實驗一

高頻小信號調諧放大器實驗

一、實驗目的1.掌握小信號調諧放大器的基本工作原理；

2.掌握諧振放大器電壓增益、通頻帶、選擇性的定義、測試及計算；

3.了解高頻小信號放大器動態范圍的測試方法；

二、實驗原理

（一）單調諧放大器

小信號諧振放大器是通信機接收端的前端電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。其實驗單元電路如圖1-1（a）所示。該電路由晶體管Q1、選頻回路T1二部分組成。它不僅對高頻小信號進行放大，而且還有一定的選頻作用。本實驗中輸入信號的頻率fS＝12MHz。基極偏置電阻W3、R22、R4和射極電阻R5決定晶體管的靜態工作點。可變電阻W3改變基極偏置電阻將改變晶體管的靜態工作點，從而可以改變放大器的增益。

表征高頻小信號調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Av0，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數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（a）所示電路（也是以下各項指標所對應電路），f0的表達式為

式中，L為調諧回路電感線圈的電感量；

為調諧回路的總電容，的表達式為

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容；P1為初級線圈抽頭系數；P2為次級線圈抽頭系數。

諧振頻率f0的測量方法是：

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

2.電壓放大倍數

放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數AV0稱為調諧放大器的電壓放大倍數。AV0的表達式為

式中，為諧振回路諧振時的總電導。要注意的是yfe本身也是一個復數，所以諧振時輸出電壓V0與輸入電壓Vi相位差不是180o

而是為180o+Φfe。

AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態時，用高頻電壓表測量圖1-1（a）中輸出信號V0及輸入信號Vi的大小，則電壓放大倍數AV0由下式計算：

AV0

=

V0

/

Vi

或

AV0

=

lg

(V0

/Vi)

dB

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下降，習慣上稱電壓放大倍數AV下降到諧振電壓放大倍數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

=

f0/QL

式中，QL為諧振回路的有載品質因數。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數AV0與通頻帶BW的關系為

0.7

BW

0.1

2△f0.1

圖1-2

諧振曲線

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

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AV0然后改變高頻信號發生器的頻率（保持其輸出電壓VS不變），并測出對應的電壓放大倍數AV0。由于回路失諧后電壓放大倍數下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-2所示。

可得：

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數越小。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，除了選用yfe較大的晶體管外，還應盡量減小調諧回路的總電容量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

調諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數Kv0.1時來表示，如圖1-2所示的諧振曲線，矩形系數Kv0.1為電壓放大倍數下降到0.1

AV0時對應的頻率偏移與電壓放大倍數下降到0.707

AV0時對應的頻率偏移之比，即

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

2△f0.1/BW

上式表明，矩形系數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。一般單級調諧放大器的選擇性較差（矩形系數Kv0.1遠大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調諧回路的諧振放大器。可以通過測量調諧放大器的諧振曲線來求矩形系數Kv0.1。

*（二）雙調諧放大器

雙調諧放大器具有頻帶較寬、選擇性較好的優點。雙調諧回路諧振放大器是將單調諧回路放大器的單調諧回路改用雙調諧回路。其原理基本相同。

1.電壓增益為

2.通頻帶

BW

=

2△f0.7

=

fo/QL

3.選擇性——矩形系數

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

三、實驗步驟

（一）單調諧小信號放大器單元電路實驗

1.根據電路原理圖熟悉實驗板電路，并在電路板上找出與原理圖相對應的的各測試點及可調器件（具體指出）。

2.按下面框圖（圖1-3）所示搭建好測試電路。

圖1-3

高頻小信號調諧放大器測試連接框圖

注：圖中符號表示高頻連接線

3.打開小信號調諧放大器的電源開關，并觀察工作指示燈是否點亮，紅燈為+12V電源指示燈，綠燈為-12V電源指示燈。(以后實驗步驟中不再強調打開實驗模塊電源開關步驟)

4.調整晶體管的靜態工作點：

在不加輸入信號時用萬用表（直流電壓測量檔）測量電阻R4兩端的電壓（即VBQ）和R5兩端的電壓（即VEQ），調整可調電阻W3，使VeQ＝4.8V，記下此時的VBQ、VEQ，并計算出此時的IEQ＝VEQ

/R5。

5.按下信號源和頻率計的電源開關，此時開關下方的工作指示燈點亮。

6.調節信號源“RF幅度”和“頻率調節”旋鈕，使輸出端口“RF1”和“RF2”輸出頻率為12MHz的高頻信號。將信號輸入到2號板的J4口。在TH1處觀察信號峰-峰值約為50mV。

7.調諧放大器的諧振回路使其諧振在輸入信號的頻率點上：

將示波器探頭連接在調諧放大器的輸出端即TH2上，調節示波器直到能觀察到輸出信號的波形，再調節中周磁芯使示波器上的信號幅度最大，此時放大器即被調諧到輸入信號的頻率點上。

8.測量電壓增益Av0

在調諧放大器對輸入信號已經諧振的情況下，用示波器探頭在TH1和TH2分別觀測輸入和輸出信號的幅度大小，則Av0即為輸出信號與輸入信號幅度之比。

9.測量放大器通頻帶

對放大器通頻帶的測量有兩種方式，其一是用頻率特性測試儀（即掃頻儀）直接測量；

其二則是用點頻法來測量：即用高頻信號源作掃頻源，然后用示波器來測量各個頻率信號的輸出幅度，最終描繪出通頻帶特性，具體方法如下：

通過調節放大器輸入信號的頻率，使信號頻率在諧振頻率附近變化（以20KHz或500KHz為步進間隔來變化），并用示波器觀測各頻率點的輸出信號的幅度，然后就可以在如下的“幅度－頻率”坐標軸上標示出放大器的通頻帶特性。

輸出幅度

頻率

10.測量放大器的選擇性

描述放大器選擇性的的最主要的一個指標就是矩形系數，這里用Kr0.1和Kr0.01來表示：

式中，為放大器的通頻帶；和分別為相對放大倍數下降至0.1和0.01處的帶寬。用第9步中的方法，我們就可以測出、和的大小，從而得到和的值

注意：對高頻電路而言，隨著頻率升高，電路分布參數的影響將越來越大，而我們在理論計算中是沒有考慮到這些分布參數的，所以實際測試結果與理論分析可能存在一定的偏差。另外，為了使測試結果準確，應使儀器的接地盡可能良好。

*（二）雙調諧小信號放大器單元電路實驗

雙調諧小信號放大器的測試方法和測試步驟與單調諧放大電路基本相同，只是在以下兩個方面稍作改動：

其一是輸入信號的頻率應改為465KHz（峰－峰值200mV）；

其二是在諧振回路的調試時，對雙調諧回路的兩個中周要反復調試才能最終使諧振回路諧振在輸入信號的頻點上，具體方法是，按圖1-3連接好測試電路并打開信號源及放大器電源之后，首先調試放大電路的第一級中周，讓示波器上被測信號幅度盡可能大，然后調試第二級中周，也是讓示波器上被測信號的幅度盡可能大，這之后再重復調第一級和第二級中周，直到輸出信號的幅度達到最大，這樣，放大器就已經諧振到輸入信號的頻點上了。

11.同單調諧實驗，做雙調諧實驗，并將兩種調諧電路進行比較。

四、實驗報告要求

1．寫明實驗目的。

2．畫出實驗電路的直流和交流等效電路。

3．計算直流工作點，與實驗實測結果比較。

4．整理實驗數據，并畫出幅頻特性。

五、實驗儀器

1.高頻實驗箱

1臺

2.雙蹤示波器

1臺

3.萬用表

1塊

4.掃頻儀（可選）

1臺