高频实验报告
南京理工大学紫金学院电光系
一、 实验目的
1.进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。
2.掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。
3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数(电压放大倍数,通频带,矩形系数)的测试。
二、实验基本原理与电路
1、小信号调谐放大器的基本原理
小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路, 其作用是有选择地对某一频率范围的高频小信号信号进行放大。所谓“小信号”,通常指输入信号电压一般在微伏~毫伏数量级附近,放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”,主要是指放大器的集电极负载为调谐回路(如LC调谐回路)。这种放大器对谐振频率及附近频率的信号具有最强的放大作用,而对其它远离的频率信号,放大作用很差,如图1-1所示。
图1-1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线
小信号调谐放大器技术参数如下:
增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力
1. 通频带和选择性
:通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围为高频放大器的通频带,用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性,通常引入参数——矩形系数K0.1,它定义为
式中,B0.1为相对放大倍数下降到0.1处的带宽,如图1-1所示。显然,矩形系数越小,选择性越好,其抑制邻近无用信号的能力就越强。
稳定性:电路稳定是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频放大器,当电路参数随温度等因素发生变化时,会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变,甚至发生自激振荡。由于高频工作时,晶体管内反馈和寄生反馈较强,因此高频放大器很容易自激。因此,必须采取多种措施来保证电路的稳定,如合理地设计电路、限制每级的增益和采取必要的工艺措施等。
噪声系数:为了提高接收机的灵敏度,必须设法降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成,降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此,在设计前级放大器时,要求采用低噪声器件,合理地设置工作电流等,使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。
2.实验电路
小信号调谐放大器实验电路如图1-2所示。
图1-2 小信号调谐放大器实验电路
三、实验内容
1.静态工作点与谐振回路的调整。
UEQ =5.98V
IEQ= UEQ /R6
所以IEQ=5.98/500=11.96mA
fo=9.96759MHz
Umax=456mv
0.707Umax=322.392mA
2.放大器的放大倍数及通频带的测试。
Av=Uo/Ui=440/28.8=15.2778
BW=f2-f1
F1=9.55675MHz
f2=10.3029MHz
所以BW=0.74615MHz
3.测试品质因数对放大器的通频带的影响。
fo=9.83266MHZ
Uomax=224mv
0.707Uomax=158.36 mv
BW=f2-f1
F1=9.40684MHz
f2=10.3480MHz
所以BW=0.94116MHz
由数据得:
当谐振频率一定时,品质因数降低,谐振时放大倍数降低,通频带增大。
四、实验总结与体会
通过此次小信号调谐放大器实验,我进一步掌握了高频小信号调谐放大器的工作原理,调试方法以及各项技术参数.
第二篇:实验一 高频小信号调谐放大器实验
实验一 高频小信号调谐放大器实验
一、 实验目的
1、 掌握小信号调谐放大器的基本工作原理;
2、 掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算;
3、 了解高频小信号放大器动态范围的测试方法;
二、 实验内容
1、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的静态工作电
2、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的增益
3、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的通频带
4、 测量单调谐、双调谐小信号放大器的选择性
三、 实验仪器
1、 信号源模块 1块
2、 频率计模块 1块
3、 2 号板 1块
4、 双踪示波器 1台
5、 万用表 1块
6、 扫频仪(可选) 1台
四、 实验原理
(一)单调谐放大器
小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大,而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS=10.7MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点,从而可以改变放大器的增益。
表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0,谐振电压放大倍数Av0,放大器的通频带BW及选择性(通常用矩形系数Kr0.1来表示)等。
图1-1 单调谐小信号放大电路
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f0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),f0的表达式为
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
式中, Coe为晶体管的输出电容;Cie为晶体管的输入电容;P1为初级线圈抽头系数;P2为次级线圈抽头系数。
谐振频率f0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f0。
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AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为
式中,为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数,所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º 而是为180º+Φfe。
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中输出信号V0及输入信号Vi的大小,则电压放大倍数AV0由下式计算:
AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB
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大器的通频带BW,其表达式为
BW= 2△f0.7 = f0/QL
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AV0与通频带BW的关系为
上式说明,当晶体管选定即yfe确定,且回路总电容为定值时,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f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压VS不变),并测出对应的电压放大倍数AV0。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:
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yfe较大的晶体管外,还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。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1-2所示的谐振曲线,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
Kv0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 = 2△f0.1/BW
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。
(二)双调谐放大器
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。
图1-3 双调谐小信号放大
1、电压增益为
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△f0.7 = fo/QL
3、选择性——矩形系数
Kv0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 =
五、 实验步骤
(一)单调谐小信号放大器单元电路实验
1、根据电路原理图熟悉实验板电路,并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件(具体指出)。
2、打开小信号调谐放大器的电源开关,并观察工作指示灯是否点亮,红灯为+12V电源指示灯,绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)
3、调整晶体管的静态工作点:
在不加输入信号时用万用表(直流电压测量档)测量电阻R4两端的电压(即VBQ)和R5两端的电压(即VEQ),调整可调电阻W3,使VEQ=4.8V,记下此时的VBQ,并计算出此时的IEQ=VEQ /R5(R5=470Ω)
4、关闭电源,按下表所示搭建好测试电路。
5、按下信号源、频率计和2号板的电源开关,此时开关下方的工作指示灯点亮。
6、调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮,使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为10.7 MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。
7、调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上:
将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上,调节示波器直到能观察到输出信号的波形,再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大,此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。
8、测量电压增益Av0
在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下,用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小,则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
9、测量放大器通频带
对放大器通频带的测量有两种方式,
其一是用频率特性测试仪(即扫频仪)直接测量;
其二则是用点频法来测量。
本实验中采用点频法测量:即用高频信号源作扫频源,然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度,最终描绘出通频带特性,具体方法如下:
通过调节放大器输入信号的频率,使信号频率在谐振频率附近变化(以20KHz为步进间隔来变化),并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度,然后就可以在如下的“幅度-频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。
(二)双调谐小信号放大器单元电路实验
1、打开小信号调谐放大器的电源开关,并观察工作指示灯是否点亮,红灯为+12V电源指示灯,绿灯为-12V电源指示灯。
2、调整晶体管的静态工作点:
在不加输入信号时用万用表(直流电压测量档)测量电阻R15两端的电压(即VBQ)和R16两端的电压(即VEQ),调整可调电阻W3,使VEQ=3.7V,记下此时的VBQ,并计算出此时的IEQ=VEQ /R16(R16=470Ω)
4、关闭电源,按下表所示搭建好测试电路。
5、按下信号源、频率计和2号板的电源开关,此时开关下方的工作指示灯点亮。
6、调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮,使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为455KHz的高频信号。将信号输入到2号板的J5口。在TH6处观察信号峰-峰值约为50mV。
7、调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上:
将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上,调节示波器直到能观察到输出信号的波形,首先调试放大电路的第一级中周,让示波器上被测信号幅度尽可能大,然后调试第二级中周,也是让示波器上被测信号的幅度尽可能大,这之后再重复调第一级和第二级中周,直到输出信号的幅度达到最大,这样,放大器就已经谐振到输入信号的频点上了。
8、测量电压增益Av0
在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下,用示波器探头在TH6和TH7分别观测输入和输出信号的幅度大小,则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。
六、 实验报告要求
1、 写明实验目的。
2、 画出实验电路的直流和交流等效电路。
3、 计算直流工作点,与实验实测结果比较。
4、 整理实验数据,并画出幅频特性。