实验一 高频小信号调谐放大器
xxxxxxxxxx班xx号 大学霸
一、实验目的
1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；
2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。
二、实验仪器
1、扫频仪 一台
2、示波器 一台 SS7804
3、万用表 一块 DM3051
4、直流稳压电源 一台 GPS-3303C
5、高频毫伏表 一块
三、实验内容及步骤(电路图、设计过程、步骤)
实验中 电路部分元器件值，R2=10KΩ, R3=1KΩ, R10=2KΩ, R12=51Ω, R13=10KΩ,
R24=2KΩ, R27=5.1KΩ, R28=18KΩ, R30=1.5KΩ, R31=1KΩ, R32=5.1KΩ, R33=18KΩ, R35=1.5KΩ,
W3=47KΩ, W4=47KΩ,C20=1nF, C21=10nF, C23=10nF。
（一）、单级单调谐放大器
1、计算选频回路的谐振频率范围
如图所示，它是一个单级单调谐放大电路，输入信号由高频信号源或者振荡电路提
供。调节电位器W3 可改变放大电路的静态工作点，调节可调电容CC2 和中周T2 可改变谐
振回路的幅频特性。谐振回路的电感量L=1.8uH～2.4uH，回路总电容C=105 pF～125pF，
根据公式
计算谐振回路谐振频率f0的范围。
2、检查连线正确无误后，测量电源电压正常，电路中引入电压。实验板中，注意TP9
接地，TP8 接TP10；
3、用万用表测三极管Q2 发射极对地的直流电压，调节可变电阻使此电压为5V。
4、用高频信号源产生频率为10.7MHz，峰峰值约400mV 的正弦信号，用示波器观察，
调节电感电容的大小，适当调节静态工作点，使输出信号Vo 的峰峰值Vop-p 最大不失真。记录各数据，得到谐振时的放大倍数。
5、测量该放大器的通频带、矩形系数
对放大器通频带的测量有两种方式：
(1) 用扫频仪直接测量；
(2) 用点频法来测量，最终在坐标纸上绘出幅频特性曲线。
在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1 处的带宽BW0.1 或0.01
处的带宽 BW0.01 。则矩形系数
其中BW0.7 为放大器的通频带。
（二）单级双调谐放大电路（选作）
如图所示，单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。两个谐振
回路通过电容C20（1nF）或C21（10 nF）耦合， TP6 接TP13，TP7 接TP11 （采用耦合
电容C20），TP14 接TP10；
（1）连接电源；
（2）静态工作点调节；
（3）测量放大器电压增益；
接入输入信号，用示波器测量输入峰峰值以及输出峰峰值，记录数据；
（三）双级单调谐放大电路
如图所示，电路连接TP9 接地，TP8 接TP15，TP20 接地，TP19 接TP10。若输
入信号的峰峰值为几百毫伏，经过第一级放大器后可达几伏，此信号幅度远远超过了第二级
放大器的动态范围，从而使第二级放大器无法发挥放大的作用。同时由于输入信号不可避免
地存在谐波成分，经过第一级谐振放大器后，由于谐振回路频率特性的非理想性，放大器也
会对残留的谐波成分进行放大。所以在第一级与第二级放大器之间又加了一个陶瓷滤波器
（FL3），一方面滤除放大的谐波成分，另一方面使第二级放大器输入信号的幅度满足要求。
填表
（四）双级双调谐放大电路（选作）
（1）连接实验电路；
（2）静态工作点调节；
（3）测量放大器电压增益，观察和前三种放大状况有何不同。
四、实验原始数据及处理
实验原始数据及所需图表见坐标纸
（1）单级单调谐电路
谐振频率f0=9.793MHz,增益AV=17.55
通频带BW0.707=10.32-9.6=0.72MHz,BW0.1=14.8-7.11=7.69MHz
矩形系数
幅频特性曲线见坐标纸
（2）单级双调谐放大电路
输入峰峰值Vip-p=0.49V, 输出峰峰值Vop-p=3.07V,增益AV=6.27
（3）双极单调谐放大电路
（4）双极双调谐放大电路
电压增益AV
五、误差分析
1.在第一个实验中，由于示波器的工作频带为有限制，导致相对放大倍数下降为0.1 处的上界频率无法准确测到，所以对应通频带BW0.1有误差。
2.静态工作点不正确，导致波形失真
3.仪器误差，人眼观察误差
六、课后思考题
1、高频小信号放大器的主要技术指标有哪些？
答：衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面:
谐振频率F0、谐振增益AV、通频带BW、增益带宽积BW·G、选择性D、噪声系数NF.
2、单级单调谐放大器的电压增益AV0与什么因素有关？当谐振回路中的并联电阻R
变化时，AV0及BW0.7将怎样变化？
答：单级单调谐放大器的电压增益AV0 与晶体管的电流放大系数，谐振电路的品质因数、谐振回路中LC值、可变电阻接入阻值、温度等因素有关。当谐振回路中的并联电阻R变化时， A V0及BW0.7也将随之变化。若原来的R值已使电路谐振，AV0已达到最大，再调节R阻值，由于增益带宽积基本不变，会使AV0变大，BW0.7变小。
3、讨论场效应管调谐放大器与晶体管放大器的优缺点。
答：场效应管调谐放大器与晶体管放大器相比，具有较高输入阻抗和低噪声等，可以获得一般晶体管很难达到的性能。另外，由于场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，选用场效应管更好；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，选用晶体管更好
4、回路的谐振频率和那些参数有关？如何判断谐振回路处于谐振状态？
答：根据公式
，可知谐振回路谐振频率 f0 与L、C的值有关。电路是LC并联谐振，谐振回路阻抗最大且为纯电阻，电路增益Av0达到最大值。
5、影响小信号放大器不稳定的因素有那些？如果实验中出现自激现象，如何解决呢？
答：高频调谐放大器中，由于晶体管存在内部反馈即方向传输导纳yre的作用，它把输出电压可以反馈到输入端，引起输入电流的变化，从而可能引起放大器工作不稳定。克服自激的方法有中和法和失配法。前者是在电路中引入一反馈，来抵消内部反馈的作用，达到放大器单向化的目的；后者是通过牺牲增益来换取稳定，通过增大放大器的负载电导，使之与放大器输出电导不匹配，导致放大器放大倍数降低以减小内部反馈的影响。
七、实验总结及心得体会
1.通过这次实验我巩固了在通电课上学到的高频小信号放大电路的知识，以及谐振放大增益，通频带，选择性的相关知识和计算方法，在实验中验证了理论知识。我对高频电路有了一定的了解。谐振放大器不仅有对特定频率信号的放大，同时也有滤波和选频的作用。
2.实验中也出现了一些问题，比如波形出现了一定的失真，检查电路后发现是静态工作点设置不正确，改变电路的静态工作点后，波形有了明显的改善。如果能更加熟练实验的操作和原理，这样能更快的发现问题，解决问题，不用浪费时间。
第二篇：通信电子电路课程设计(小信号放大器)
通信电子线路课程设计
－－高频小信号谐振放大器
学 校：
姓 名：
学 号：
班 级：
指导老师：
年 月 日
目录
一、前言………………………………………………………………3
二、电路基本原理…………………………………………………….3
三、主要性能指标及测量方法……………………………………….5
1、谐振频率………………………………………………………7
2、电压增益………………………………………………………7
3、通频带…………………………………………………………8
4、矩形系数………………………………………………………9
四、设计方案…………………………………………………………..10
1、设置静态工作点………………………………………………10
2、计算谐振回路参数……………………………………………10
3、电路图、仿真图和PCB图……………………………………11
五、电路装调与测试…………………………………………………..13
六、心得体会…………………………………………………………..14
七、参考文献…………………………………………………………...15
一、前言
高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现问题是自激震荡，同时频率选择和各级建阻抗匹配也恶化你难实现。
Protel DXP软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的Protel DXP软件已不是单纯的PCB设计工具，而是一个系统 ，它覆盖了以PCB为核心的全部物理设计。使用Protel、等计算机软件对产品进行辅助设计在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在机械、电子等行业的产品设计质量与效率。
通过《通信电子线路》的学习，使用Protel DXP软件设计了一个高频小信号放大器。
二、电路的基本原理
高频小信号放大器的功用就是五失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。
如图所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路，在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器射出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点电阻RB1、RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
放大器在谐振时的等效电路如图所示，晶体管的4个y参数分别为
输入导纳
输出导纳
正向传输导纳
反向传输导纳
式中gm为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为
gm={IE}mA*S/26
谐振放大器的高频等效电路
晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流IE、电流放大系数有关外，还与工作角频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在条件下测的3DG100C的y参数
gie=1/rie=2mS goe=1/roe=250mS |yfe|=40mS
Cie=12pF Coe=4pF |yfe|=350
如果工作条件发生变化，则上述参数值仅作参考。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算方法。
如图所示等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即
P1=N1/N2
式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边的 匝数比，即
P2=N3/N2
式中，N3为副边的 总匝数；gL为谐振放大器输出负载的电导，gL=1/Gl。通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则gL将是下一级晶体管的输出电导gie2。
可见并联谐振回路的总电导：gΣ=p1^2goe+p2^2gie2+jωC+1/jωL+G0
三、主要性能指标及测量方法
表征高频小信号谐振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及选择性等，采用图所示的测试电路可以粗略的测试各项指标，若要求测量准确，必要是应采用精度较高的高频测量仪器。图中输入信号Vs由高频信号发生器提供，高频电压表V1、V2分别用于测量放大器是 输入电压Vi与输出电压Vo的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流ic的值，示波器监测负载RL两端的输出波形。谐振放大器的各项性能指标 及测量方法如下。
高频谐振放大器的测试电路
1、谐振频率
放大器的谐振回路谐振是所对应的频率f0称为谐振频率。对于图所示电，f0的表达式为：fo=1/2π
式中，L为谐振回路电感线圈的电感量；C∑为谐振回路的总电容,C∑的表达式为C= C∑-p1^2Coe-p2^2Cie
式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie 为晶体管的输入电容。
谐振频率f0的测量步骤是，首先使高频信号发生器的 输出频率为 f0，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变C或电感线圈L的磁芯位置使回路谐振。LC并联回路谐振时，直流毫安表mA的 指示值为最小，电压表V2的指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这是回路的谐振频率就等于信号发生器的 输出频率。
由于分布参数的 影响，有时谐振回路的 输出电流的最小值与输出电压的最大值不一定同时出现，这时视电压表的指示值达到最大时的状态为谐振回路处于谐振状态。如用扫频仪测量谐振放大器是否谐振，应使电压谐振曲线的 峰值出现周期规定的谐振频率点f0。
2、电压增益
放大器是谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益。Avo的表达式为：Avo=-Vo/Vi=-p1p2yfe/g∑
要注意 的是，yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压Vo与输入电压Vi的相位差为（180+ψfe）。只有当工作频率较低时， ψfe=0，Vo与Vi的相位差才等于180.
Aov的测量电路如图所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态，当回路谐振时分别记下输出端电压表V2的读数V0及输入端电压表V1的读数V1，则电压放大倍数Avo由下式计算：
Avo=Vo/Vi
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Avo的0.707倍时所对应的 频率范围称为放大通频带BW，其表达式为：BW=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Avo与通频带BW的关系为： Avo*BW=|yfe|/2πC∑上式说明，当晶体管选定即yfe 确定，且回路总电容C∑为定值时，谐振电压放大倍数Avo与通频带BW 的 乘积为一常数的概念是相同的。
通频带BW的测量电路如图所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。测量方法有扫频法和逐点法，逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数Avo，然后改变高频信号发生器的频率，并测出对应的电压放大倍数Av。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图所示
BW=fh-fL
通频带越宽放大器的电压放大倍数就越小。要想得到一定宽度的通频带，同时有能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路是 总电容量C∑。如果放大器只用来放大来自接受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、矩形系数
谐振放大器的 选择性可用谐曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如图所示 ，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏移之比，即
Kr0.1=2Δf0.1/2Δf0.7
上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，邻近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。一般单极谐振放大器的选择性较差，因其矩形系数Kr0.1远大于，为提高放大器的选择性，通常采用多级放大器，可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数Kr0.1。
四、设计方案
设计一个高频小信号谐振放大器。设计参数：
VCC=9V，晶体管为3DG100C，β=50.查手册得rb’b=70Ω,Cb’c=3pF。当IE=1mA时，Cb’c=25pF。L=4μH，N2=20匝，p1 =25,p2=0.25,RL=1kΩ。
主要技术指标：谐振频率f0=10.7MHZ，谐振电压放大倍数AVO>=20dB，通频带BW=1MHZ，矩形系数Kr0.1<10。
1、设置静态工作点
取IEO=1MA，VEQ=1.5V，VCEO=7.5V,则
RE=VEO/IEO=1.5KΩ
RB2=VBQ/6IBQ=VBQ*β/6ICQ=18.3kΩ,取18kΩ
RB1=(VCC-VBQ)*RB2/VBQ=55.6kΩ
RB1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联，以便调整静态工作点。
2、计算谐振回路参数
gb’e={IE}mA*S/26β=0.77mS
gm={IE}mA*S/26 =38mS
yie=(gb’e+ωCb’e)/{1+rb’b(gb’e+jωCb’e)}=0.96mS+j1.5mS
因为 yie =gie+jωCie，所以
gie=0.96mS
rie=1/gie=1kΩ
Cie=1.5mS/ω=23pF
yoe=jωCb’crb’bgm/{1+rb’b(gb’e+jωCb’e)}+ jωCb’e =0.06mS+j0.5mS
因为 yoe=goe+jωCoe，所以
goe=0.06mS
Coe=0.5mS/ω=7pF
yfe=gm/{1+rb’b(gb’e+jωCb’e)}=37mS-j4.1mS
故模|yfe|=(37^2+4.1^2)^0.5=37mS
总电容为： C∑=1/（2πf0）^2L=55.2pF
回路电容C= C∑-p1^2Coe-p2^2Cie=53.3pf 取标称值51pF
求出耦合变压器的的一原边抽头匝数N1及副边匝数N3，即
N1=p1N2=5匝
N3=p2N2=5匝
确定输入耦合回路放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路，由于输入变压器原边谐振回路的谐振频率与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合。
3、电路图、仿真图和PCB图
高频小信号谐振放大器实验电路
高频小信号谐振放大器仿真图
PCB图
五、电路装调与测试
将上述设计元件参数值进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。
调整静态工作点的方法是 ，不加输入信号，将C1的 左端接地，将谐振回路的电容C开路，这时用万用表测量电阻RE两端的电压，调整电阻RB1使VEQ=1.5V。记下此时电路的RB1值及静态工作点VBQ、VCEQ、VEQ及IEQ。
谐振回路使其谐振的方法是，按图所示的电路接入高频电压表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再将信号发生器的输入频率置于fi=10.7MHz，输出电压Vi=5mV。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表V2的指示值达到最大，毫安表mA的指示值为最小且输出波形无明显失真。回路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+9V。
在放大器处于谐振状态下测量各项技术指标，如电压放大倍数Avo、通频带BW及矩形系数Kr0.1，其测量方法如前面所述。若这些指标的测量值与设计要求值相差较远，则应根据他们的表达式进行分析。如果电压放大倍数Avo较小，则可以通过调整静态工作点Q或接入系数p1使Avo增大或更换β较大的晶体管。
由于分布参数的影响，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数值与设计计算值有一定偏离。需要反复调整输出耦合变压器的磁芯位置才能使谐振回路处于谐振状态。
由于工作频率较高，高频小信号放大器容易受到外界各种信号的干扰，特别是射频干扰。通常采取的措施是把放大器装入金属屏蔽盒内。
六、心得体会
经过这段时间的努力，终于完成了这次课程设计，虽然结果不是很满意。但总的来说还是不错的，基本上符合要求。本次设计通过对《通信电子线路》的学习使用Protel 99SE软件设计了一个高频小信号放大器。在设计过程中遇到问题，我先思考找出问题所在，然后在去图书馆或上网查资料，或者是问同学，在这个过程中对以前学的知识有了更深刻的认识。通过这次课程设计，我学会了把书本在知识和实际的电路联系起来，这就是理论结合实际，我想这对我们以后的学习有很大的促进作用。在下阶段的学习中我一定会更加努力。最后感谢张老师的指导。
七、参考文献
《电子线路设计》 华中科技大学出版社
《通信电子线路》 人民邮电出版社
《高频电子线路》 高等教育出版社
《Protel 99SE电路设计与制版》 电子工业出版社
《非线性电子线路实验指导书》 北京理工大学出版社
《电子线路课程设计》 电子工业出版社