實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

北京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱通信電子電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器通信工程系23班姓名劉偉強(qiáng)教師張老師成績2012年4月8日實(shí)驗(yàn)一高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理；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(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)儀器名稱用途編號(hào)掃頻儀觀測電路的幅頻特性曲線示波器觀測波形萬用表測量電阻，交流與直流的電流和電壓直流穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定電壓的直流電源高頻毫伏表測量電壓信號(hào)有效值實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、單級(jí)單調(diào)諧放大器（1）電路圖：（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及步驟A、計(jì)算選頻回路的諧振頻率范圍如圖1-8所示，它是一個(gè)單級(jí)單調(diào)諧放大電路，輸入信號(hào)由高頻信號(hào)源或者振蕩電路提供。調(diào)節(jié)電位器W3可改變放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)可調(diào)電容CC2和中周T2可改變諧振回路的幅頻特性。諧振回路的電感量L=1.8uH～2.4uH，回路總電容C=105pF～125pF，根據(jù)公式f0=12πB、檢查連線正確無誤后，測量電源電壓正常，電路中引入電壓。實(shí)驗(yàn)板中，注意TP9接地，TP8接TP10；C、用萬用表測三極管Q2發(fā)射極對(duì)地的直流電壓，調(diào)節(jié)可變電阻使此電壓為5V。D、用高頻信號(hào)源產(chǎn)生頻率為10.7MHz，峰峰值約400mV的正弦信號(hào)，用示波器觀察，調(diào)節(jié)電感電容的大小，適當(dāng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，使輸出信號(hào)Vo的峰峰值Vopp最大不失真。記錄各數(shù)據(jù)，得到諧振時(shí)的放大倍數(shù)。E、測量該放大器的通頻帶、矩形系數(shù)對(duì)放大器通頻帶的測量有兩種方式：(1)用掃頻儀直接測量；(2)用點(diǎn)頻法來測量，最終在坐標(biāo)紙上繪出幅頻特性曲線。在放大器的頻率特性曲線上讀取相對(duì)放大倍數(shù)下降為0.1處的帶寬BW0.1或0.01處的帶寬BW0.01,則矩形系數(shù)D0.1=BW0.72、雙級(jí)單調(diào)諧放大器（1）電路圖：（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及步驟：如圖1-10所示，電路連接TP9接地，TP8接TP15，TP20接地，TP19接TP10。若輸入信號(hào)的峰峰值為幾百毫伏，經(jīng)過第一級(jí)放大器后可達(dá)幾伏，此信號(hào)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第二級(jí)放大器的動(dòng)態(tài)范圍，從而使第二級(jí)放大器無法發(fā)揮放大的作用。同時(shí)由于輸入信號(hào)不可避免地存在諧波成分，經(jīng)過第一級(jí)諧振放大器后，由于諧振回路頻率特性的非理想性，放大器也會(huì)對(duì)殘留的諧波成分進(jìn)行放大。所以在第一級(jí)與第二級(jí)放大器之間又加了一個(gè)陶瓷濾波器（FL3），一方面濾除放大的諧波成分，另一方面使第二級(jí)放大器輸入信號(hào)的幅度滿足要求。（1）連接電源；（2）靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)；（3）測量放大器電壓增益；接入輸入信號(hào)，用示波器測量輸入峰峰值以及輸出峰峰值，記錄數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及處理1.單級(jí)單調(diào)諧放大器fVVBWBW10.7MHz3913.481V1.2MHz5.5MHz2.雙級(jí)單調(diào)諧放大器VVVV400mV0.33V3.42V1.933V誤差分析1、實(shí)驗(yàn)理論值諧振回路的電感量L=1.8uH～2.4uH，回路總電容C=105pF～125pF，根據(jù)公式f0=12πfBW=fQ由于電路中電容值沒有給出，無法算出電壓增益的理論值。2、分析實(shí)測值與理論值的誤差程度及產(chǎn)生原因答：誤差程度處于理論值正常范圍，誤差產(chǎn)生的可能原因?yàn)椋簩?shí)驗(yàn)儀器的老化；測量時(shí)讀數(shù)的誤差；周圍噪聲對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。 課后思考題1、高頻小信號(hào)放大器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？答：（1）電壓增益和功率增益調(diào)諧放大器的放大能力。放大器輸出電壓(或功率)與輸入電壓(或功率)之比，稱為放大器的增益或放大倍數(shù)，用(或)表示，有時(shí)以dB數(shù)計(jì)算。放大器增益的大小，取決于所用的晶體管、要求的通頻帶寬度、是否良好的匹配和穩(wěn)定的工作等。（2）通頻帶由于所放大的信號(hào)不只是一個(gè)載波頻率，而且還包括載波兩旁的邊頻，要使無線電信號(hào)不失真地傳輸，調(diào)諧放大器的通頻帶一定要稍寬于信號(hào)所占有的頻譜寬度。所以放大器的通頻帶也是一個(gè)重要的指標(biāo)。（3）選擇性放大器從各種不同頻率的信號(hào)(有用的和有害的)中選出有用信號(hào)，排除干擾(有害)信號(hào)的能力，稱為放大器的選擇性。選擇性指標(biāo)是針對(duì)抑制干擾而言的，但干擾的情況常常很復(fù)雜，有位于有用信號(hào)頻率附近電臺(tái)的干擾(稱鄰臺(tái)干擾)，有某一特定頻率的干擾，又有由于設(shè)備本身電子器件非線性產(chǎn)生的交調(diào)干擾，等等。對(duì)于不同的干擾有不同的選擇性指標(biāo)要求。選擇性的兩個(gè)基本指標(biāo)是抑制比和矩形系數(shù)。1）矩形系數(shù)理想的頻帶放大器頻率響應(yīng)曲線應(yīng)呈矩形，但實(shí)際的曲線形狀則與矩形有較大的差異，如圖1.1-2所示。顯然矩形系數(shù)愈接近1，則實(shí)際曲線愈接近理想矩形，鄰近波道選擇性愈好，濾除鄰近波道干擾信號(hào)的能力愈強(qiáng)。通常諧振放大器的矩形系數(shù)，約在2~5的范圍內(nèi)。2）抑制比如圖1.1-3所示的諧振曲線，對(duì)信號(hào)頻率調(diào)諧。諧振點(diǎn)的放大倍數(shù)為Avo。若有一干擾其頻率為fn，則電路對(duì)此干擾的放大倍數(shù)為Av,用d=AvoAv（4）穩(wěn)定性指當(dāng)放大器的工作狀態(tài)或條件發(fā)生變化時(shí)，主要性能的穩(wěn)定程度。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起直流偏置狀態(tài)以及晶體管和電路元件的參數(shù)改變，導(dǎo)致放大器性能的不穩(wěn)定。它常表現(xiàn)為放大器的增益改變，中心頻率偏移，諧振曲線畸變，甚至放大器自激而完全不能工作。因此要求放大器工作穩(wěn)定是十分重要的問題。（5）噪聲系數(shù)由于放大器本身就有噪聲，輸出端的信噪比和輸入端信噪比是不一樣的，為此，使用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平，公式表示為：噪聲系數(shù)＝輸入端信噪比/輸出端信噪比。2、單級(jí)單調(diào)諧放大器的電壓增益Av與什么因素有關(guān)？當(dāng)諧振回路中的并聯(lián)電阻R變化時(shí)，A答：（1）單級(jí)單調(diào)諧放大器電壓增益是一個(gè)頻率的函數(shù)，自然與頻率有關(guān)，但我們通常求的是諧振時(shí)的電壓增益，該值主要與如下參數(shù)有關(guān)：三極管正向傳輸導(dǎo)納、負(fù)載導(dǎo)納、諧振回路諧振導(dǎo)納、接入系數(shù)。（2）當(dāng)諧振回路中的并聯(lián)電阻R變大時(shí)，BW0.7變窄，Av03、回路的諧振頻率和那些參數(shù)有關(guān)？如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài)？答：（1）回路的諧振頻率和CC2（2）當(dāng)諧振回路處于諧振狀態(tài)時(shí)，調(diào)諧回路的電壓最大4、影響小信號(hào)放大器不穩(wěn)定的因素有那些？如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，如何解決呢？答：（1）在高頻調(diào)諧放大器中，由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋Cbc，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題克服自激的方法：（2）由于晶體管由反向傳輸導(dǎo)納存在，實(shí)際上晶體管為雙向器件。為了抵消或減少反向傳輸導(dǎo)納的作用，應(yīng)使晶體管單向化。單向化的方法有兩種：一種是消除反向傳輸導(dǎo)納的反饋?zhàn)饔?，稱為中和法；另一種是使負(fù)載電導(dǎo)gL或信號(hào)源電導(dǎo)的數(shù)值加大，使得輸人或輸出回路與晶體管失去匹配，稱為失配法。實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得體會(huì)1、實(shí)驗(yàn)總結(jié)小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛用作高頻和中頻放大器，特別是用在通信接收端的前端電路，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻小信號(hào)進(jìn)行放大。高頻小信號(hào)放大器按頻譜寬度分為窄帶放大器和寬帶放大器；按電路形式分為單級(jí)放大器和級(jí)聯(lián)放大器；按照負(fù)載性質(zhì)：諧振放大器和非諧振放大器。其中諧振放大器的負(fù)載是采用諧振回路，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振放大器的負(fù)載由阻容放大器和各種濾波器組成，結(jié)構(gòu)簡單。2、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決方法實(shí)驗(yàn)過程中，我碰到了一些問題。問題：實(shí)驗(yàn)中對(duì)于掃頻儀使用方法的不了解，導(dǎo)致用掃頻儀觀測幅頻特性曲線時(shí)沒有調(diào)節(jié)正確的諧振頻率，使得無法觀測到正確波形。解決方法：更好的學(xué)會(huì)操作使用