实验七 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、2 号板                           1块

2、双踪示波器                       1台

3、万用表                           1台

4、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7-1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7-1 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7-1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7-1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7-2所示。

可得：        

图7-2 谐振曲线

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7-2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7-3 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。

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。

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。

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。