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小信号调谐放大器的工作原理

时间:2023-04-15 08:51:21

1. 实验的目的
 
1. 进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。
 
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的各种技术参数(电压放大倍数、通带、方系数)的测试。
 
2. 实验之中使用的仪器
 
1. 小信号调谐放大器实验板。
 
2. 20MH双踪示波器。
 
3. 万用表。
 
4. 扫描仪(可选)。
 
3. 实验的基本原理和电路
 
1. 小信号调谐放大器的基本原理。
 
小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主电路,其功能是在一定频率范围之内有选择地放大高频小信号。所谓“小信号”通常是指输入信号的电压一般在微伏到毫伏数量级左右,放大这个信号的放大器工作在线性范围。所谓“调谐”主要是指放大器的集电极负载是一个调谐电路(如一个LC调谐电路。种放大器对谐振频率和邻近频率的信号放大效果最强,而对其它较远频率的信号放大效果很差。
 
 
小信号调谐放大器的技术参数如下:
 
收益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力。
 
稳定性:电路的稳定性是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频放大器,当电路参数随温度等因素变化时,会出现明显的增益变化、中心频率偏移、频率特性曲线扭曲,甚至出现自激振荡。由于高频放大器工作在高频时,晶体管之中存在很强的反馈和寄生反馈,容易产生自激。因此,必须采取各种措施来保证电路的稳定性,如合理设计电路,限制每级的增益,并采取必要的工艺措施等。
 
噪声系数:为了提高接收机的灵敏度,有必要尽量降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成。降低噪声系数的关键是降低前级电路的内部噪声。因此,在设计前置放大器时,要求采用低噪声器件,合理设置工作电流等,使放大器的噪声系数在尽可能高的功率增益之下达到最小。。
 
2. 参差调谐放大器。
 
多级单调谐放大器级联后,总放大倍数等于各级单调谐放大器放大倍数的乘积,提高了选择性,但总通带变窄。。与单级单调谐放大器相比,具有相同QL值的N级调谐电路的总通带降低因子。由于n>1,总的通带必须减小。如果采用降低QL值的方法来加宽通带,则选择性太差,谐振增益太低。必须采取其他措施来兼顾这两个方面,双交错调谐放大器是常用的方法之一。。
 
这种调谐放大器在电路硬件形式之上与多级放大器没有什么区别,只是在调谐频率点之上有区别。所谓双交错调谐,就是将两级单调谐环路放大器的谐振频率分别调整为略高于和略低于信号的中心频率。假设信号的中心频率为f0,则第一级调谐到f0△fd,第二级调谐到f0-△fd(△fd是单个谐振电路的谐振频率与信号的中心频率之差)。由于各级回路的谐振频率是交错的,所以称之为交错调谐放大器。对于单谐振电路,它工作在失谐状态,±△fd/f0称为交错失谐量。。若考虑谐振电路品质因子QL的影响,则对应的±≠0=±QL(2△fd/f0)称为广义方差失谐量。
 
当两个交错调谐回路的QL值相同时,可以将两个相同的频率特性曲线向右移动,左乘±≠0,然后将它们的纵坐标分贝数相加,得到交错调谐环路特性的积分频率,。由于两个环路在f0处处于失谐状态,谐振点处的总增益减小,这使得合成频率曲线相对平坦,并展宽了总通带。交错调谐电路的综合频率特性与广义交错失谐量φ0有关。0越小,越尖锐,越大,越扁平是的。当η0大到一定程度时,由于f0处失谐过于严重,积分频率特性曲线会出现马鞍形双峰。。
 
理论推导表明,当ا0<。在1处,综合频率特性曲线为单峰。ξ0。1点钟方向是双峰。0=1是两者之间的分界线,相当于单峰之中最平坦的情况。值越大,说明两峰间的距离越远,下方凹陷越严重。
 
3. 实验电路。
 
小信号交错调谐放大器实验电路如图所示。
 
小信号交错调谐放大器实验电路。
 
4. 实验内容
 
1. 静态工作点和谐振电路的调整。
 
2. 放大器幅频特性及通带测试。
 
3. 测试品质因数对放大器幅频特性及通带的影响。
 
附注:为了增加模块功能,将原来的A9"小信号谐振放大器"模块改进为"高频小信号交错调谐放大器"模块,由原来的一级高频调谐放大器改进为两级高频调谐放大器,从而可以进行交错调谐扩展通频带的相关实验。实验前请注意以下几点:
 
1. 高频小信号放大器的输入中心频率f0为10.7MHz,所需幅值仅为10—30 mV。两级放大增益相对较高。如果输入过大,输出波形会严重失真。请大家注意。
 
2. 交错调谐放大器的第一级谐振点略低于10.7MHz,第二级谐振点略高于10.7MHz,形成了以10.7MHz为中心频率、下方对称凹陷的通带特性。。不要将两个谐振点调整到同一频率,否则电路可能会产生自激。
 
3. 用扫频器可以直接观察放大器的通带特性,但必须注意的是,扫频器输出的衰减要大于40—45 dB,否则输入信号过大会使电路过载,严重失真所观察到的通带特性。

5. 实验步骤
 
1. 静态工作点和谐振电路的调整。
 
⑴ 在实验箱主板之上插入小信号参差调谐放大器实验电路模块。打开实验箱之上的电源开关,电源指示灯亮。跳线闭塞开关J1接端子2-3,以实验箱LC晶体振荡器和晶体正弦波振荡电路模块的10.7MHz信号为信号源,幅度调节在10 mV-20 mV,接小信号调谐放大器实验电路IN1。
 
⑵ 在第一级小信号调谐放大器的输出端(TP2),用示波器观察第一级放大之后的信号,调节电位器W1和微调电容器C7,使输出信号幅度最大化。
 
(3) 在第二级小信号调谐放大器的输出端(TP3),用示波器观察第一级和第二级的放大信号,调节电位器W2和微调电容器C12,使输出信号幅度最大。
 
注意:当两级放大器的中心频率完全相同时,如果每级增益过大,容易产生高频自激。因此,当发现电路有自激倾向时,可以适当调整W1和W2,降低工作点电流,以稍微降低每级的增益,或对两级调谐放大器的微调电容进行幅度相反的微调,预设为交错调谐模式,可有效消除自激倾向。
 
2. 用扫频仪直接观察放大器的通带特性。
 
必须注意的是,扫频器的输出衰减约为40—45 dB,否则输入信号过大,会使电路过载,严重扭曲所观察到的通带特性。具体实验步骤如下:。
 
(1)在实验箱之上安装LC和晶体正弦波振荡电路模块,通过高频电缆使晶体振荡器产生稳定的10.7MHz信号,注入到选择“内部频率标准”,将“频率标准幅度”旋钮调至最大,并适当减小“扫频宽度”,以扩大屏幕区域的可见频率范围。通过左右转动“中心频率”旋钮,找到由10.7MHz信号产生的前端总线标点符号,并将其移动到屏幕中心的垂直中心线。后,不要随意转动“中心频率”旋钮。(你可以暂时把“频标法”改成“10:1”,并且观察此时在屏幕中心的垂直中心线之上由外部频率标准指示的频率值,以验证10.7MHz的f0中心频率确实已经被调整到屏幕中心。然后恢复FSB)。
 
⑵ 交直流开关选择“交流”状态,×1/×10开关选择×1状态,极性开关选择“”状态。
 
(3)将扫频器扫频输出探头连接到TP1(放大器输入)测试钩之上,探头接地线夹邻近接地良好。
 
(4)将扫频器的检测输入探头连接到TP3的测试钩(放大器输出2)之上,将探头接地夹与扫频输出探头接地夹在同一点接地。放大器的频率特性曲线现在应该出现在屏幕之上。
 
⑸仔细观察得到的放大器频率特性曲线,分析其形状是否基本符合要求。分别缓慢调节两级放大器的调谐回路,区分每级对应的谐振峰的大致位置,(如果两级放大器的调谐回路频率太接近,则需要将调谐分量稍微调整到相反的方向,并注意始终保持曲线的形状。基本上与FSB所在的中心垂直线对称)。如果发现两个峰值的幅度相差较大,可以分别调节电位器W1和W2,使各电平的增益分布趋于合适。。
 
⑹ 缓慢、小心地调节两级放大器的调谐回路,使曲线为≠0<。1(单一),x0。1(双峰)与≠0=1(最平坦的单峰,这是后两者的分界线)及几种不同情况。
 
 
3. 放大器的放大倍数及通带测试。
 
(一)放大倍数试验。
 
用示波器测量电压TP1端子的Ui和电压OU的OUT终端分别。。
 
(2)传送带测试。
 
利用频率扫描器屏幕之上的垂直刻度和外部频率标记所指示的频率,绘制放大器的幅频特性曲线,粗略估计3 dB带宽点对应的频率值和对应的≠0值。
 
 
6. 实验报告要求
 
1. 根据实验步骤整理得到的数据,完成放大器幅频特性曲线的绘制。
 
2. 基于实验数据分析交错谐振放大器调谐到不同量值时对通带的影响。
 
3. 总结从这次实验之中获得的经验。
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