实验一小信号调谐（单调谐）放大器实验指导

实验一 高频小信号单调谐放大器实验

一、实验目的

1. 掌握小信号单调谐放大器的基本工作原理； 2. 熟悉放大器静态工作点的测量方法；

3. 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；

4. 了解高频单调谐小信号放大器幅频特性曲线的测试方法。

二、实验原理

小信号单谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号的线性放大。其实验原理电路如图1-1所示。该电路由晶体管BG、选频回路（LC并联谐振回路）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。

VccLRB1CRCCcOUTINCBBGRB2RECE图1-1 单调谐回路放大器原理电路 1．单调谐回路谐振放大器原理

单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中，RB1、RB2、RE用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。CE是RE的旁路电容，CB、CC是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，RC是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。为了减轻负载对回路Q值的影响，输出端采用了部分接入方式。

2．单调谐回路谐振放大器实验电路

单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中，C3用来调谐，K1、K2、K3用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。K4、K5、K6用以改变射极偏置电阻，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。

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图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路

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Au0，放大器的通频带BW0.7及选择性（通常用矩形系数K0.1来表示）等。

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所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

f0?12?LC?

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

C??C?n12Coe

式中， Coe为晶体管的输出电容； n1（注：此图中n1=1）为初级线圈抽头系数；n2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，微调C3，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Au0称为调谐放大器的电压放大倍数。Au0的表达式为

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?n1n2yfeu0?n1n2yfeAu0????2 2uig?n1goe?n2gL?ge0式中，g?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u0与输入电压ui相位差不是180o而是为180o+Φfe。

Au0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用示波器或高频毫伏表测量图1中输出信号u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数Au0由下式计算：

Au0 = u0 / ui 或 Au0 = 20 lg (u0 /ui) 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Au下降到谐振电压放大倍数Au0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

BW0.7 = 2△f0.7 = f0/Qe

式中，Qe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Au0与通频带BW的关系为

Au0?BW0.7?yfe2?C?

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Au0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BW0.7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Au0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS不变），并测出对应的电压放大倍数Au0。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1-3所示。

Au Au0 0.7 BW0.7 0.1 fL f0 fH 2△f0.1 图1-3 谐振曲线 9

可得： BW0.7?fH?fL?2?f0.7

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K0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数K0.1为电压放大倍数下降到0.1 Au0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

K0.1 = 2△?0.1/ 2△?0.7 = 2△?0.1/ BW0.7

上式表明，矩形系数K0.1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K0.1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K0.1。 三、实验步骤

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各 测试点及可调器件（具体指出）。

2.按下面框图（图1-4）所示搭建好测试电路。

图1-4 高频小信号调谐放大器测试连接框图

3. 接通实验箱上电源开关，此时箱体上?12V、?5V电源指示灯点亮。把实验 板1左上方单元（单调谐放大器单元）的电源开关（K7）拨到ON位置， 就接通了+12V电源（相应指示灯亮）。 4. 单调谐回路谐振放大器静态工作点测量

⑴ 取射极电阻R4=1k?（接通K4，断开K5、K6），集电极电阻R3=10k?（接 通K1，断开K2、K3），用万用表测量各点（对地）电压VB、VE、VC，并 填入表1.1内。

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表1.1

晶体管工作于放实测(V) 计算(V,mA) 射极偏大区? 置电阻 是 否 VB VE VC VBE VCE IC R4=1k? R4=510? R4=2k? 5.信号源调节：

理由 打开高频信号源电源，调节信号源“幅度”和“频率按键”，使输出端输出 频率为12MHz的高频信号。将信号输入到1号板的单调谐放大器单元IN口。 在TH1处用示波器观察信号峰-峰值为50mV。 6.放大器谐振调谐：

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，再调整信号源的频率（10.7MHz左右微调）使示波器 上的信号幅度最大，此时放大器即和输入信号谐振，记下此频率f0 7.测量电压增益Au0

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Au0即为输出信号与输入信号幅度 之比。在ui峰-峰值分别为30 mV，50 mV，80 mV时，用示波器测量输出 u0值，并计算Au0，最后取平均值。 8.测量放大器幅频特性曲线和通频带

对放大器幅频特性曲线和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（选作）；

其二则是用点频法来测量：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： 在放大器谐振的基础上，可先适当的微调输入信号的幅值，使输出为1V或 一整数值（便于计算），记下此值为u00。

⑴增大信号源的频率，使输出u0=0.9 u00，记下频率为f1，使输出u0=0.8 u00， 记下频率为f2，使输出u0=0.,7 u00，记下频率为f3；只要输出不失真，可依 次记下相应的值填入下表 u00 f0= 0.9 u00 0.8 u00 0.7 u00 0.6u00 0.5 u00 0.4 u00 0.3 u00 0.2 u00 0.1 u00 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 ⑵减小信号源的频率，使输出u0=0.9 u00，记下频率为f-1，使输出u0=0.8 u00，

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