高频实验:小信号调谐放大器实验报告要点
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实验一 小信号调谐放大器实验报告
一 实验目的
1.进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。 2.掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。
3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数(电压放大倍数,通频带,矩形系数)的测试。 二、实验使用仪器
1.小信号调谐放大器实验板 2.200MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 模拟扫频仪(安泰信) 5. 高频信号源 三、实验基本原理与电路 1、 小信号调谐放大器的基本原理
所谓“小信号”,通常指输入信号电压一般在微伏 毫伏数量级附近,放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”,主要是指放大器的集电极负载为调谐回路(如LC 调谐回路)。这种放大器对谐振频率0f 及附近频率的信号具有最强的放大作用,而对其它远离0f 的频率信号,放大作用很差,如图1-1所示。
图1.1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线
小信号调谐放大器技术参数如下:
1
0.707
1.增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力
2.通频带和选择性:通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围为高频放大器的通频带,用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性,通常引入参数——矩形系数K0.1。
2.实验电路
原理图分析:
In1是高频信号输入端,当信号从In1输入时,需要将跳线TP1的上部连接起来。In2是从天线接收空间中的高频信号输入,电感L1和电容C1,C2组成选频网络,此时,需要将跳线TP1的下部连接起来。电容C3是隔直电容,滑动变阻器RW2和电阻R2,R3是晶体管基极的直流偏置电阻,用来决定晶体管基极的直流电压,电阻R1是射极直流负反馈电阻,决定了晶体管射极的直流电流Ie。晶体管需要设置一个合适的直流工作点,才能保证小信号谐振放大器正常工作,有一定的电压增益。
通常,适当的增加晶体管射极的直流电流Ie可以提高晶体管的交流放大倍数 ,增大小信号谐振放大器的放大倍数。但Ie过大,输出波形容易失真。一般控制Ie在1-4mA之间。
电容C3是射极旁路电路,集电极回路由电容和电感组成,是一个并联的LC 谐振回路,起到选频的作用,其中有一个可变电容可以改变回路总的电容值。电
感有初级回路和次级回路组成,中间有铁芯耦合,实验箱上讲电感的初级回路和次级回路封装在中周中,调节中周里的铁芯位置可以改变电感值和耦合强度,从而改变LC谐振回路的谐振频率。滑动变阻器RW1是阻尼电路,可以改变回路的品质因素和电压增益。电阻R4是负载电阻,有跳线J3决定是否连接负载电阻。
电容C4是输出信号的隔直电容,电容C5,C6是直流电源的去耦电容。按下电源开关,LED亮说明电路正常上电。
四、实验内容
1.静态工作点与谐振回路的调整。
2.放大器的幅频特性及通频带的测试。
3.测试品质因数对放大器的幅频特性及通频带的影响。
五、实验步骤及数据记录分析
1.仿真
利用实验室计算机上提供的Multisim9软件,参照实验电路图,进行仿真。Multisim9仿真电路如下:
实验中在实验箱上通过FLUKE万用表测得R1、R2、R3、R4数值如下:R1=0.997K Ω,R2=4.599KΩ,R3=8.0122KΩ,R4=1.990KΩ。
仿真:
1.改变直流电流Ie,研究Ie逐渐增大时小信号放大器电压增益的变化。
此时Ie 为3.238mA 时,输出为63.100mV ,增益为6.31。
改变RW2的电阻值,以改变Ie 。Ie 为2.016mA 时,输出为58.827mV ,增益为5.88。可见,当Ie 增大时,小信号放大器的电压增益也增大。
2. 改变谐振回路的中心频率,观察小信号放大器电压增益的变化情况。 通过改变可变电容CV2来改变中心频率。CV2=10pF 时,增益为6.31。
CV2=20pF ,增益为6.85。 而LC
f π210=
,CV2增加时,中心频率变小,增益变大。即中心频率增大时,
放大器电压增益变小。
3.改变集电极回路中阻尼电阻的阻值,观察小信号放大器电压增益的变化
情况,通频带的变化情况。
RW1=10KΩ时,中心频率10.7MHz输出为308.677mV,13.61MHz时,输出为218.8mV。通频带为5.82MHz。
RW1=50KΩ时,中心频率10.7MHz输出为312.041mV,13.48MHz时,输出为220.0mV。通频带为5.56MHz。
所以,阻尼电阻变大时,放大器增益变大,而通频带变小。
4.在晶体管的射极增加一个交流负反馈电阻,然后改变负反馈电阻阻值,
观察小信号放大器电压增益的变化情况,通频带的变化情况。
反馈电阻Rf=1KΩ时,输出增益为12.4。通频带B=10.86MHz-10.54MHz=0.32MHz。
反馈电阻Rf=50Ω时,输出增益为30.9。通频带B=11.28MHz-10.12MHz=1.16MHz。
由仿真可得,随着反馈电阻阻值的增加,输出增益下降,通频带变窄。
2.静态工作点与谐振回路的调整
⑴接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。由IN1端接入小信号调谐放大器实验电路,幅度在10 mV左右。
⑵在OUT端用示波器观测到放大后的输入信号,调整电位器RW2和微调电容CV2,和中周铁芯的位置,使输出信号幅度最大且失真最小。(电路调谐)3.放大器的放大倍数及通频带的测试
(1)空载放大倍数测试
断开J2,J3,连接J1,用示波器分别测出TP1端电压Ui和OUT端电压
Uo ,放大倍数为:0
i
U A U =
实验测得TP1端电压Ui=10.02mV ,OUT 端电压Uo=316mV 。放大倍数为:
i
U A U =
=31.54。 (2)有载放大倍数测试
断开J2,连接J1,J3,用示波器分别测出TP1端电压Ui 和OUT 端电压Uo ,放大倍数为:0
i
U A U =
实验测得TP1端电压Ui=9.88mV ,OUT 端电压Uo=296mV 。放大倍数为:
i
U A U =
=29.96。 比较空载和有载放大倍数的变化,并思考原因。
可以看出空载放大倍数31.54>有载放大倍数29.96。晶体管输出端两点之间的负载网络等效电路图为:
本实验电路中没有下级放大器,故等效部分不存在,由负
载电导代替。结合高频电路知识可知放大器电压增益为
L
oe fe
o Y y y Vi V A '-11v +==,其中011C j g y y o oe oe ω+==为晶体管
的输出导纳。L Y '为晶体管在输出端两点之间看来的负载导纳。无论空载还是
负载电路中,
oe y 和fe y 的值是恒定的,是常数。空载电路相当于晶体管输出
端两点间连接的是无穷大的电阻,而有载电路晶体管输出端两点间连接了阻值为