小信號調(diào)諧放大器

1、實驗名稱： 小信號調(diào)諧放大器 姓名： 楊鐸 學號： 3140104503 專業(yè)： 信息工程 姓名： 楊鐸 學號： 3140104503 日期：2017年3月15日地點： 東4-319 實驗報告課程名稱： 通信原理實驗 指導老師： 金向東 成績：_實驗名稱： 小信號調(diào)諧放大器 實驗類型： 基礎(chǔ)實驗 同組學生姓名： 王景 一、實驗目的和要求（1）掌握小信號調(diào)諧放大器的工作原理；（2）掌握頻譜分析儀的基本使用方法；（3）掌握調(diào)諧放大器電壓增益，通頻帶及選擇性的定義、測試及計算方法。二、實驗內(nèi)容和原理小信號調(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，其主要目的就是實現(xiàn)對高頻小信

2、號的放大。諧振放大器的負載是采用諧振回路，具有放大、濾波和選頻的作用。作為負載的諧振回路，通常采用LC組成的并聯(lián)諧振電路。由于LC并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨著頻率變化而變化，并聯(lián)諧振回路在諧振頻率出呈現(xiàn)純電阻，并達到最大值。即放大器在回路諧振頻率上將具有最大的電壓增益。若偏離諧振頻率，增益將減小。1、單調(diào)諧放大器電路分析下圖是典型的單調(diào)諧回路小信號放大器，其交流等效電路及y參數(shù)等效電路如下圖。在y參數(shù)等效電路中，在單調(diào)諧放大器級聯(lián)的情況下，下級放大器輸入負載只考慮yie2，yre2的影響忽略不計。電壓增益：令：則：式中，小信號單調(diào)諧放大器的3dB帶寬與簡單的諧振回路相同，所以：又因為：所以：即當晶

3、體管選定，電路確定好以后，放大器的帶寬增益乘積是一個常數(shù)，帶寬越窄，增益越高，反之亦然。調(diào)諧放大器的選頻特性可以由矩形系數(shù)來描述，通過推導，LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的但調(diào)諧放大器，其矩形系數(shù)。數(shù)值遠大于1，選擇性不是很好。2、調(diào)諧放大器的級聯(lián)和雙調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器具有頻帶寬、選擇性好的優(yōu)點，并能較好地解決增益與通頻帶之間的矛盾，從而在通信接收設(shè)備中廣泛應用。雙調(diào)諧耦合諧振回路常用互感耦合諧振回路和電容耦合諧振回路兩種，本實驗采用電容耦合諧振回路。在雙調(diào)諧放大器中，被放大后的信號通過互感耦合回路加到下級放大器的輸入端，若耦合回路初、次級本身的損耗很小，則均可被忽略。 雙調(diào)諧放大器的電壓增益為：通

4、頻帶：當弱耦合時，幅頻特性呈現(xiàn)為單峰；強耦合時，出現(xiàn)雙峰；臨界耦合時，呈現(xiàn)較平坦的頂部，此時雙調(diào)諧放大器的通頻帶為：3、實驗電路分析實驗電路圖如下圖所示。該電路由晶體管Q3、選頻回路兩部分組成。本實驗中諧振頻率接近10.7MHz，調(diào)整T1的電感量可改變諧振頻率。作為雙調(diào)諧放大器，T1,T2需要同時進行調(diào)整?；鶚O偏置電阻WR2、R17、R18和射極電阻R19決定晶體管的靜態(tài)工作點，從而可以改變放大器的增益。通過開關(guān)SW3的切換，可以改變電路形式或選擇不同耦合電容。當SW3兩位撥碼開關(guān)設(shè)成“00”，即都設(shè)為“OFF”時，電路就成為單調(diào)諧放大器了，信號從JP5輸出。當SW3設(shè)成其他狀態(tài)時，電路為雙調(diào)

5、諧放大器，切換不同的耦合電容從而改變耦合系數(shù)，進而影響電路的選頻特性。三、主要儀器設(shè)備實驗板No01 1塊信號源1臺雙蹤示波器1臺頻譜分析儀（含TG）1臺萬用表1臺四、實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄1、單調(diào)諧小信號放大器實驗（1）測試電路搭建本實驗采用帶跟蹤源的頻譜儀進行測試。連接實驗板及測試設(shè)備，實驗板的SW3設(shè)為“00”狀態(tài)，頻譜分析儀的跟蹤源輸出連接實驗板輸出接口JP4，頻譜分析儀的射頻輸入端連接實驗板輸出接口JP5，并打開電源。（2）晶體管的靜態(tài)工作點調(diào)整在不加輸入信號時用萬用表（直流電壓測量檔）測量TP10對地電壓（即電阻R19兩端的電壓），此時電壓表讀數(shù)為VEQ=1.407V，調(diào)整可調(diào)電阻WR

6、2，使VEQ=1.502V，滿足要求的1.5V。已知R19=470，可計算出此時的IEQ=VEQ/R19=1.502/470=3.196×10-3。（3）頻譜分析儀設(shè)置將頻譜分析儀復位，設(shè)定中心頻率為10.7MHz，掃寬度為20MHz，參考電平為20dBm；進入跟蹤源TG設(shè)置，設(shè)定輸出功率為-20dBm，并打開跟蹤源；通過以上設(shè)定后，屏幕上顯示出小信號調(diào)諧放大器的傳輸特性曲線如下圖所示。（4）諧振頻率測試讀取光標的頻率值即為諧振頻率，圖中頻率值為10.6MHz；另一種頻率計測量方式：【Marker Fctn】【頻率計數(shù)】，右上角顯示的為諧振頻率，同樣為10.6MHz。（5）諧振增益測

7、試與以上步驟一致，設(shè)定頻譜分析儀。按【Peak】讀取光標位置的功率值記為P0，讀出P0=1.81dBm，而此時的輸入功率為跟蹤源的輸出功率，記為Pi，則Pi=-20dBm；功率增益即為G=P0-Pi=21.81dBm。（6）通頻帶測試方法1：按【Peak】將光標定位到峰值位置；按【Marker】【差值】，將光標移動到-3dB位置；再按【差值】，將參考光標移動到另一邊的-3dB位置。此時讀取到的差值光標頻率值，記為3dB通頻帶，記為BW3dB，讀數(shù)為1.1MHz；方法2：采用頻譜儀的帶寬測量功能，按【Marker Fctn】【N dB帶寬】【3】【dB】，屏幕顯示的就是3dB帶寬值，同樣為1.1

8、MHz。（7）選擇性測試電路的選擇性可以用矩形系數(shù)來表征。采用與通頻帶測試相同的方法測量-20dB的帶寬，測試結(jié)果BW20dB=12.867MHz。則Kv0.1=BW20dB/BW3dB=12.867/1.1=11.70；理論上，矩形系數(shù)越接近于1，曲線就越接近于矩形，濾出臨近波道干擾信號的能力越強，選擇性越好?，F(xiàn)在計算結(jié)果遠大于1，說明單調(diào)諧放大器的選擇性不是太理想。（8）靜態(tài)工作點對諧振放大器增益和帶寬的影響晶體管在不同的工作電流下，放大倍數(shù)也有所不同。因此，靜態(tài)工作點也影響到調(diào)諧放大器的諧振增益和帶寬。在輸入為-20dBm不變的條件下，將晶體管的工作電流IC從1mA調(diào)整到5mA，測量其諧

9、振增益和帶寬填入下表，據(jù)此可以判斷增益和帶寬隨工作電流變化的趨勢。靜態(tài)工作點影響測試表工作電流（mA）2345輸出功率（dBm）-1.911.314.474.57諧振增益（dBm）18.0921.3124.4724.573dB帶寬（MHz）1.21.231.131.30由于1mA已超出工作電流的調(diào)節(jié)范圍，因此表格數(shù)據(jù)從2mA處開始記錄。根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出增益和帶寬隨工作電流變化的曲線圖，從圖中曲線的走勢來看，增益隨工作電流的增大而減緩增速且趨于穩(wěn)定，而帶寬受工作電流變化的影響不明顯，基本在小范圍內(nèi)上下浮動。但理論上電路達到諧振狀態(tài)以后，放大器的帶寬增益乘積是一個常數(shù)，隨著靜態(tài)工作點的增大，帶寬會

10、繼續(xù)增大，而增益的變化趨勢相反，即逐漸減小。2、雙調(diào)諧小信號放大器實驗（1）測試電路搭建采用與單調(diào)諧小信號放大器實驗相同的方式連接實驗板及測試設(shè)備，不同的是實驗板的SW3設(shè)為“10”狀態(tài)，輸入信號接JP4，輸出信號出自JP6，并打開電源。將電路的靜態(tài)工作電流調(diào)整到3mA左右。（2）耦合狀態(tài)觀測實驗板SW3狀態(tài)的改變也就改變了雙調(diào)諧放大器的耦合度。分別將SW3設(shè)成“10”，“01”和“11”，觀測在弱耦合、臨界耦合和強耦合條件下放大器的傳輸特性，結(jié)果如下圖。弱耦合“01”臨界耦合“10”強耦合“11”（3）諧振增益測試在臨界耦合狀態(tài)下，測試雙調(diào)諧放大器的諧振增益，并與單調(diào)諧的諧振增益進行比較。測

11、試結(jié)果為P0=1.81dBm，G=P0-Pi=21.81dBm，可以看出兩者諧振增益差別不大。（4）通頻帶測試在臨界耦合狀態(tài)下，測試雙調(diào)諧放大器的通頻帶，并與單調(diào)諧放大器進行比較。測試結(jié)果為933.33k（-3dB），與單調(diào)諧放大器的1.1MHz近似相等。雖然理論上雙調(diào)諧放大器的通頻帶應該更寬，但可能是儀器測量的誤差所致。（5）選擇性測試在臨界耦合狀態(tài)下，測試雙調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)Kv0.1，并與單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)Kv0.1比較。測量結(jié)果為2.93M（-20dB），結(jié)合（5）中的結(jié)果計算可得雙調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)Kv0.1=2.93M/933.33k=3.14<11.70，可見雙調(diào)諧

12、放大器的矩形系數(shù)遠小于單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)，因此選擇性更好。五、思考題1、高頻小信號放大器的主要技術(shù)指標有哪些？主要技術(shù)指標有：諧振頻率f0，諧振增益AVO，通頻帶B（常用的有BW3dB和BW20dB），增益帶寬積，選擇性，矩形系數(shù)Kv0.1，穩(wěn)定性和噪聲系數(shù)等。2、單級單調(diào)諧放大器的電壓增益與哪些因素有關(guān)？當諧振回路中的并聯(lián)電阻R變化時，增益及帶寬將怎樣變化？當諧振放大器的靜態(tài)工作點變化時，增益及帶寬將怎樣變化？單級單調(diào)諧放大器的電壓增益與晶體管的電流放大系數(shù)，諧振電路的品質(zhì)因數(shù)、LC值，可變電阻接入阻值、溫度等因素有關(guān)；若原來的R值已使電路諧振，諧振增益已達到最大，再增大R值，由于增益帶

13、寬積基本不變，會使增益變大，帶寬變??；當靜態(tài)工作電流變大時，帶寬隨之變大，由于增益帶寬積基本不變，增益會變小。3、回路的諧振頻率與哪些參數(shù)有關(guān)？如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài)？回路的諧振頻率與諧振頻率f0、L、C值有關(guān)；LC并聯(lián)電路中，諧振回路阻抗最大且為純電阻時，電路增益達到最大值，諧振回路處于諧振狀態(tài)。六、討論與心得本次實驗回顧了小信號放大器的性能指標及其理論計算方法，諧振頻率及其影響因素，帶寬，諧振增益等概念；對于矩形系數(shù)和放大器的選擇性之間的聯(lián)系有了新的認識，借助教材上的示意圖，直觀的明白了矩形系數(shù)的定義及命名原因，從而理解了為什么矩形系數(shù)越接近于1放大器的選擇性越好這一規(guī)律。同時也對單調(diào)諧和雙調(diào)諧放大器的選擇性進行了比較，了解了雙調(diào)諧放大器的選擇性更好的優(yōu)點；增益帶寬積的概念也是第一次接觸，但是對增益和帶寬的限制因素理解不夠深入，只知道當電路達到諧振狀態(tài)后，增益帶寬積不再改變，但具體問哪些因素會引起增益和帶寬的怎樣的變化時，不能從電路原理本身來進行分析，可能也與模擬電路和數(shù)字電路的學習基礎(chǔ)不夠牢固有關(guān)。另一方面，在做實驗的過程中還是缺乏自主分析和解決問題的能力。開關(guān)SW3的設(shè)置雖然通過頻譜分析儀的成像可以猜測出不同開關(guān)模式具