南京大學(xué)電子系本科高頻電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)箱講義（修改版）

1、目錄前言 實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)-2 實(shí)驗(yàn)二 晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)- 17 實(shí)驗(yàn)三 高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)-24 實(shí)驗(yàn)四 LC晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)-37 實(shí)驗(yàn)五 集成乘法器幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)-47 實(shí)驗(yàn)六 調(diào)幅波同步解調(diào)實(shí)驗(yàn)-62 實(shí)驗(yàn)七 二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波實(shí)驗(yàn)-66實(shí)驗(yàn)八 變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)-74實(shí)驗(yàn)九 電容耦合相位鑒頻器實(shí)驗(yàn)-81 實(shí)驗(yàn)十 鎖相環(huán)調(diào)頻實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)部分）-87 實(shí)驗(yàn)十一 鎖相環(huán)調(diào)頻發(fā)射與接收實(shí)驗(yàn)-98附錄 各個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理圖和MC1496的PDF實(shí)驗(yàn)一 小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)一、 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和基本電路結(jié)構(gòu)。2 掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的

2、調(diào)試方法。3 掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)，1dB壓縮點(diǎn)）的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)使用儀器1小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)板2200MH泰克雙蹤示波器3. FLUKE萬用表4. 模擬掃頻儀（安泰信）5. 高頻信號(hào)源6. 高頻毫伏表三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路1、 小信號(hào)調(diào)諧放大器的基本原理小信號(hào)調(diào)諧放大器是構(gòu)成無線電通信設(shè)備的主要電路， 其作用是有選擇地對(duì)某一頻率范圍的高頻小信號(hào)信號(hào)進(jìn)行放大 。 所謂“小信號(hào)”，指輸入信號(hào)電壓一般在微伏毫伏數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，對(duì)于這種幅度范圍的輸入信號(hào)，放大器一半工作在線性范圍內(nèi)。所謂“調(diào)諧”，主要是指放大器的集電極負(fù)載為調(diào)諧回路（如LC調(diào)諧回路

3、）。此時(shí)放大器對(duì)諧振頻率及附近頻率的信號(hào)具有最大的增益，而對(duì)其它遠(yuǎn)離頻率的輸入信號(hào)，增益很小，如圖1-1所示。2、小信號(hào)調(diào)諧放大器技主要技術(shù)指標(biāo)1. 增益：表示高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器對(duì)輸入信號(hào)的放大能力 電壓增益的定義： (1_1）其中輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的有效值分別為，。 圖1.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的頻率選擇特性曲線 功率增益的定義： (1_2）其中輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的功率分別為，。在高頻和射頻電路中功率的單位常用dBm表示：dBm和mW之間的換算關(guān)系：，10=10mW (1_3）2. 通頻帶和選擇性：通常將小信號(hào)放大器的電壓增益下降到最大值的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率范圍定義為放大

4、器的通頻帶，用B0.7表示。為衡量放大器的頻率選擇性，通常引入?yún)?shù)矩形系數(shù)K0.1，它定義為： (1_4）式中，B0.1為電壓增益下降到最大值的0.1倍處的輸入信號(hào)帶寬，如圖1.1所示。理想的電路頻率選擇性如圖1.1的虛線所示。矩形系數(shù)越小，放大器的選擇性越好，抑制鄰近無用信號(hào)的能力就越強(qiáng)。3 穩(wěn)定性：高頻小信號(hào)諧振放大器能夠穩(wěn)定工作是首要條件。由于高頻放大器的工作頻率較高，根據(jù)晶體管的Y參數(shù)模型，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，晶體管本身存在內(nèi)反饋參數(shù)，同樣當(dāng)工作頻率較高時(shí)，需要考慮外電路元器件的引線電感和PCB布線時(shí)的板間分布電容，平行信號(hào)線之間的寄生電容等，此時(shí)這些參數(shù)會(huì)構(gòu)成分布參數(shù)電路，此外如果電源

5、的去耦電路設(shè)計(jì)不好，各級(jí)電源之間還會(huì)有相互串?dāng)_，都很有可能構(gòu)成外部的寄生反饋回路，當(dāng)滿足正反饋的相位條件時(shí)，就構(gòu)成了正反饋，很容易引起高頻放大器的自激。即使沒有引起放大器的自激，由于晶體管內(nèi)反饋參數(shù)和外部分布參數(shù)的不穩(wěn)定，當(dāng)環(huán)境溫度變化，電源電壓的波動(dòng)，直流工作點(diǎn)的漂移，外部的電磁干擾，都有可能使放大器出現(xiàn)明顯的增益變化、中心頻率偏移和頻率特性曲線畸變，甚至發(fā)生部分的自激振蕩。因此，必須采取多種措施來保證放大器的穩(wěn)定，1. 合理地設(shè)計(jì)外部電路的元器件布局和信號(hào)線走向、適當(dāng)?shù)慕档兔考?jí)放大器的增益。2. 降低每級(jí)放大器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的耦合系數(shù)，減少下一級(jí)放大器輸入電阻對(duì)本級(jí)的影響。3.在每

6、級(jí)放大器的輸入端串聯(lián)一個(gè)阻值在幾百歐范圍內(nèi)的電阻，對(duì)放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)衰減和限流。4.在某些情況下可以對(duì)末級(jí)放大器進(jìn)行負(fù)載失配，盡可能降低內(nèi)反饋參數(shù)的影響。5.在放大器的輸入端進(jìn)行阻抗匹配，使放大器的輸入電阻和信號(hào)傳輸線的特征阻抗匹配。（信號(hào)傳輸線一般是銅軸線，特征阻抗是50歐）6.各級(jí)放大器的電源相互隔離和去耦，引入電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，對(duì)大功率電路和高速信號(hào)電路采取電磁屏蔽等必要的工藝措施。4噪聲系數(shù)：為了提高接收機(jī)的靈敏度，必須設(shè)法降低放大器的噪聲系數(shù)。前置高頻放大器一般由多級(jí)組成，降低噪聲系數(shù)的關(guān)鍵在于減小前級(jí)電路的內(nèi)部噪聲。因此，在設(shè)計(jì)前級(jí)放大器時(shí)，要求采用低噪聲器件，合理地

7、設(shè)置工作點(diǎn)電流（一般將靜態(tài)工作點(diǎn)電流設(shè)置較小，目的是減少電路的噪聲），適當(dāng)?shù)南拗戚斎胄盘?hào)帶寬，目的是減少等效噪聲帶寬等，使放大器在盡可能高的功率增益下噪聲系數(shù)最小。5輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍： 輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍定義為：（dB）或者 (1_5）和分別表示小信號(hào)放大器正常工作時(shí)所允許的輸入信號(hào)幅度的最大有效值和最小有效值。 ，分別表示小信號(hào)放大器正常工作時(shí)所允許的最大輸入信號(hào)功率的和最小輸入信號(hào)功率。 通常輸入信號(hào)功率的下限主要由電路的噪聲系數(shù)決定。為使輸入信噪比不至于過低，以避免輸入信號(hào)不至于完全淹沒在噪聲基底下，在一定的噪聲系數(shù)下，輸入信號(hào)的功率不能很小。一般來說噪聲系數(shù)越小，所允許的輸入信號(hào)功率

8、下限就越小。當(dāng)輸入信號(hào)功率較大時(shí)，小信號(hào)放大器的增益會(huì)顯著降低，同時(shí)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的非線性失真，包括諧波失真和非線形失真。非線形失真中的三階交調(diào)失真對(duì)輸出信號(hào)的影響較大。一般來說，輸入信號(hào)功率的上限主要由電路的三階交調(diào)失真決定。 6 非線性失真（諧波失真和三階交調(diào)失真）當(dāng)小信號(hào)放大器的輸入信號(hào)功率較小時(shí)，放大器工作在線性狀態(tài)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間滿足線性關(guān)系，如式(1_6）。此時(shí)輸出信號(hào)的頻率和輸入信號(hào)的頻率相同，沒有新的頻率分量產(chǎn)生，放大器沒有產(chǎn)生非線性失真。， (1_6） 和分別表示輸入信號(hào)的幅度和角頻率。當(dāng)小信號(hào)放大器的輸入信號(hào)功率增大后，放大器開始工作在非線性狀態(tài)，此時(shí)輸入和輸出的關(guān)系

9、如用式(1_7）表示。 (1_7）將代入(1_7），整理后得到 (1_8） 此時(shí)輸出信號(hào)包含輸入信號(hào)的二次諧波。小信號(hào)放大器的輸入信號(hào)功率進(jìn)一步增大，放大器的非線性狀態(tài)可用式(1_9）表示。 (1_9）將代入(1_9），整理后得到， (1_10）顯然輸出信號(hào)包含輸入信號(hào)的二次諧波和三次諧波。放大器工作在非線性狀態(tài)時(shí)，輸出信號(hào)將包含輸入信號(hào)的各次諧波，以及輸入信號(hào)各次諧波之間的交叉混頻項(xiàng)。其中對(duì)輸出信號(hào)影響較大的主要是三階交調(diào)。 下面簡(jiǎn)單的推導(dǎo)一下三階交調(diào)產(chǎn)生的原因。 假設(shè)輸入信號(hào)包含兩個(gè)幅度相同，頻率相近的信號(hào)， (1_11） 將(1_11）代入(1_9）中進(jìn)行整理， (1_12）可以看到，輸

10、出信號(hào)包含，兩個(gè)頻率分量。如下圖所示：假設(shè)小信號(hào)放大器輸入兩個(gè)頻率相近的信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)功率較高時(shí)，輸出信號(hào)在頻率的兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)頻率為，的兩個(gè)頻率分量，由于這兩個(gè)頻率分量與相隔很近，很難用濾波器濾除，因此三階交調(diào)分量對(duì)小信號(hào)放大器的輸出信號(hào)頻譜純度影響很大，應(yīng)當(dāng)盡量避免。 圖2 三階交調(diào)失真示意圖 下面以一個(gè)商用的寬帶射頻放大器為例，輸出端接頻譜儀來觀察輸出信號(hào)的非線性失真和三階交調(diào)失真，放大器的小信號(hào)增益大約為20dB。輸入射頻信號(hào)的頻率為3GHz，輸入功率分別為-40dBm，-30dBm，-20dBm，-10dBm，輸出信號(hào)頻譜如圖3，4，5，6所示。可以看到輸入信號(hào)功率較小時(shí)（-40dBm

11、），放大器工作在線性狀態(tài)，輸出信號(hào)幾乎沒有諧波分量。隨著輸入信號(hào)功率的增加，輸出信號(hào)的諧波分量逐漸增多，諧波分量的功率也逐漸增加，總諧波失真增減增大，經(jīng)測(cè)量總諧波失真分別是0.5%（輸入功率-30dBm），0.98%（輸入功率-20dBm），4.76%（輸入功率-10dBm）。 圖3 輸入功率為-40dBm時(shí)輸出頻譜 圖4 輸入功率為-30dBm時(shí)輸出頻譜 圖5 輸入功率為-20dBm時(shí)輸出頻譜 圖6 輸入功率為-10dBm時(shí)輸出頻譜 輸入兩個(gè)頻率相近的信號(hào)，頻率分別是3GHz，3.001GHz，輸入信號(hào)功率分別是-45dBm，-18dBm，-12dBm，-6dBm，用頻譜儀測(cè)量放大器輸出信號(hào)

12、的頻譜。 圖7 輸入功率-45dBm，輸出信號(hào)頻譜 圖8 輸入功率-18dBm，輸出信號(hào)頻譜 圖9 輸入功率-12dBm，輸出信號(hào)頻譜 圖10 輸入功率為-6dBm，輸出信號(hào)頻譜 可以看到，當(dāng)輸入雙頻信號(hào)的功率較小時(shí)，射頻放大器工作在線性狀態(tài)，輸出信號(hào)頻率分量和輸入信號(hào)頻率分量一致。隨著輸入雙頻信號(hào)的功率增加，射頻放大器出現(xiàn)非線性工作狀態(tài)，輸出信號(hào)中出現(xiàn)了三階交調(diào)分量。輸入雙頻信號(hào)的功率進(jìn)一步增加，輸出信號(hào)中三階交調(diào)分量的功率也進(jìn)一步增加。當(dāng)輸入雙頻信號(hào)的功率較大時(shí)，射頻放大器出現(xiàn)比較嚴(yán)重的非線性狀態(tài)，輸出信號(hào)中三階交調(diào)分量的功率很大，并且在三階交調(diào)分量的兩側(cè)還出現(xiàn)了五階交調(diào)分量。3.實(shí)驗(yàn)電路

13、原理分析 小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖1-11。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先使用萬用表的電阻檔，測(cè)量一下電阻R1,R2,R3,R4的阻值。注意測(cè)量電阻時(shí)，必須將電路的電源斷開后才能測(cè)量。 圖1-11 小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路電路原理分析：In1是高頻信號(hào)輸入端，當(dāng)信號(hào)從In1輸入時(shí)，需要將跳線TP1的上部連接起來。In2是從天線接收空間中的高頻信號(hào)輸入，電感L1和電容C1,C2組成選頻網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)，需要將跳線TP1的下部連接起來。電容C3是隔直電容，滑動(dòng)變阻器RW2和電阻R2，R3是晶體管基極的直流偏置電阻，決定晶體管基極的直流電壓，電阻R1是射極直流負(fù)反饋電阻，決定了晶體管射極的直流電流Ie。晶體管需要設(shè)置

14、一個(gè)合適的直流工作點(diǎn)范圍，才能保證晶體管工作在放大狀態(tài)，同時(shí)盡量選擇直流工作點(diǎn)位于輸入特性曲線中線性度較好的那一段，使小信號(hào)諧振放大器盡可能工作在線性狀態(tài)，減少非線性失真，同時(shí)保證電路有較高的電壓增益和穩(wěn)定性。一般來說，工作點(diǎn)電壓要滿足以下的條件：1.發(fā)射極正偏:，一般有2.集電極反偏：3.（若是晶體管的飽和壓降，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，一般大于1V，為防止晶體管飽和導(dǎo)通，要求）通常情況下，適當(dāng)?shù)脑黾泳w管射極的直流電流Ie可以提高晶體管的電流放大倍數(shù)，增加小信號(hào)諧振放大器的增益。但I(xiàn)e過大，對(duì)于某些具有正向AGC特性的晶體管，也會(huì)導(dǎo)致晶體管的電流放大倍數(shù)下降，另外此時(shí)輸出波形諧波失真較大，電路的非

15、線性效應(yīng)也較明顯。一般情況下，選擇Ie在1-5mA之間。電容C3是射極旁路電路，集電極回路由電容和電感組成，是一個(gè)并聯(lián)的LC諧振回路，起到選頻的作用，其中有一個(gè)可變電容可以改變回路總的電容值。電感有初級(jí)回路和次級(jí)回路組成，中間有鐵芯耦合，實(shí)驗(yàn)箱電路中晶體管集電極回路電感的初級(jí)回路和次級(jí)回路封裝在中周中，調(diào)節(jié)中周里的鐵芯位置可以改變電感值和耦合強(qiáng)度，從而改變LC諧振回路的諧振頻率?；瑒?dòng)變阻器RW1是阻尼電阻，可以改變回路的品質(zhì)因素和電壓增益。電阻R4是負(fù)載電阻，由跳線J3決定是否連接負(fù)載電阻。電容C4是輸出信號(hào)的隔直電容，電容C5,C6是直流電源的去耦電容。按下電源開關(guān)，LED亮說明電路正常上電

16、。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1靜態(tài)工作點(diǎn)與諧振回路的調(diào)整。2放大器的幅頻特性及通頻帶的測(cè)試。3測(cè)試品質(zhì)因數(shù)對(duì)放大器的幅頻特性及通頻帶的影響。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.仿真 利用實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上提供的Multisim9軟件，參照實(shí)驗(yàn)電路圖，進(jìn)行仿真（仿真一級(jí)放大器即可），晶體管可選擇2N2222A。為模擬9013的模型，晶體管的模型參數(shù)可修改為：MODEL Q9013 NPN (IS=81.2F NF=1 BF=200 VAF=98.6 IKF=0.48 ISE=53.7P NE=2 BR=4 NR=1 VAR=20 IKR=0.72 RE=64.4M RB=0.258 RC=25.8M XTB=1.5+ CJE=22

17、PF VJE=1.1 MJE=0.5 CJC=7PF VJC=0.3 MJC=0.3 TF=411P TR=368N) 實(shí)際仿真時(shí)，影響晶體管在高頻時(shí)放大性能的主要參數(shù)為BF（表示晶體管的直流電流放大倍數(shù)），CJE（表示晶體管的板間分布電容） 、CJC（表示晶體管的板間分布電容，該參數(shù)越小越好），TF（載流子從基極跑到集電極，形成集電極電流需要的渡越時(shí)間，TF數(shù)值與晶體管的截止頻率成反比，越高，晶體管的最高工作頻率越高）。仿真時(shí)：1. 改變直流電流Ie，研究Ie逐漸增大時(shí)小信號(hào)放大器電壓增益的變化。2. 改變諧振回路的中心頻率，觀察小信號(hào)放大器電壓增益的變化情況。3. 改變集電極回路中阻尼電阻

18、的阻值，觀察小信號(hào)放大器電壓增益的變化情況，通頻帶的變化情況。4. 在晶體管的射極增加一個(gè)交流負(fù)反饋電阻，然后改變負(fù)反饋電阻阻值，觀察小信號(hào)放大器電壓增益的變化情況，通頻帶的變化情況。（選做）2靜態(tài)工作點(diǎn)與諧振回路的調(diào)整（1）在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。建議直接使用實(shí)驗(yàn)桌上的高頻信號(hào)源，產(chǎn)生10.7MHz的輸入信號(hào)直接從TP1處輸入，信號(hào)幅度的有效值在50mV左右。（2）斷開J2，J3，連接J1，在OUT端用示波器觀測(cè)放大后的輸入信號(hào)，調(diào)整電位器RW2，微調(diào)可變電容CV2，調(diào)節(jié)中周中鐵芯的位置（注意調(diào)節(jié)中周時(shí)不要太用力，否則容易損壞中周里

19、的鐵芯，造成中周損壞），使輸出信號(hào)幅度最大且失真最小，說明此時(shí)諧振回路處于電路調(diào)諧狀態(tài)。要注意為減小示波器探頭輸入電容的影響，示波器的輸入探頭要處于乘10檔。由于此時(shí)示波器探頭的輸入電容大約為十幾pF與小信號(hào)諧振放大器的諧振回路電容構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，使諧振回路的總電容增加，因此小信號(hào)諧振放大器的實(shí)際諧振頻率要略高于用示波器測(cè)量到的諧振頻率。 因此最精確的測(cè)量中心頻率應(yīng)該使用帶掃頻功能的頻譜儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀，并且信號(hào)諧振放大器的輸出端要通過無電容的同軸電纜線和頻譜儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端相連。3放大器的放大倍數(shù)及通頻帶的測(cè)試 (1)空載放大倍數(shù)測(cè)試 斷開J2，J3，連接J1，用示波器雙通道同時(shí)觀察輸

20、入和輸出信號(hào)。用高頻毫伏表分別測(cè)出TP1端電壓和OUT端電壓，放大倍數(shù)為： (2)有載放大倍數(shù)測(cè)試 斷開J2，連接J1，J3，用高頻毫伏表分別測(cè)出TP1端電壓和OUT端電壓，放大倍數(shù)為：比較空載和有載放大倍數(shù)的變化，并思考原因。 (3)通頻帶測(cè)量 斷開J2,J3，連接J1，保持輸入信號(hào)幅值不變，改變輸入信號(hào)的頻率，輸入信號(hào)的頻率逐漸上升，輸出信號(hào)的幅度將下降，當(dāng)輸出幅度下降到f0時(shí)輸出幅值的0.707倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率計(jì)為f1。同樣，減小輸入信號(hào)的頻率得到f2，填到下面的表格中；f0 MHzf1 MHzf2 MHZ 保持輸入信號(hào)幅值Ui不變，改變輸入信號(hào)的頻率，輸入信號(hào)的頻率逐漸上升，

21、輸出信號(hào)的幅度將下降，當(dāng)輸出幅度下降到f0時(shí)的輸出幅值的0.1時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率計(jì)為f3。同樣，減小輸入信號(hào)的頻率得到f4，填到下面的表格中；f0 MHzf3 MHzf4 MHZ矩形系數(shù)： 4測(cè)試品質(zhì)因數(shù)對(duì)放大器的幅頻特性及通頻帶的影響斷開J3，連接J1，J2，調(diào)整RW1取兩個(gè)不同的數(shù)值，比如RW1=50K，RW1=1K時(shí)，分別測(cè)量此時(shí)的放大倍數(shù)和通頻帶。根據(jù)測(cè)量的放大倍數(shù)和通頻帶數(shù)值，分析當(dāng)阻尼電阻RW1增加時(shí)，諧振放大器的電壓增益，回路品質(zhì)因數(shù)和通頻帶是如何變化的。矩形系數(shù)大約為8.85，與理論值9.95基本符合。圖1-12 掃頻儀上測(cè)量的諧振放大器幅頻響應(yīng) 圖1-13 網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)

22、量的諧振放大器幅頻響應(yīng)當(dāng)小信號(hào)放大器的射極直流電流分別取3.32mA ，4.21mA ，6mA ，8.21mA時(shí)，對(duì)應(yīng)的小信號(hào)諧振放大器的頻率響應(yīng)曲線如下圖1-14所示。當(dāng)射極直流電流增加時(shí)，小信號(hào)放大器中心頻率處的增益分別是27.9dB，29.9dB，32.1dB，35.1dB，中心頻率在10.70MHz幾乎保持不變，3dB帶寬分別為1.03MHZ，0.96MHz，0.9MHZ，0.81MHZ。增加射極的靜態(tài)電流可以增加小信號(hào)諧振放大器的電壓增益，但同時(shí)由于基極靜態(tài)工作點(diǎn)的升高，容易使小信號(hào)諧振放大器出現(xiàn)較大的非線性失真，輸出波形的諧波失真會(huì)有所增加。 圖1-14 當(dāng)射極的直流電流逐漸增加時(shí)

23、，測(cè)量的諧振放大器頻率響應(yīng)方法二：如果沒有帶有掃頻信號(hào)源功能的頻譜儀，可使用能夠輸出掃頻信號(hào)的信號(hào)源和普通的頻譜儀測(cè)量諧振放大器的頻率響應(yīng)曲線，信號(hào)源輸出掃頻信號(hào)作為諧振放大器的輸入信號(hào)，輸入信號(hào)的有效值為5mV，小信號(hào)諧振放大器的射極直流電流為6mA，頻率從5MHz增加到15MHz，頻率掃頻的類型為頻率線性增加，頻率掃描一個(gè)周期（從5MHz增加到15MHz）所用時(shí)間設(shè)置為1ms，用頻譜儀分別測(cè)量諧振放大器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻譜功率，兩者對(duì)應(yīng)頻率的頻譜功率相除即為小信號(hào)諧振放大器的頻率響應(yīng)曲線。如圖1-15，圖1-16所示。從圖中可測(cè)出中心頻率為10.60MHz，中心頻率處的增益分別是29

24、.5dB，3dB帶寬分別為0.9MHZ。與用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量結(jié)果相比較，中心頻率偏小0.1MHz，中心頻率處的增益降低了2.6dB。主要原因是信號(hào)源輸出的掃頻信號(hào)功率頻率響應(yīng)不均勻，另外頻譜儀的功率測(cè)量精度有一定的誤差所致。3dB帶寬和頻率響應(yīng)的形狀與網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量結(jié)果基本一致。如果使用的信號(hào)源輸出的掃頻信號(hào)功率頻率響應(yīng)均勻，并且進(jìn)一步減小頻譜儀的中頻濾波器帶寬，可以使該方法測(cè)量的諧振放大器中心頻率和增益與網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量結(jié)果基本一致。圖1-15 頻譜儀測(cè)量的諧振放大器輸入輸出功率 圖1-16 頻譜儀測(cè)量的諧振放大器頻率響應(yīng)6測(cè)量諧振放大器的功率增益的1dB壓縮點(diǎn)功率增益1dB壓縮點(diǎn)的定義：當(dāng)諧振

25、放大器輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，諧振放大器的功率增益是常數(shù)，輸出信號(hào)幅度隨著輸入信號(hào)幅度的增加而線性增加，如圖1-15所示。當(dāng)輸入信號(hào)的幅度增加到一定大小時(shí)，諧振放大器的工作狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)非線性，此時(shí)功率增益將下降，當(dāng)功率增益下降了1dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率稱為放大器的1dB壓縮點(diǎn)。如圖1-18所示。 圖1-17 諧振放大器的輸出和輸入功率曲線 圖1-18諧振放大器功率增益的1dB 壓縮點(diǎn) 1dB壓縮點(diǎn)的測(cè)量通常使用網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)諧振放大器的輸入信號(hào)功率進(jìn)行掃描，同時(shí)測(cè)量功率增益，完成對(duì)諧振放大器1dB壓縮點(diǎn)的測(cè)量，當(dāng)本實(shí)驗(yàn)所用的小信號(hào)放大器的射極直流電流分別取6mA，8.21mA時(shí)，

26、用VNA測(cè)量小信號(hào)諧振放大器的1dB壓縮點(diǎn)，功率掃描范圍-35dBm到-20dBm，輸入信號(hào)頻率為諧振放大器的中心頻率10.7MHz，對(duì)輸入信號(hào)的功率進(jìn)行掃描得到功率增益曲線如圖1-19所示。射極直流電流為6mA時(shí)，小信號(hào)功率增益為35.5dB，1dB壓縮點(diǎn)為-28dBm。射極直流電流為8.21mA時(shí)，小信號(hào)功率增益為32.5dB，1dB壓縮點(diǎn)為-27.3dBm。一般放大器的小信號(hào)功率增益越大，對(duì)應(yīng)的1dB壓縮點(diǎn)也越小。1dB壓縮點(diǎn)與小信號(hào)諧振放大器所用的晶體管或者場(chǎng)效應(yīng)管的輸入、輸出特性曲線線性度有關(guān)，和靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置也有關(guān)，一般來說小信號(hào)諧振放大器的1dB壓縮點(diǎn)越大，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍也

27、越大。 圖1-19 本實(shí)驗(yàn)所用的諧振放大器1dB 壓縮點(diǎn)的測(cè)量7驗(yàn)證諧振放大器的穩(wěn)定性 一般情況下，單級(jí)諧振放大器出現(xiàn)自激的可能性不大，但是多級(jí)諧振放大器級(jí)聯(lián)后，總電壓增益大大提高，如果各級(jí)放大器的電源去耦效果不好，可能使前后級(jí)的信號(hào)經(jīng)過電源相互串?dāng)_，各級(jí)放大器級(jí)間匹配不佳，本應(yīng)流向下一級(jí)的信號(hào)可能會(huì)發(fā)生反射等原因會(huì)使放大器產(chǎn)生自激現(xiàn)象。因此首先要正確判斷放大器是否處于自激狀態(tài)。 初步判斷：將輸入信號(hào)接地，用示波器觀察是否有輸出信號(hào)，如果示波器上只有噪聲，而沒有明顯的輸出信號(hào)，則可以初步判斷放大器基本沒有出現(xiàn)自激現(xiàn)象。同時(shí)將輸出信號(hào)接頻譜儀，觀察從低頻到2倍中心頻率處，在頻譜儀上是否只有噪聲基

28、底，如果頻譜儀上沒有明顯的信號(hào)頻率成分，則可以初步判斷放大器基本沒有出現(xiàn)自激現(xiàn)象。進(jìn)一步驗(yàn)證穩(wěn)定性：用掃頻儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量諧振放大器的頻率響應(yīng)。掃頻范圍從低頻到2倍的中心頻率，如果幅頻響應(yīng)曲線比較光滑，除了中心頻率之外沒有其它的增益峰，則可以基本判斷諧振放大器沒有出現(xiàn)自激。圖1-20是一個(gè)兩級(jí)小信號(hào)諧振放大器的頻率響應(yīng)，輸入信號(hào)的功率為-40dBm，中心頻率為11.234MHz，電壓增益為40dB。3dB帶寬為145K。20dB帶寬為1.02MHz，矩形系數(shù)為7。提高該放大器的電壓增益，并且去掉前后兩級(jí)之間的限流電阻，再次測(cè)量放大器的頻率響應(yīng)，輸入信號(hào)的功率為-50dBm，如圖1-21所示

29、?？梢钥吹皆摲糯笃髦行念l率處的增益增大到53dB，同時(shí)在頻率響應(yīng)曲線上的中心頻率左側(cè)出現(xiàn)了一個(gè)明顯的增益峰，而且頻率響應(yīng)在中心頻率附近發(fā)生明顯的畸變，可以判斷該放大器出現(xiàn)了自激現(xiàn)象，自激頻率大約在7.39MHz。圖1-20 兩級(jí)諧振放大器的頻率響應(yīng)（無自激）圖1-21 兩級(jí)諧振放大器的頻率響應(yīng)（自激）六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 整理按實(shí)驗(yàn)步驟所得的數(shù)據(jù)，記錄諧振放大器的增益，通頻帶。2由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析品質(zhì)因數(shù)對(duì)諧振時(shí)放大倍數(shù)和通頻帶的影響。3. 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析阻尼電阻對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響。4利用掃頻儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量放大器的幅頻特性曲線和1dB壓縮點(diǎn)，矩形系數(shù)。5. 總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲得的體會(huì)。6. 制作一

30、個(gè)小信號(hào)諧振放大器，要求中心頻率大于10MHz，增益大于40dB，矩形系數(shù)小于5，放大器盡量穩(wěn)定不自激。（選做） 實(shí)驗(yàn)二 晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解變頻電路的相關(guān)理論。2.掌握三極管混頻電路的工作原理和調(diào)試方法。3.測(cè)量三極管混頻電路的變頻增益。4.了解晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，本振信號(hào)幅度對(duì)混頻器性能指標(biāo)的影響。二. 實(shí)驗(yàn)使用儀器1三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)板2200MH泰克雙蹤示波器3 .FLUKE萬用表4. 模擬掃頻儀（安泰信） 5. 高頻信號(hào)源 6 . 高頻毫伏表 三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路1. LC振蕩電路的基本原理在通信技術(shù)中，經(jīng)常需要將信號(hào)自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的

31、是把一個(gè)已調(diào)的高頻信號(hào)變成另一個(gè)較低頻率的同類已調(diào)信號(hào)。例如：在超外差中波接收機(jī)中，將天線接收到的高頻信號(hào)(載頻位于535 kHz1605kHz中波波段各電臺(tái)的普通調(diào)幅信號(hào)) 通過變頻，變換成455KHz的中頻信號(hào)；在調(diào)頻廣播接收機(jī)中, 把載頻位于88 MHz108MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)。完成這種頻率變換的電路稱變頻器，采用變頻器后，接收機(jī)的性能將得到提高。 圖 2-1混頻器的電路模型混頻器的電路模型如圖 2-1所示。混頻器常用的非線性器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和乘法器。其中二極管混頻器又可以分為二極管平衡混頻器和二極管環(huán)形混頻器等，目前二極管混頻器的集成

32、電路已經(jīng)在市面上廣泛使用。二極管混頻電路的主要特點(diǎn)是：1.混頻電路本身沒有增益。2.混頻后出現(xiàn)的非線性分量較少。3.混頻電路的輸入信號(hào)線性范圍較大。三極管混頻電路和場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路相比：1.具有較大的電壓增益。 2.電路噪聲和非線性分量較多. 3. 場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路的工作頻率更高。 模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入信號(hào)的相乘，模擬乘法器后面加上帶通濾波器對(duì)輸出的差頻信號(hào)進(jìn)行濾波就可以形成混頻電路。本振信號(hào)是一個(gè)等幅的高頻振蕩信號(hào)UL ，與輸入信號(hào)US經(jīng)混頻器后產(chǎn)生的差頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾出。目前，高質(zhì)量的通信接收機(jī)廣泛采用二極管環(huán)形混頻器和由差分對(duì)管平衡調(diào)制器構(gòu)成的混頻器，而在一般接收機(jī)（例如廣播收

33、音機(jī)）中，為了簡(jiǎn)化電路，還是采用簡(jiǎn)單的三極管混頻器，本實(shí)驗(yàn)采用晶體三極管作混頻電路實(shí)驗(yàn)?；祛l器主要技術(shù)指標(biāo)有：1. 混頻增益KPc 混頻增益KPc是指混頻器輸出的中頻信號(hào)功率Pi與輸入信號(hào)功率Ps之比。2.混頻器的1dB壓縮點(diǎn) 混頻器的1dB壓縮點(diǎn)定義：當(dāng)混頻器的輸入信號(hào)功率逐漸增加，混頻器的功率增益會(huì)下降，當(dāng)混頻器的功率增益下降1dB時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率，稱為混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。 圖 2-2混頻器功率增益的1dB壓縮點(diǎn)示意圖 3.噪聲系數(shù)NF混頻器由于處于接收機(jī)電路的前端，對(duì)整機(jī)噪聲性能的影響很大，所以減小混頻器的噪聲系數(shù)是至關(guān)重要的。4.混頻失真與干擾 混頻器的失真有頻率失真和非線性失真

34、。此外，由于器件的非線性還存在著組合頻率干擾。這些組合頻率干擾往往是伴隨有用信號(hào)而存在的，嚴(yán)重地影響混頻器的正常工作。因此，如何減小失真與干擾是混頻器研究中的一個(gè)重要問題。5.頻率選擇性所謂頻率選擇性是指混頻器選取出有用的中頻信號(hào)而濾除其他干擾信號(hào)的能力。頻率選擇性越好輸出信號(hào)的頻譜純度越高。選擇性主要取決于混頻器輸出端的中頻帶通濾波器的性能。6.混頻器的工作電平 混頻器的輸入信號(hào)功率過大或者過低，都會(huì)導(dǎo)致混頻器的工作性能下降。若混頻器的輸入信號(hào)功率過小，混頻器的輸入端信噪比過低，會(huì)導(dǎo)致混頻器的輸出差頻信號(hào)淹沒在電路本底噪聲中；若混頻器的輸入信號(hào)功率過大，會(huì)導(dǎo)致混頻器的功率增益大大下降，同時(shí)混

35、頻器本身會(huì)產(chǎn)生大量非線性失真。因此為保證混頻器的性能最佳，混頻器的輸入信號(hào)功率有一定的范圍。2. 實(shí)驗(yàn)電路和原理 晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn) 電路如圖2-3所示。 本振電壓UL頻率為(10.7MHz)從晶體管的發(fā)射極輸入，信號(hào)電壓Us(頻率為10.245MHz)從晶體三極管的基極輸入，混頻后的中頻(Fi=FL-Fs)信號(hào)由晶體三極管的集電極輸出。輸出端的帶通濾波器必須調(diào)諧在中頻Fi上，本實(shí)驗(yàn)的中頻Fi=FL-Fs=10.7MHZz-10.245MHz=455KHz。 圖2-3 晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)電路圖電路基本原理：電容C1是隔直電容，滑動(dòng)變阻器RW1和電阻R1,R2是晶體管基極的直流偏置電阻，

36、用來決定晶體管基極的直流電壓，電阻R3是射極直流負(fù)反饋電阻，決定了晶體管射極的直流電流Ie。晶體管需要設(shè)置一個(gè)合適的直流工作點(diǎn)，才能保證混頻器電路正常工作，并有一定的功率增益。通常，適當(dāng)?shù)脑黾泳w管射極的直流電流Ie可以提高晶體管的交流電流放大倍數(shù)，從而增大混頻器電路的變頻增益。但I(xiàn)e過大，混頻電路的噪聲系數(shù)會(huì)急劇增加。對(duì)于混頻器電路，一般控制Ie在0.2-1mA之間。電阻R4是混頻器的負(fù)載電阻。電容C3，C4是混頻器直流電源的去耦電容。同時(shí)混頻電路的電壓增益還和本振信號(hào)的幅度有關(guān)。輸入信號(hào)幅度不變時(shí)，逐漸增加本振信號(hào)的幅度，剛開始由于本振信號(hào)的幅度較小，晶體管的變頻跨導(dǎo)較小，此時(shí)隨著本振信號(hào)

37、幅度的增加，晶體管的變頻跨導(dǎo)也逐漸增加，混頻器的變頻增益逐漸增加。當(dāng)本振信號(hào)幅度達(dá)到一定大小時(shí)，再增加本振信號(hào)的幅度，晶體管工作點(diǎn)的變化更加劇烈，晶體管的變頻跨導(dǎo)就會(huì)逐漸下降，混頻器的變頻增益也逐漸下降，并且混頻器的噪聲系數(shù)會(huì)大大增加。 當(dāng)本振信號(hào)的幅度一定時(shí)，隨著輸入信號(hào)幅度的增加，混頻器的變頻增益也會(huì)逐漸下降。 要注意的是：混頻器只是實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移而不會(huì)改變?cè)瓉磔斎胄盘?hào)的波形和頻譜，原來輸入的是調(diào)頻波則混頻輸出的還是調(diào)頻波；原來輸入的是調(diào)幅波則混頻輸出的還是調(diào)幅波，只是載波的中心頻率發(fā)生了變化。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用示波器觀察混頻器的輸入輸出信號(hào)的波形；2.用示波器測(cè)量混頻器輸入輸出信號(hào)的頻率

38、；3.測(cè)量混頻器的變頻增益和1dB壓縮點(diǎn)。4.用示波器觀察輸入波形為調(diào)幅波和調(diào)頻波時(shí)，混頻器的輸出波形。5.用頻譜儀觀察混頻器的頻率變換特性。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.仿真參照實(shí)驗(yàn)電路原理圖，晶體管選擇9013（模型參數(shù)同實(shí)驗(yàn)一），輸入信號(hào)的頻率在10MHz以上，本振信號(hào)的頻率也在10MHz以上，兩者的頻率差在455KHz，仿真觀察輸出信號(hào)的波形。在仿真過程中增加射極電流Ie的值，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（噪聲，失真度）在仿真過程中增加本振信號(hào)的幅度，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（噪聲，失真度）在仿真過程中增加輸入信號(hào)的幅度，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變

39、化。（噪聲，失真度）輸入信號(hào)換成調(diào)幅波和調(diào)頻波，觀察混頻器的輸出信號(hào)波形和輸入已調(diào)信號(hào)波形的異同。2.中頻頻率觀測(cè)在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K，接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。 將10.7MHz正弦信號(hào)（要求輸入信號(hào)頻率高度穩(wěn)定， 可由高頻信號(hào)源產(chǎn)生），作為本振信號(hào)接入晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)?zāi)KIN2端，用高頻信號(hào)源產(chǎn)生另一路頻率為10.245MHz的輸入信號(hào)接入電路的IN1端。調(diào)整兩個(gè)信號(hào)的大小（本振信號(hào)幅度在500mV左右，輸入信號(hào)的幅度在50-100mV）和RW1（使晶體管的射極電流在1mA左右），用示波器觀測(cè) TP3點(diǎn)波形并測(cè)量OUT端輸出信號(hào)的頻率，此時(shí)應(yīng)有455

40、KHz的中頻信號(hào)輸出。微調(diào)電容CV，使輸出信號(hào)幅度最大、失真最小。（當(dāng)改變高頻信號(hào)源的頻率時(shí)，輸出中頻 TP3的波形作何變化，為什么？）3.混頻的綜合觀測(cè)用高頻信號(hào)源產(chǎn)生中心頻率為10.245MHz的調(diào)幅信號(hào)，接入晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)?zāi)KIN1端，由高頻信號(hào)源產(chǎn)生的10.7MHz本振信號(hào)接入IN2端。調(diào)整兩個(gè)信號(hào)的大小和RW1，用示波器觀測(cè) TP3點(diǎn)波形，特別注意觀察TP1和TP3兩點(diǎn)波形的包絡(luò)是否一致。4.觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響。 逐步增加射極電流Ie的值，用高頻毫伏表測(cè)量輸入高頻信號(hào)的功率和輸出中頻信號(hào)的功率，記算混頻器變頻增益的變化，同時(shí)觀察輸出波形的變化。（重點(diǎn)觀

41、察輸出波形的噪聲和失真度）Ie(mA)0.20.40.60.8變頻增益dB5.觀察本振信號(hào)幅度對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響。 逐步增加本振信號(hào)的幅度，記錄混頻器變頻增益的變化，觀察輸出波形的變化。（重點(diǎn)觀察輸出波形的噪聲和失真度）本振幅度(mV)200400600800100015002000變頻增益dB6.觀察輸入信號(hào)幅度對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響。逐步增加輸入信號(hào)的幅度，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（重點(diǎn)觀察輸出波形的噪聲和失真度）輸入幅度(mV)20406080100150200變頻增益dB7.在IN1端輸入11.155MHz的信號(hào)可以觀察鏡像干擾。8.測(cè)量混頻器的1d

42、B壓縮點(diǎn)。（本振信號(hào)的幅度可取500mV-1000mV）六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，繪制混頻后輸出信號(hào)的波形圖，并作分析。 2認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)步驟 4，5，6，7，8并記錄相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫圖并總結(jié)出相應(yīng)的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)三 高頻丙類諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 進(jìn)一步掌握高頻丙類諧振功率放大器的工作原理。2. 掌握丙類諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負(fù)載特性。3. 掌握激勵(lì)電壓、集電極電源電壓及負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。4. 掌握測(cè)量丙類功放輸出功率，效率的方法。二、實(shí)驗(yàn)使用儀器1. 丙類諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)板2. 200MH泰克雙蹤示波器3. FLUKE萬用表 4. 高頻信號(hào)源 5. 掃頻

43、頻譜儀（安泰信） 6 . 高頻毫伏表 三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路1.高頻諧振功率放大器原理電路高頻諧振功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它可以將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。高頻諧振功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，其作用是放大信號(hào)，使之達(dá)到足夠的功率輸出，以滿足天線發(fā)射和其它負(fù)載的要求。高頻諧振功率放大器研究的主要問題是如何獲得高效率、大功率的輸出。放大器電流導(dǎo)通角愈小，放大器的效率愈高。如甲類功放的180，效率最高為50，而丙類功放的90，效率可達(dá)到80。諧振功率放大器采用丙類功率放大器，采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的丙類功率放大器稱為高頻諧振功率放大器。高頻諧振功率放大器原理電路如圖

44、3-1。圖中Ub為輸入交流信號(hào)，EB是基極偏置電壓，調(diào)整EB，改變放大器的導(dǎo)通角，以改變放大器工作的類型。EC是集電極電源電壓。集電極外接LC并聯(lián)振蕩回路的功用是作放大器負(fù)載。放大器工作時(shí)，晶體管的電流、電壓波形及其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3-1所示。晶體管轉(zhuǎn)移特性如圖3.2中虛線所示。由于輸入信號(hào)較大，可用折線近似轉(zhuǎn)移特性，如圖中實(shí)線所示。 圖中為管子導(dǎo)通電壓，gm為特征斜率（跨導(dǎo)）。圖3-1 高頻諧振功率放大器的工作原理設(shè)輸入電壓為一余弦電壓，即 ub=Ubmcost則管子基極、發(fā)射極間電壓uBE為uBE=EB+ub=EB+Ubmcost在丙類工作時(shí)，EB，在這種偏置條件下，集電極電流iC為余弦脈沖，

45、其最大值為iCmax，電流流通的相角為2，通常稱為集電極電流的通角，丙類工作時(shí)，/2 。把集電極電流脈沖用傅氏級(jí)數(shù)展開，可分解為直流、基波和各次諧波iC=IC0+ic1+ic2+=IC0+Ic1mcost+Ic2mcos2t+式中，IC0為直流電流，Ic1m、Ic2m分別為基波、二次諧波電流幅度。 圖3-2高頻諧振功率放大器電壓和電流關(guān)系諧振功率放大器的集電極負(fù)載是一高Q的LC并聯(lián)振蕩回路，如果選取諧振回路的諧振角頻率0等于輸入信號(hào)ub的角頻率，那么，盡管在集電極電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量，但由于并聯(lián)諧振回路的選頻濾波作用，振蕩回路兩端的電壓可近似認(rèn)為只有基波電壓，即uc=Ucmcost

46、=Ic1mRecost式中，Ucm為uc的振幅；Re為LC諧振回路的諧振電阻。在集電極電路中，LC振蕩回路得到的高頻功率為集電極電源EC供給的直流輸入功率為集電極效率C為輸出高頻功率Po與直流輸入功率PE之比，即 靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入激勵(lì)信號(hào)幅度、負(fù)載電阻，集電極電源電壓發(fā)生變化，諧振功率放大器的工作狀態(tài)將發(fā)生變化。如圖3-3所示，當(dāng)C點(diǎn)落在輸出特性(對(duì)應(yīng)uBEmax的那條)的放大區(qū)時(shí)，為欠壓狀態(tài)；當(dāng)C點(diǎn)正好落在臨界點(diǎn)上時(shí)，為臨界狀態(tài)；當(dāng)C點(diǎn)落在飽和區(qū)時(shí)，為過壓狀態(tài)。諧振功率放大器的工作狀態(tài)必須由集電極電源電壓EC、基極的直流偏置電壓EB、輸入激勵(lì)信號(hào)的幅度Ubm、負(fù)載電阻Re四個(gè)參量決定，缺一不

47、可，其中任何一個(gè)量的變化都會(huì)改變C點(diǎn)所處的位置，工作狀態(tài)就會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。 圖3-3 高頻丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)負(fù)載特性是指當(dāng)保持集電極電源電壓EC、基極的直流偏置電壓EB、輸入激勵(lì)信號(hào)的幅度Ubm不變而改變負(fù)載電阻Re時(shí)，諧振功率放大器的電流IC0、Ic1m，集電極輸出電壓Ucm，輸出功率Po，集電極損耗功率PC，電源消耗的總功率PE及集電極效率C隨之變化的曲線。從上面動(dòng)態(tài)特性曲線隨Re變化的分析可以看出，Re由小到大，工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進(jìn)入過壓。相應(yīng)的集電極電流由余弦脈沖變成凹陷脈沖，如圖3-4(a)所示。圖3-4高頻丙類諧振功率放大器的負(fù)載特性 集電極調(diào)制特性是指當(dāng)保持EB

48、、Ubm、Re不變而改變集電極電源電壓EC時(shí)，功率放大器電流IC0、Ic1m，集電極輸出電壓Ucm以及電源消耗的總功率、效率隨之變化的曲線。當(dāng)EC由小增大時(shí)，uCEmin=EC-Ucm也將由小增大，因而由uCEmin、uBEmax決定的瞬時(shí)工作點(diǎn)將沿uBEmax這條輸出特性由特性的飽和區(qū)向放大區(qū)移動(dòng)，工作狀態(tài)由過壓變到臨界再進(jìn)入欠壓，iC波形由iCmax較小的凹陷脈沖變?yōu)閕Cmax較大的尖頂脈沖，如圖3-5所示。由集電極調(diào)制特性可知，在過壓區(qū)域，輸出電壓幅度Ucm與EC成正比。利用這一特點(diǎn)，可以通過控制EC的變化，實(shí)現(xiàn)集電極輸出電壓、集電極輸出電流、集電極輸出功率的相應(yīng)變化，這種功能稱為集電極

49、調(diào)幅，所以稱這組特性曲線為集電極調(diào)制特性曲線。 圖3-5高頻諧振功率放大器的集電極調(diào)制特性 基極調(diào)制特性是指當(dāng)EC、Ubm、Re保持不變而改變基極的直流偏置電壓EB時(shí)，功放電流IC0、Ic1m，集電極輸出電壓Ucm以及電源消耗的總功率、效率的變化曲線。當(dāng)EB增大時(shí)，會(huì)引起、iCmax增大，從而引起IC0、Ic1m、Ucm增大。由于EC不變，uCEmin=EC-Ucm則會(huì)減小，這樣勢(shì)必導(dǎo)致工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進(jìn)入過壓。進(jìn)入過壓狀態(tài)后，集電極電流脈沖高度雖仍有增加，但凹陷也不斷加深，iC波形如圖3-6所示。利用這一特點(diǎn)，可通過控制EB實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓、功率的控制，稱這種工作方式為基極調(diào)制，所以

50、稱這組特性曲線為基極調(diào)制特性曲線。圖3-6高頻諧振功率放大器的基極調(diào)制特性 圖3-7高頻諧振功率放大器的放大特性 放大特性是指當(dāng)保持EC、EB、Re不變，而改變輸入激勵(lì)信號(hào)的幅度Ubm時(shí)，功率放大器電流IC0、Ic1m，集電極輸出電壓Ucm以及電源消耗的總功率、效率的變化曲線。Ubm變化對(duì)諧振功率放大器性能的影響與基極調(diào)制特性相似。iC波形及IC0、Ic1m、Ucm、Po、PE、C隨Ubm的變化曲線如圖3-7所示。由圖可見，在欠壓區(qū)域，輸出電壓振幅與輸入電壓振幅基本成正比，即電壓增益近似為常數(shù)。利用這一特點(diǎn)可將諧振功率放大器用作電壓放大器，所以稱這組曲線為放大特性曲線。2.實(shí)驗(yàn)電路 高頻諧振功

51、率放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖3-8。圖3-8 高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路 電容C1是輸入隔直電容，第一級(jí)電路是小信號(hào)諧振放大器，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，由于丙類功放屬于大信號(hào)放大，若輸入信號(hào)幅度過小，丙類功放不能夠?qū)?，因此需要先?duì)輸入信號(hào)進(jìn)行前置放大。第二級(jí)電路是丙類諧振功率放大器，電阻R7提供自己偏置，靜態(tài)時(shí)，基極直流電壓為0V。當(dāng)輸入信號(hào)使晶體管導(dǎo)通后，晶體管的射極有一個(gè)直流偏置電壓，所以此時(shí)的Vbe0，晶體管工作在丙類狀態(tài)。集電極調(diào)諧回路由固定電容，可變電容和中周組成，調(diào)整可變電容值或者中周的鐵芯位置可改變諧振回路的諧振頻率，調(diào)整滑動(dòng)變阻器RW2可以改變負(fù)載電阻值，從而觀察功放的負(fù)載調(diào)制特性。 集電極供電電源部分由三端可調(diào)DC變換器LM317提供，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，可改變集電極的供電電源電壓，從而觀察功放的集電極調(diào)制特性。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1丙類諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)整。2. 丙類諧振功率放大器的激勵(lì)調(diào)制特性測(cè)試-激勵(lì)電壓變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響測(cè)試。3諧振功率放大器的負(fù)載特性測(cè)試-負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響測(cè)試。4集電極電源電壓變化對(duì)諧振功率放大器工作狀態(tài)的影響（集電極調(diào)制特性）測(cè)試。五、實(shí)驗(yàn)步驟1高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)整（1）在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。 用高頻信號(hào)源提供10.7MHz