3）所示的諧振曲線，矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1 AV0時對應的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 AV0時對應的頻率偏移之比，即

KV0.1?2?f0.12?f0.7?2?f0.1BW（1-17）上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。可以通過測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。

3．實驗參考電路

圖1-4 單級調(diào)諧放大器

（1）主要技術指標：諧振頻率fo=10.7MHz，諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB，通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù)Kr0.1＜10。因fT比工作頻率fo大（5—10）倍，所以選用3DG12C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得rbˊb=70, CbˊC=3PF，當IE=1.5mA時Cbˊe為25PF，取L≈1.8μH，變壓器初級N2=23匝，次級為10匝。

P2=0.43, P1=0（2）確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖1-4。（3）確定電路參數(shù)。a）設置靜態(tài)工作點

由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA為宜，現(xiàn)取IE=1.5mA，UEQ=2.25V，UCEQ=9.75V。

則 RE?UEQIE?1.5K? 則RA6=1.5KΩ 取流過RA3的電流為基極電流的7倍，則有：

RA3?UBQ7IBQ?UBQ??7IE?17.6K? 取18 KΩ

則

RA2?WA1?12?3.7?18?40K? 3.7則取RA2=5.1K WA1選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點。b）計算諧振回路參數(shù) 由式（1-6）得 gb'e??IE?mA26?S?1.15mS

由式（1-5）得 gm??IE?mA26S?58mS

由式（1-1）~（1-4）得4個y參數(shù)

yie?1?rb'b?gb'e?jwcb'e?gb'e?jwcb'e?1.373?10?3S?j2.88?10?3S

由于yie?gie?j?cie

則有gie =1.373ms rie?1gie?728?

Cie?yoe?jwcb'bcb'cgm2.88mS?22.5pF w?jwcb'e?0.216mS?j1.37mS

1?rb'b?gb'e?jwcb'e?因yoe?goe?j?coe 則有

goe?0.216ms coe?1.37msW?10.2pF c）計算回路總電容CC?1?2，由（1-10）得

?1?123pF

??2?f0?L?2?3.14?10.7?10?62?1.8?10?6由（1-11）CC?C??C?P12Coe?P22Cie得

?P12Coe?P22Cie?120?0.432?22.5?02?10.2?119pF

?則有CA3=119pF，取標稱值120pF d）確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電容CA2=0.01μF，旁路電容CA4=0.1μF，濾波電容CA5=0.1μF

三、實驗內(nèi)容與步驟

先調(diào)靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路。

1．按照所附電路原理圖G6，按下開關KA1，接通12V電源，此時LEDA1點亮。

2．調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點：

在不加輸入信號（即ui=0），將測試點TTA1接地，用萬用表直流電壓檔（20V檔）測量三極管QA1射極的電壓（即測P6與G兩焊點之間的電壓，見圖0－2所示），調(diào)整可調(diào)電阻WA1，使uEQ=2.25V（即使IE=1.5mA），根據(jù)電路計算此時的uBQ，uCEQ，uEQ及IEQ值。

uEQ=2.25V uBQ=uEQ+0.7V=2.95V uCEQ=12V?uEQ=9.75VuCEQ IE=1.5mA

3．調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在10.7MHz 方法是用BT-3頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信號輸入端TTA1及測試端TTA2，通過調(diào)節(jié)y軸，放大器的“增益”旋鈕和“輸出衰減”旋鈕于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率刻度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率f0=10.7MHz所對應的幅值最大。如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1處由高頻信號源提供頻率為10.7MHz的載波（參考高頻信號源的使用），大小為Vp-p-=20~100mV的信號，用示波器探頭在TTA2處測試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下旋轉(zhuǎn)，波形幅度都減小）。

4．測量電壓增益Av0

在有BT-3頻率特性測試儀的情況下用頻率特性測試儀測Av0測量方法如下： 在測量前，先要對測試儀的y軸放大器進行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y軸增益“旋鈕，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB，然后接入被測放大器，在保持y軸增益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋鈕，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸出衰減”的值N2dB，則電壓增益為

AVO??N2?N1?dB 若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV01較小，可以通過調(diào)靜態(tài)工作點來解決（即IE增大）。

在無BT-3頻率特性測試儀的情況下，可以由示波器直接測量。方法如下： 用示波器測輸入信號的峰峰值，記為Ui。測輸出信號的峰峰值記為Uo。則小信號放大的電壓放大倍數(shù)為Uo/Ui。利用頻率計，經(jīng)測定可知AV0=10dB 5．測量通頻帶BW 用掃頻儀測量BW：

先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃 頻寬度）旋鈕，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當?shù)母駭?shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降3dB處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標就可以近似算出放大器的通頻帶

BW?B0.7?100KHZ??寬度?

觀察可知，BW=4.5MHZ 6．測量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1表示 用5）中同樣的方法測出B0.1即可得： Kr0.1?B0.12?f0.1? B0.72?f0.7Kr0.1=2?16 4.5=7.1

四、思考題

引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，應該怎樣消除？

在高頻調(diào)諧放大器中，由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題.克服自激的方法:由于晶體管由反向傳輸導納存在，實際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導納的作用，應使晶體管單向化。

單向化的方法有兩種：一種是消除反向傳輸導納的反饋作用，稱為中和法；另一種是使負載電導gL或信號源電導的數(shù)值加大，使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配，稱為失配法。

五、實驗儀器

1．BT-3（G）型頻率特性測試儀（選項）

一臺 2．20MHz模擬示波器

一臺 3．數(shù)字萬用表

一塊 4．調(diào)試工具

一套