1、实验一 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、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. 单调谐小信号放大器单元电路实验2. 双调谐小信号放大器单元电路实验三、实验仪器、设备 1. 高频实验箱 1 台2. 双踪示波器 1 台3. 万用表 1 块4. 扫频仪(可选) 1 台四、实验原理 J6J5J4J1+12+12中1-1中a中 中中中中中中中中 中1-1中b中中中中中中中中中 R415K R5470R154.7KR16470C2104C6104C1中中中中中C5104
2、 C11104C19104C12中中中中中C1510pC13104C14中中中中中Q13DG6 Q23DG6TH1TH2TH6TH7T3T2T1TP6TP3C23104W3100K W4100KR2210K R2315K1. 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 1-1(a)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fS12MHz 。基极偏置电阻 W3、R 22、R 4 和射极电阻 R5 决定晶体管的静态工作点。可变电阻 W3 改变
3、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。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 1-1(a)所示电路(也是以下各项指标所对应电路) ,f 0 的表达式为LCf210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CieoeP221式中, Coe 为晶体管的输出电容;C ie 为晶体管的输入电容; P1 为初级线圈抽头系数
4、;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。A V0 的表达式为GgpygypvAieoeffeiV 221210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g时输出电压 V0 与输入电压 Vi 相位差不是 180 而是为 180+ fe。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 1-1(a)中输出信号
5、 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 = 2f 0.7 = f0/QL 式中,Q L 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CyBWAfeV20上式说明,当晶体管选定即 yfe 确定,且回路总电容 为定值时,
6、谐振电压放大倍数CAV0 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 1-2 所示。可得: 7.02ffBWLH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,
7、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C。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 1-2 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 = 2f 0.1/ 2f 0.7 = 2f 0.1/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
8、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。2. 双调谐放大器双调谐放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路。其原理基本相同。1)电压增益为0VAv0.7BW 0.1Lf0H2f0.1图 1-2 谐振曲线gypvAfeiV2102)通频带BW = 2f 0.7 = fo/QL3)选择性矩形系数Kv0.1 = 2f 0.1/ 2f 0.7 = 410五、实验步骤 1. 单调谐小信号放大器单元电路实验1)根据电路原理图熟
9、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)按下面框图(图 1-3)所示搭建好测试电路。高 频 信 号 源RF1RF2 频 率 计RFIN小 信 号 谐 振 放 大 器 示 波 器图 1-3 高频小信号调谐放大器测试连接框图注:图中符号 表示高频连接线3)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。 (以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)4)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
10、VEQ) ,调整可调电阻 W3,使 VeQ 4.8V,记下此时的 VBQ、V EQ,并计算出此时的 IEQV EQ /R5。5)按下信号源和频率计的电源开关,此时开关下方的工作指示灯点亮。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 12MHz 的高频信号。将信号输入到 2 号板的 J4 口。在 TH1 处观察信号峰-峰值约为 100mV。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
11、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: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 或500KHz 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
12、标轴上标示出放大器的通频带特性。10)测量放大器的选择性描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数,这里用 Kr0.1 和 Kr0.01 来表示:0.1.72rfK0.10.172rfK式中, 为放大器的通频带; 和 分别为相对放大倍数下降至 0.10.7f0.12f0.1和 0.01 处的带宽。用第 9 步中的方法,我们就可以测出 、 和 的大小,.72f0.10.12f从而得到 和 的值0.1r.01r注意:对高频电路而言,随着频率升高,电路分布参数的影响将越来越大,而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的,所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外,为了使测试结果准确,
13、应使仪器的接地尽可能良好。2. 双调谐小信号放大器单元电路实验频率输出幅度双调谐小信号放大器的测试方法和测试步骤与单调谐放大电路基本相同,只是在以下两个方面稍作改动:其一是输入信号的频率应改为 465KHz(峰峰值 200mV) ;其二是在谐振回路的调试时,对双调谐回路的两个中周要反复调试才能最终使谐振回路谐振在输入信号的频点上,具体方法是,按图 1-3 连接好测试电路并打开信号源及放大器电源之后,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
14、经谐振到输入信号的频点上了。同单调谐实验,做双调谐实验,并将两种调谐电路进行比较。六、实验注意事项1. 安装实验模块时,模块右边的双刀双掷开关要拨上,将模板四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐,然后用黑色接线柱固定。确保四个接线柱要拧紧,以免造成实验模块与电源或者地接触不良。经仔细检查后方可通电实验。2. 按动开关或转动中周时,切勿用力过猛,以免造成元件损坏。七、实验预习要求 1. 了解和熟悉本次实验所用实验仪器、设备2. 熟悉单、双调谐小信号放大器工作原理3. 写好预习报告八、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.
15、整理实验数据,并画出幅频特性。九、思考题1.为什么要调试静态工作点?实验二 集成选频放大器一、实验目的 1. 熟悉集成放大器的内部工作原理2. 熟悉陶瓷滤波器的选频特性3. 掌握自动增益控制电路(AGC)的基本工作原理二、实验内容 1. 测量集成选频放大器的增益。2. 测量集成选频放大器的通频带。3. 测量集成选频放大器的选择性。三、实验仪器、设备 1. 高频实验箱 1 台2. 双踪示波器 1 台3. 万用表 1 块4. 扫频仪(可选) 1 台四、实验原理 1. 集成选频放大器的原理图见下图R72.7KC9104C3104R62.7KIN-4GND3V+2OUT-1AGC5IN+6GND7OU
16、T+8U2MC1350C7104 C8104C4104J2R2200R1200R35.1KF14.5MR81kC10471R1333KR121MC18471R113.3KR1010K C17102C16103R14470K -12J3+12+12+12TH3TH5TH4D21N4148 D31N4148D11N4148TP2TP4TP7321411 U1ATL084567U1BTL084-12+12W11KW21KTP51243S1+12R91ME122uF/16VTP1C22104R1910KR211.5KRA31KR20330图 2-1 集成选频放大器电路原理图由上图可知,本实验中涉及到的
17、集成选频放大器是带 AGC(自动增益控制)功能的选频放大器,放大 IC 用的是 Motorola 公司的 MC1350。2. MC1350 放大器的工作原理图 2-2 为 MC1350 单片集成放大器的电原理图。这个电路是双端输入、双端输出的全差动式电路,其主要用于中频和视频放大。图 2-2 MC1350 内部电路图输入级为共射-共基差分对, Q1 和 Q2 组成共射差分对,Q3 和 Q6 组成共基差分对。除了 Q3 和 Q6 的射极等效输入阻抗为 Q1、Q2 的集电极负载外,还有 Q4、Q5 的射极输入阻抗分别与 Q3、Q6 的射极输入阻抗并联,起着分流的作用。各个等效微变输入阻抗分别与该器
18、件的偏流成反比。增益控制电压(直流电压)控制 Q4、Q5 的基极,以改变Q4、Q5 分别和 Q3、Q6 的工作点电流的相对大小,当增益控制电压增大时,Q4、Q5 的工作点电流增大,射极等效输入阻抗下降,分流作用增大,放大器的增益减小。五、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的各测试点及可调器件(具体指出) 。2. 按下面框图(图 2-3)所示搭建好测试电路。图 2-3 集成高 频 信 号 源 RF1RF2 频 率 计RFIN集 成 选 频 放 大 器 示 波 器选频放大器测试连接框图注:图中符号 表示高频连接线3. 打开集成选频放大器的电源开关4. 测
19、量电压增益 Av0将 4.5M 左右的高频小信号从 J2 输入(V p-p200mV) ,调节 W1 使 J3 输出幅度最大,用示波器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。5. 测量放大器通频带用点频法来测量: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:通过调节放大器输入信号的频率,使信号频率在 4.5Mz 左右变化,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。6. 测量放大器的选择性描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数,这里
20、用 Kr0.1 来表示:7.011.02fKr式中, 为放大器的通频带; 为相对放大倍数下降至 0.1 处的带宽。用第 5 步中7.02f1.的方法,我们就可以测出 、 的大小,从而得到 的值。7.0f.0f 1.0rK六、实验注意事项1每次安装实验模块之前应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。为保险起见,建议拔下电源线后再安装实验模块。2请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件,以免造成损坏。七、实验预习要求 1. 了解和熟悉本次实验所用实验仪器、设备2. 熟悉集成放大器的工作原理频率输出幅度3. 写好预习报告八、实验报告要求 1. 写明实验目的。2. 计算集成选频放大器的增益。3. 计算集成选频放大器的通频带。4. 整理实验数据,并画出幅频特性。九、思考题1. 陶瓷滤波器和石英晶体滤波器有何区别?