調幅技術與應用

1、任務一 高頻小信號諧振放大器任務引入我們知道，無線通信接收設備的接收天線接收從空間傳來的電磁波并感應出的高頻信號的電壓幅度是（V）到幾毫伏（mV），而接收電路中的檢波器（或鑒頻器）的輸入電壓的幅值要求較高，最好在1V左右。這就需要在檢波前進行高頻放大和中頻放大。為此，我們就需要設計高頻小信號放大器，完成對天線所接受的微弱信號進行選擇并放大，即從眾多的無線電波信號中，選出需要的頻率信號并加以放大，而對其它無用信號、干擾與噪聲進行抑制，以提高信號的幅度與質量。在此，首先引入應用廣泛的高頻小信號諧振放大器。任務分析高頻小信號諧振放大器的作用、電路組成、及工作原理，與低頻小信號放大電路是基本一致的。不

2、同的是：一是在高頻小信號諧振放大器中，所放大信號的頻率遠比低頻放大電路信號頻率高；二是高頻小信號諧振放大器的頻寬是窄帶（要求只放大某一中心頻率的載波信號）。因此，首先在電路組成上應將低頻放大電路中的低頻三極管換成具有更高截止頻率的高頻三極管，將集電極負載換成了LC選頻網絡；再是在電路分析與設計中，應重點考慮電路的高頻特性與選頻特性。高頻小信號諧振放大器的核心元件是高頻小功率晶體管和LC并聯諧振回路。相關知識一、高頻小功率晶體管與LC并聯諧振回路1高頻小功率晶體管高頻小信號放大電路中采用的高頻小功率晶體管與低頻小功率晶體管不同，主要區(qū)別是工作截止頻率不同。低頻晶體管只能工作在3MHz以下的頻率上

3、，而高頻晶體管可以工作在幾十到幾百兆赫茲，甚至更高的頻率上。 目前高頻小功率晶體管工的作頻率可達幾千兆赫，噪聲系數為幾個分貝。高頻小功率晶體管的作用與低頻小功率晶體管一樣，工作在甲類工作狀態(tài)，起電流放大作用。 2LC并聯諧振回路在接收機的各級高頻小信號放大器中，利用LC并聯諧振回路的選頻作用，對諧振點頻率的電流信號呈現較大的阻抗，而且是純電阻性的，將電流信號轉換成電壓信號輸出，而對失諧點頻率的電流信號呈現很小的阻抗，抑制失諧點頻率電流信號的輸出，起到選擇出所需接收的信號，抑制無用的信號和干擾的目的。二、小信號諧振放大器的分類按調諧回路劃分：單調諧回路放大器、雙調諧回路放大器和參差調諧回路放大器

4、。按所用器件劃分：晶體管放大器、場效應管放大器和集成電路放大器。按器件連接方式劃分：共基、共射與共集電極放大器或共源、共漏與共柵極放大器。三、高頻小信號諧振放大器的主要性能指標1諧振電壓增益放大器的諧振電壓增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為，其值可用分貝(dB）表示。實際應用時，考慮放大器的穩(wěn)定性問題，單級放大器的增益一般為2030dB；若增益不夠，可采用多級調諧放大器級聯實現。2通頻帶通頻帶是指放大器的電壓增益下降到諧振電壓增益的時所對應的頻率范圍，一般用（或）表示。由于小信號調諧放大器所放大的一般都是已調信號，包含一定的邊頻，所以放大器必須有一定的通頻帶。如：一般調幅廣播接收機的中

5、放通頻帶約為8KHz，調頻廣播接受機的中放通頻帶約為200KHz。3選擇性選擇性是指放大器從各種不同頻率的信號中選出有用信號而抑制無用或干擾信號的能力。通常用“抑制比”和“矩形系數”兩個技術指標。（1）抑制比：定義為諧振電壓增益與通頻帶外指定偏離諧振頻率處的電壓增益之比值，用表示，記為 （dB）值越小，即衰減的分貝數越大，則放大器選擇性越好。例如：收音機的選擇性指標就用抑制比來描述，普通調幅收音機，偏離處，衰減不低于20dB；優(yōu)質調幅收音機，偏離處，衰減不低于3040dB；調頻收音機，偏離處，衰減不低于30dB。（2）矩形系數：用于評定實際的諧振曲線偏離（或接近）理想諧振曲線的程度，矩形系數定

6、義為 的值越小越好，在接近1時，說明放大器的諧振曲線就越接近于理想諧振曲線，放大器的選擇性越好。4穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指當組成放大器的元件參數變化時，放大器的主要性能增益、通頻帶、選擇性的穩(wěn)定程度。常見不穩(wěn)定現象：增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、諧振曲線變形、放大器自激。5噪聲系數（1）信噪比：用來表示噪聲對信號的影響程度，電路中某處信號功率與噪聲功率之比稱為信噪比。信噪比大，表示信號功率大，噪聲功率小，信號受噪聲影響小，信號質量好。（2）噪聲系數：用來衡量放大器噪聲對信號質量的影響程度，輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比值稱為噪聲系數。在多級放大器中，最前面一、二級對整個放大器的噪聲起決定

7、性作用，因此要求它們的噪聲系數盡量接近1。四、高頻小信號諧振放大器的分析與計算1單級單調諧放大器（1）電路組成如圖3-2-1a）所示為一個共發(fā)射極單調諧放大器，它是一個超外差接收機中一個典型的中頻放大器。圖中，Rb1、Rb2和Re組成穩(wěn)定工作點的分壓式偏置電路，Cb、Ce為中頻旁路電容，ZL為負載阻抗（或下一級的輸入阻抗），Tr1 、Tr2為中頻變壓器（中周），其中Tr2的初級電感L和電容C組成的并聯諧振回路作為放大器的集電極負載，采用變壓器耦合使前后級直流電路分開，也能較好地實現前后級的阻抗匹配。 a) b)圖3-2-1 單調諧放大器電路 a) 單調諧放大器電路 b)交流通路圖3-2-1b）

8、分別為共發(fā)射極單調諧放大器的交流通路。半導體三極管工作在甲類工作狀態(tài)，可將高頻信號被放大的過程及信號流程扼要的表述為：輸入的高頻小信號V的基極基極電流集電極電流回路諧振電壓在負載上產生電壓，使輸入高頻小信號得以放大。（2）幅頻特性曲線由于LC并聯諧振回路具有選頻特性，因此，單調諧放大器具有選頻放大功能。圖3-2-2所示為單調諧放大器的幅頻特性曲線，當輸入信號頻率等于LC諧振頻率時，即，其增益最高；一旦，即失諧，放大器的增益將迅速下降。 圖3-2-2 單調諧放大器的幅頻特性曲線 1）諧振頻率 其中，是回路總電容，為三極管輸出電容和負載電容折合到LC回路兩端的等效電容與回路電容C之和。改變L和都改

9、變諧振頻率，即進行調諧。在實際電路中，常采用調節(jié)中周的磁心來改變電感量L，以達到調諧的目的。2）通頻帶 其中，為LC回路的有載品質因素。其值與回路自身有關，還與電路特性有關。可表示為 其中，為LC諧振回路的總電阻。由上兩式可知，改變的值，就會發(fā)生變化，通頻帶也將隨之改變。在實際電路中，常采用在LC回路兩端并聯電阻的辦法，來降低調諧回路的有載品質因素的值，以達到擴展放大器通頻帶的目的。3） 選擇性矩形系數定義為：20dB帶寬與3dB帶寬之比對于理想諧振回路，其矩形系數為1；但對于實際并聯諧振回路，不論其值為多大，也不論其諧振頻率高低，它的矩形系數為9.95，即近似為10，遠大于1，則說明單個并聯

10、諧振回路的諧振曲線與理想諧振特性相差甚遠，選擇性較差。故單調諧放大器的選擇性較差。 2多級單調諧放大器考慮到放大器的通頻帶和放大器的穩(wěn)定性等因素，單級調諧放大器的電壓增益不能做得很高，當需要較大電壓增益時，就需要多級放大器級聯來實現。 （1）多級單調諧放大器的電壓增益 設有n級單調諧放大器級聯，且各級的電壓增益相同，即 則級聯后放大器的總電壓增益為 （2）多級單調諧放大器的通頻帶 多級放大器級聯后的幅頻特性曲線如圖3-2-3所示，級聯后總的通頻帶要比單級放大器的通頻帶窄。級數越多，總通頻帶越窄。圖3-2-3 多級單調諧放大器的幅頻特性曲線 多級放大器的總通頻帶為 稱為頻帶縮小因子，表2-2-1

11、列出了幾種不同值對應的縮小因子的值。 表3-2-1 縮小因子與級數的關系1234510.640.510.430.39（3）多級單調諧放大器的選擇性由圖3-2-3可以看出，放大器的級數越多，曲線的形狀越接近于矩形，也就是說矩形系數越接近1，選擇性越好。 級相同的單調諧放大器級聯后的矩形系數為表3-2-2列出了不同值時矩形系數的大小。表3-2-2 矩形系數與級數的關系1234569.954.663.753.43.23.1總之，多級放大器中，級聯后放大器的總電壓增益比單級放大器的電壓增益大、選擇性好，但總通頻帶比單級放大器通頻帶窄。如果要保證總的通頻帶與單級時一樣，則必須通過減小每級回路有載品質因素

12、的值，以加寬各級放大器的通頻帶的方法來彌補。3雙調諧放大器雙調諧放大器具有較好的選擇性、較寬的通頻帶，并能較好的解決電壓增益與通頻帶之間的矛盾，廣泛應用于高增益、寬頻帶、選擇性要求高的場合。（1）雙調諧放大器的電路組成 a) b)圖3-2-4 互感耦合的雙調諧放大器a) 雙調諧電路 b) 交流通路雙調諧放大器的負載為雙調諧耦合回路，雙調諧耦合回路有電容耦合和互感耦合兩種類型。圖3-2-4所示電路為互感耦合的雙調諧放大器，Rb1、Rb2和Re組成分壓式偏置電路，Cb、Ce為中頻旁路電容，ZL為負載阻抗（或下一級的輸入阻抗），Tr1 、Tr2為高頻變壓器，其中Tr2的初、次級電感、和電容、組成的雙

13、調諧耦合回路作為放大器的集電極負載。（2）雙調諧放大器的耦合因素設初、次級回路元件的參數相同，即，為互感系數，為說明回路間的耦合程度，常用耦合系數表示。 初、次級回路的諧振頻率和有載品質因素為 定義耦合因數為 （3）雙調諧放大器的性能分析 圖3-2-5為雙調諧放大器的諧振曲線，其幅頻特性與耦合系數有密切的關系： 圖3-2-5 雙調諧放大器的諧振曲線當1時，稱為弱耦合，諧振曲線為單峰，與單調諧放大器相似，通頻帶窄，選擇性差，而且電壓增益很低，故一般不采用。當1時，稱為強耦合，諧振曲線為雙峰，通頻帶顯著增寬，矩形系數變好，但諧振曲線頂部出現凹陷，一般只是在要求放大器的通頻帶較寬時才采用。當1時，稱

14、為臨界耦合，臨界耦合時的通頻帶是單調諧放大器的倍；而矩形系數約為3.16，比單調諧放大器更接近于理想的諧振曲線，選擇性更好。總之，與單調諧放大器相比，處于臨界臨界耦合狀態(tài)的雙調諧放大器具有頻帶寬、選擇性好的優(yōu)點，但調諧比較麻煩。4參差調諧放大器所謂差調諧放大器是指以二級或三級放大器為一組，每一級放大器只有一個諧振回路，各放大器諧振回路的諧振頻率參差錯開，因此稱為參差調諧放大器。參差調諧放大器的通頻帶較寬，矩形系數較好，且調整也比雙調諧放大器更方便。在要求相對帶寬（）較寬、選擇性較好、增益較高的電視接收機和雷達接收機中的中頻放大器中，常用多級參差調諧放大器。五、調諧放大器的穩(wěn)定性1調諧放大器的穩(wěn)

15、定性晶體管內反饋的影響在高頻調諧放大器中，由于晶體體管集電結電容的內部反饋，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題，主要表現在以下兩種現象：（）當高頻調諧放大器裝配完畢后，進行輸出回路（集電極負載回路）和輸入回路（基極信號源一端的前級回路）調整時，由于的內部反饋作用，放大器的輸入阻抗和輸出阻抗相互影響，使得高頻調諧放大器的調諧和阻抗匹配需要反復進行，使得高頻調諧放大器的調整變的十分麻煩。（） 放大后的輸出信號通過內部反饋，把一部分信號電壓反饋到輸入端。反饋電壓反饋到輸入端又放大，放大后再反饋，如此循環(huán)不已，在一定條件下，放大器也能在某些頻率上自激

16、振蕩，使得放大器的功能完全破壞，而喪失了放大器的作用。此外，晶體管的內部反饋隨頻率而不同，在某些頻率上是正反饋，在某些頻率上是負反饋，正、負反饋的強弱也隨頻率而異，使得高頻調諧放大器的輸出電壓或增益隨頻率變化的特性將受到影響。2提高放大器穩(wěn)定性的方法放大器的不穩(wěn)定主要是由晶體體管集電結電容引起的，在設計、制作高頻晶體管時使盡量??；在選用高頻晶體管時，應盡量選用值小的器件。此外，也可在電路上采取措施，以消除三極管內部的反饋作用，常用的方法是失配法和中和法。（）失配法：失配法是指信號源內阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。圖3-2-6所示電路為用失配法構成的

17、共發(fā)射極-共基極級聯的高頻調諧放大器。兩只晶體管是按共發(fā)射極-共基極方式級聯的，它們組成一個復合管，見圖3-2-7。圖3-2-6 共發(fā)射極-共基極級聯的高頻調諧放大器圖3-2-7 共發(fā)射極-共基極級聯的復合管 利用失配法，共發(fā)-共基線路的輸入阻抗基本上只取決于晶體管的輸入阻抗，它的輸出阻抗基本只取決于晶體管的輸出阻抗，極大地削弱了晶體官內部反饋的影響，實現了晶體管的單向化，使它的穩(wěn)定性比一般調諧放大器高得多。（） 中和法：圖3-2-8所示電路為用中和電容構成的中和電路，用代表晶體管內部反饋，是中和電容。當滿足下式條件時，能消除引起的內部反饋。 式中、分別是電感L的1、2端與2、3端的線圈匝數。

18、應當指出，中和電路不能完全消除晶體管的內部反饋的影響，通常只能在較窄的頻帶內有效。此外，中和電容應采用可調電容，其具體值在實際調整中決定。圖3-2-8 利用中和電容構成的中和電路任務實施一、高頻小信號諧振放大器的分析與計算如圖3-2-1所示的單調諧大器，若諧振回路的械振頻率=10.7MHZ，回路總電容=56，通頻帶=120KHZ。1求諧振回路的電感和有載品質因素。2為了把通頻帶調整到180KHZ，通常在回路兩端并聯電阻，求的值。3若用三級相同放大器級聯，求放大器的總通頻帶。解：1根據諧振頻率和通頻帶的計算公式可得 =3.95 =892先求得調整前回路的總電阻 =23.6 又因為 所以 3 將=

19、3代入多級放大器總通頻帶的計算公式得二、實用單調諧高頻放大器分析 1應用實例1：27MHZ單調高頻諧放大器 如圖3-2-9所示，它包括天線輸入回路和以高頻管VT為中心組成的一級單調諧高頻放大器。圖3-2-9 27MHZ單調諧高頻放大器由外接天線檢拾到的27MHZ高頻載波信號經L1、L2電磁耦合后，采用L2中間抽頭辦法將其加至高頻管的VT發(fā)射結，目的是改善VT與輸入回路間的阻抗匹配。C2容量較大，對高頻載波呈短路。VT和調諧回路L3、C5及電阻R1R3等組成共基極單調諧放大器，R2、R3組成基極偏置分壓器，使VT工作在線性放大狀態(tài)；R1為發(fā)射極電阻，用于穩(wěn)定工作點；C3、C4容量較大，對高頻信號

20、旁路。VT選用高頻低噪聲小功率管3DG141A，其=100mW,15mA，=15V，600MHZ；L1、L2采用5mm骨架，用0.23mm漆包線繞制而成，L1平繞4匝，L2繞12匝，在3匝處抽頭；L3、L4也采用5mm骨架，也用0.23mm漆包線分別繞12匝和4匝，磁芯均采用5mm的NXO-20高頻磁芯。C1選用CC1-63V-20pF型高頻瓷介電容器；C2C4采用CT1-63-0.01F型瓷介電容器；R1R4采用RT-1/8W型碳膜電阻器.2 3.55MHZ無線測向機用兩級單調諧放大器如圖3-2-10所示，這是DF-2型無線測向機的輸入調諧回路和其后的兩級單調諧高頻放大器電路。 圖3-2-1

21、0 測向機用3.55MHZ兩級單調諧高頻放大器兩級高頻放大器的三極管VT1、VT2均采用低噪聲高頻小功率管3DG56A。VT1和單調諧回路L4、C5等組成第1級高頻放大器；VT2和L6、C9等組成第2級高頻放大器。兩級的偏置均由手控增益控制電路RP、R8分別經R2、R5供給其基極。當電位器RP的抽頭上移時，偏壓升高，基極電流增大，集電基電流上升，導致電壓增益降低；反之，其增益增加。因此，兩級高頻放大電路具有增益可調的特點，加之3DG56A具有正向增益控制特性，在近區(qū)強信號的作用下，高頻放大不會飽和，很適用于測向機接收電路。三、實驗技能與訓練高頻小信號諧振放大器的調諧與性能測試1實驗目的（l）掌

22、握小信號諧振放大器的基本工作原理（2）掌握諧振放大器電壓增益、通頻帶、選擇性的定義、測試及計算（3）了解高頻小信號放大器動態(tài)范圍的測試方法2實驗內容(1）單調諧放大器電路的靜態(tài)工作點的調整(2）單調諧放大器電路性能指標的測試(3）雙調諧放大器電路的靜態(tài)工作點的調整(4）雙調諧放大器電路性能指標的測試3實驗電路與實驗原理圖3-2-11 單調諧小信號放大器 圖3-2-12 雙調諧小信號放大器（1）單調諧放大器小信號諧振放大器是通信機接收端的前端電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。其實驗單元電路如圖3-2-11所示。該電路由晶體管Q1、選頻回路兩部分組成。它不僅對高頻小信號進行放大，而且還

23、有選頻作用。 基極偏置電阻、和射極電阻決定晶體管的靜態(tài)工作點。調節(jié)可變電阻 將改變晶體管的靜態(tài)工作點，從而可以改變放大器的增益。表征高頻小信號調諧放大器的主要性能指標有諧振頻率、諧振電壓放大倍數（增益）、放人器的通頻帶及選擇性（通常用矩形系數來表示）等。放大器各項性能指標及測量方法如下：1）諧振頻率放大器的調諧回路諧振時所對應的頻率稱為放大器的諧振頻率。 諧振頻率的測量與調諧方法是：用掃頻儀為測量儀器，測出電路的幅頻特性曲線，幅頻特性曲線的峰值對應的頻率即為放大器的諧振頻率；若測出的諧振頻率與規(guī)定的諧振頻率不符，可調節(jié)變壓器的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現在規(guī)定的諧振頻率點上。2）電壓放大增益

24、放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數稱為調諧放大器的電壓放大增益。的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖3-2-11中輸出信號及輸入信號的大小，則電壓增益為或 3）通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓增益下降，習慣上稱電壓增益下降到諧振電壓增益的0.707倍時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶。 通頻帶的測量方法是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。 4）選擇性矩形系數 調諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數來表示， 矩形系數為電壓增益下降到0.1時對應的頻率偏移與電壓放大倍數下降到0.707

25、時對應的頻率偏移之比。即(2) 雙調諧小信號放大器雙調諧小信號放大器的實驗電路如圖3-2-12所示。雙調諧小信號放大器具有頻帶較寬、選擇性較好的優(yōu)點。雙調諧小信號放大器是將單調諧回路改用雙調諧回路，其原理與單調諧電路基本相同。4實驗步驟調諧放大器的實驗板圖（模塊），如圖3-2-13所示。左上部分為單調諧電路,左下部分為雙調諧電路。圖3-2-13 調諧放大器的實驗板圖（1）單調諧小信號放大器 1）根據電路原理圖熟悉實驗板圖，并在電路板上找出與原理圖相對應的各測試點及可調部件。2）按圖3-2-14所示,搭建好測試電路.圖3-2-14 高頻小信號調諧放大器測試連接圖3）打開小信號調諧信號放大器的電源

26、開關，并觀察工作指示燈是否點亮，紅燈為l2V電源指示燈，綠燈為l2V電源指示燈。 4）調整晶體管的靜態(tài)工作點：在不加輸入信號時用萬用表（苴流電壓測量檔）測量電阻兩端的電壓（以）和兩端的電壓（即），調整可調電阻，使4.8V，記下此時的、，并計算出此時的。5）打開信號源和頻率計的電源開關，此時開關下方的工作指示燈點亮。6）調節(jié)信號源“RF幅度”和“頻率調節(jié)”旋鈕，使輸出端口“RF1”和“RF2”輸出頻率為l2的高頻信號。將信號輸入到實驗板的J4口。在TH1處觀察信號，峰峰值應約為50mV。7）高頻小信號諧振放大器的調諧 用掃頻儀為測量儀器，測出電路的幅頻特性曲線，調節(jié)諧振回路（變壓器或中周線圈）的

27、磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現在規(guī)定的諧振頻率點處。掃頻儀測量電路如圖3-2-15所示。 圖3-2-15 掃頻儀測試連接圖 用高頻信號源、頻率計與示波器為測量儀器，將高頻信號源的RF1輸出信號端與放大器電路的輸入端相連，將RF2輸出端與頻率計相連，放大器電路的輸出端與示波器的測量輸入端相聯，測量圖如圖3-2-14所示；用頻率計監(jiān)測高頻信號源的輸出頻率，調節(jié)在規(guī)定的諧振頻率點處；用示波器監(jiān)測放大器輸出信號的波形，調節(jié)高頻信號源的RF幅度，直到觀察到不失真的波形為止；再調節(jié)諧振回路（變壓器或中周線圈）的磁芯，在保證不失真的情況下使示波器觀察到的信號幅度最大，此時放大器即被調諧在輸入信號的頻率點上。8）高頻小信號諧振放大器諧振頻率的測試用掃頻儀為測量儀器，測出已調諧電路的幅頻