实验一 调谐放大器实验

1、1.1 调谐放大器实验 一实验目的1.了解LC谐振回路及双耦合谐振回路的理论知识。2.了解调谐放大器的工作原理及主要技术指标。3.掌握调谐放大器的调试方法及主要技术指标的测试方法。4.了解双回路调谐放大器在弱耦合、临界耦合和强耦合时的幅频特性曲线（谐振曲线）。5.学会使用基本测量仪器如频谱分析仪（或频率特性测试仪）、高频信号发生器、示波器、高频毫伏表等仪器测试分析调谐放大器的谐振特性（谐振曲线、通频带、选择性）和放大特性（谐振电压放大倍数、动态特性即输入 输出电压特性)。二实验仪器、设备1.调幅与调频接收模块。2.直流稳压电压GPD-3303D3.F20A型数字合成函数发生器/计数器4.DSO

2、-X 2014A数字存储示波器5.SA1010频谱分析仪三实验原理小信号谐振放大器的主要技术指标如下：1.谐振电压放大倍数 或 （1.1.1）2.谐振频率 （1.1.2）式中，其中为晶体管的输出电容，为负载电容或后级电路的输入电容，为接入系数。3.通频带调谐放大器所要放大的信号是已调制信号,具有一定的频谱宽度。为了不失真地放大已调信号包含的所有频谱分量，要求放大器必须有一定的通频带。一个理想放大器应对通频带以内的信号具有同等的放大能力，对通频带以外的信号完全抑制。故理想放大器的幅频特性曲线应呈矩形，但实际的幅频特性曲线和矩形差异较大，如图1.1.2所示。习惯上把电压放大倍数AV下降到谐振电压放

3、大倍数AVO的0.707倍（或比最大值降低3dB）时所对应的频率范围，称为放大器的通频带，又称3dB带宽，用BW（2f0.7）表示。单调谐放大器的通频带与回路有载品质因数QL的关系为： （1.1.3）放大器的通频带与谐振电压增益的关系为： （1.1.4）4.选择性 矩形系数 （1.1.5）理想放大器的矩形系数等于1，而实际的矩形系数大于1。单谐振回路调谐放大器的矩形系数约为9.95，选择性较差。为了克服单谐振回路放大器选择性差的缺点，常采用两个互相耦合的谐振回路作为放大器负载来改善矩形系数。实际应用中，两个谐振回路的谐振频率都调谐于同一个中心频率上，这种放大器称为双调谐回路放大器。双调谐放大器

4、谐振曲线按耦合程度分三种情况，如图1.1.3所示。双调谐回路放大器一般均应用在临界耦合状态，此时，通频带为： （1.1.6）图1.1.3 双调谐放大器归一化幅频特性曲线 工作稳定性四实验电路简介实验电路如图所示。接收天线负责接收空间传输的微弱电信号，经变压器（T）耦合至次级回路。次级回路电感L与电容2C2构成输入谐振回路，调节次级回路电容2C2，当次级回路发生谐振时，无用信号被滤除同时选出有用信号（实验中输入信号由高频信号源提供），作为晶体管BG1的输入信号。经晶体管BG1放大后，被集电极负载（LC并联谐振回路）进一步选频，由晶体管BG2再次放大后输出。图中开关2K2拨至“单”时为单调谐放大器

5、；谐振回路总电感L= 2L1+2L2+2L3+2L4，总电容C=2C4+2C5+2C7+2C9+Coe+Cie；为了考虑回路电阻对回路品质因数Q的影响，开关2K1闭合接入阻尼 电阻2R3。开关2K2拨至“双”时双调谐放大器，初级回路总电感L= 2L1+2L2；初级回路总电容C=2C4+2C5+Coe2；次级回路总电感L=2L3+2L4，次级回路总电容C=2C7+2C9+Cie，2C6为初、次级间耦合电容。单、双调谐放大器谐振频率均为6MHz。图1.1.5 调谐放大器实验电路五实验内容1. 频域测量单调谐放大器幅频特性曲线、谐振频率、通频带、矩形系数、增益 电路连接与设置将调幅与调频接收模块连接

6、+12V电源，打开调谐放大器电源开关；将频谱分析仪SA1010射频输出（RF OUT）连接放大器输入（2Q1）；射频输入（RF IN）连接放大器输出（2Q2）；开关2K1拨至off（断开2R3），2K2拨至“单”。 扫频法测量幅频特性曲线、谐振频率 频谱仪复位：按【preset】键。 设置频谱仪中心频率（放大器的谐振频率）：按【FREQ】键，输入数字6和单位MHz或使用旋钮 调整为6MHz。 开启频谱仪跟踪源：按【Source】键，选择跟踪源 开启；选择功率，使用旋钮调整输出功率为30dBm。注：若曲线顶部仍然被压缩，还要增加参考电平（参见【AMPT】键说明）。 激活频谱仪频标：按【Marke

7、r】键（频标1被激活）。 设置频谱仪扫宽：按【Span】键， 输入数字5和单位MHz或使用旋钮调整为5MHz。 谐振特性调整：用无感起子调节2C2，使输入调谐回路谐振（幅频特性曲线的幅值最大）；反复调节2C5、2C7，使集电极负载调谐回路在6MHz谐振（幅频特性曲线最大值处于6MHz）。 设置最大保持：按【Trace】键，选择最大保持（注：下次测量前要刷新）。 记录或存储幅频特性曲线及中心频率fO。 扫频法测量通频带、矩形系数 频谱仪设置与电路调整：方法同步骤1(2)的、。(若设置未变，可直接进行下一步测量) 激活带宽测量：按【Marker】键频标功能NdB 开启。 设置最大保持：按【Trac

8、e】键最大保持，记录3dB带宽（即2f0.7）。 按【Marker】键频标功能NdB 开启，键入数字20和单位dB，设置最大保持，记录20dB带宽（即2f0.1）。计算矩形系数。记录数剧为：2f0.7=216KHz，2f0.1=1.95MHz，则=9.028 扫频法测量谐振电压增益 频谱仪设置与电路调整：方法同步骤1(2)的、。(若设置未变，可直接进行下一步测量) 设置(0)dB增益基准：将频谱仪射频输出(RF OUT)输入(RF IN)连接放大器输入（2Q1）。按【Marker】键频标差值。 将频谱仪射频输入(RF IN)改接放大器输出(2Q2)。 读取谐振电压增益值AVO(dB)。由数据记

9、录可知：AVO(dB)=27.51dB 测量接入阻尼电阻后的谐振曲线、中心频率、通频带和谐振电压增益2K1拨至“on”接入阻尼电阻2R3。测量方法同上面(2)(3)(4)。数据记录为: 2f0.7=426KHz，2f0.1=1.374MHz，则=3.225AVO(dB)=22.07dB2. 时域测量单调谐放大器增益、动态范围、幅频特性曲线、通频带和矩形系数（需从2Q2撤去“RF IN”电缆线） 测量谐振电压增益AVO（断开阻尼电阻2R3） 放大器输入端(2Q1)接6 MHz、150mVPP高频等幅信号（由信号源F20A提供）。 用示波器双通道同时观测放大器输入端(2TP1)、输出端(2TP2)

10、信号波形。 谐振特性调整：调节谐振电容2C2及2C5、2C7，使回路谐振（输出波形幅值最大）。 记录或存储波形和数据（输入ui、输出uO电压幅值），计算谐振电压增益AVO由数据记录知：Vi=123mV,Vo=3.42V 则 AVO=3.42/0.123=27.805 测量动态范围逐渐增加输入信号幅值至输出电压波形最大不失真，记录输出动态范围uOm。由数据记录知：uOm=5.9V 测量通频带保持ui(150mVPP)不变，改变输入信号频率，测量电压增益下降到0.707AVO时的fH、fL。计算3dB带宽2f0.7=fHfL。由数据记录知：AVO=3.42/0.123*0.707=19.66=25

11、.87dBfl=5.824MHz，Vi=124mv，Vo=2.41v, AVO=19.435=25.77dBfh=6.291MHz, Vi=115mv，Vo=2.21v, AVO=19.217=25.67dB则2f0.7=fHfL=6.291-5.824=0.467MHz3. 频域测量双调谐放大器参数 电路连接与设置将频谱分析仪射频输出（RF OUT）连接放大器输入（2Q1）；射频输入（RF IN）连接放大器输出（2Q2）；开关2K1拨至off（断开2R3），2K2拨至“双”。 测量临界耦合状态幅频特性曲线、中心频率、通频带、矩形系数和谐振电压增益， 频谱仪设置与电路调整：方法同步骤1(2)的

12、、。 谐振特性调整：调节放大器输入谐振回路的谐振电容2C2，使曲线幅值最大；反复调节初、次级回路的谐振电容2C5、2C7和耦合电容2C6，使谐振曲线呈现单峰在6MHz幅值最大 (此时即为临界耦合状态) 。 记录或存储谐振特性曲线、谐振频率fo；测量通频带、矩形系数和谐振电压增益(方法同步骤1(3)(4) 由数据记录知：2f0.7=282KHz，2f0.1=834KHz，则=2.957AVO=28.07dB 测量强耦合状态下谐振特性曲线、通频带、矩形系数、幅值和谐振电压增益，方法同上。电路调整：调节2C2，使回路谐振；反复调节初、次级回路的谐振电容2C5、2C7和耦合电容2C6，使谐振曲线呈现以6MHz对称的双峰且幅值最大。（注意：峰谷不能小于0.707uom）。 测量弱耦合状态下谐振特性曲线、通频带、矩形系数和谐振电压增益，方法同上（选作）。六思考题1.分析阻尼电阻2R3对调谐放大器通频带和选择性的影响。由数据可知：未接电阻时,N(3)=216kHz，N(20)=1.95MHz，AVO=27.51dB， 接了电阻后，N(3)=426kHz，N(20)=1.37