实验报告
课程名称：通信原理实验指导老师：金向东成绩：__________________ 实验名称：小信号调谐放大器实验类型：基础实验同组学生姓名：王景 一、实验目的和要求
（1）掌握小信号调谐放大器的工作原理； （2）掌握频谱分析仪的基本使用方法；
（3）掌握调谐放大器电压增益，通频带及选择性的定义、测试及计算方法。 二、实验内容和原理
小信号调谐放大器广泛用作高频和中频放大器，特别是用在通信接收端的前端电路，其主要目的就是实现对高频小信号的放大。谐振放大器的负载是采用谐振回路，具有放大、滤波和选频的作用。作为负载的谐振回路，通常采用LC 组成的并联谐振电路。由于LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，并联谐振回路在谐振频率出呈现纯电阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，增益将减小。 1、单调谐放大器电路分析
下图是典型的单调谐回路小信号放大器，其交流等效电路及y 参数等效电路如下图。在y 参数等效电路中，在单调谐放大器级联的情况下，下级放大器输入负载只考虑yie2，yre2的影响忽略不计。
电压增益：A =
v
-p 1p 2y fe
22
G p +p 12g oe +p 2g ie 2+jw (C +p 12C oe +p 2C ie 2) +
jwL
22
令：g ∑=G p +p 1g oe +p 2g ie 2 2C ∑=C +p 12C oe +p 2C ie 2
则：A v =
-p 1p 2y fe
≈
12Q L ∆f
g ∑+jwC ∑+g ∑[1+j ]
jwL f 0
-p 1p 2y fe
式中，f 0=
1
是放大器的调谐回路谐振频率；
2πLC ∑
∆f =f -f 0是工作频率对谐振频率的失谐；
w 0C ∑
Q L =是回路的有载品质因数；
g ∑
小信号单调谐放大器的3dB 带宽与简单的谐振回路相同，BW 3dB =2∆f 0. 707=
f 0
Q L
所以：g ∑=
w 0C ∑
=2πC ∑2∆f 0. 707 Q L
又因为：A vo =
-p 1p 2y fe
g ∑
≈
-p 1p 2y fe 2πC ∑2∆f 0. 707
-p 1p 2y fe 2πC ∑
所以：A vo ⋅BW =A vo 2∆f 0. 707=
即当晶体管选定，电路确定好以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数，带宽越窄，增益越高，反之亦然。
调谐放大器的选频特性可以由矩形系数来描述，通过推导，LC 并联谐振回路构成的但调谐放大器，其矩形系数K 择性不是很好。
2、调谐放大器的级联和双调谐放大器
双调谐放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，
v 0. 1=
BW 20dB 2∆f 0. 1
==2-1≈9. 95。数值远大于1，选
BW 3dB 2∆f 0. 707
从而在通信接收设备中广泛应用。双调谐耦合谐振回路常用互感耦合谐振回路和电容耦合谐振回路两种，本实验采用电容耦合谐振回路。
在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。
v 0-p 1p 2y fe 双调谐放大器的电压增益为：A vo =- =
v i 2g ∑
通频带：当弱耦合时，幅频特性呈现为单峰；强耦合时，出现双峰；临界耦合时，呈现较平坦的顶部，此时双调谐放大器的通频带为：BW =2∆f 0. 7=3、实验电路分析
实验电路图如下图所示。该电路由晶体管Q3、选频回路两部分组成。本实验中谐振频率接近10.7MHz ，调整T1的电感量可改变谐振频率。作为双调谐放大器，T1,T2需要同时进行调整。基极偏置电阻WR2、R17、R18和射极电阻R19决定晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。
2f 0
Q L
通过开关SW3的切换，可以改变电路形式或选择不同耦合电容。当SW3两位拨码开关设成“00”，即都设为“OFF ”时，电路就成为单调谐放大器了，信号从JP5输出。当SW3设成其他状态时，电路为双调谐放大器，切换不同的耦合电容从而改变耦合系数，进而影响电路的选频特性。 三、主要仪器设备
实验板No01 1块 信号源
1台 1台
双踪示波器
频谱分析仪（含TG ） 万用表
四、实验步骤和数据记录 1、单调谐小信号放大器实验 （1）测试电路搭建
本实验采用带跟踪源的频谱仪进行测试。
连接实验板及测试设备，实验板的SW3设为“00”状态，频谱分析仪的跟踪源输出连接实验板输出接口JP4，频谱分析仪的射频输入端连接实验板输出接口JP5，并打开电源。 （2）晶体管的静态工作点调整
在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量TP10对地电压（即电阻R19两端的电压），此时电压表读数为VEQ=1.407V，调整可调电阻WR2，使VEQ=1.502V，满足要求的1.5V 。已知R19=470Ω，可计算出此时的IEQ=VEQ/R19=1.502/470=3.196×10-3。 （3）频谱分析仪设置
将频谱分析仪复位，设定中心频率为10.7MHz ，扫宽度为20MHz ，参考电平为20dBm ； 进入跟踪源TG 设置，设定输出功率为-20dBm ，并打开跟踪源；
通过以上设定后，屏幕上显示出小信号调谐放大器的传输特性曲线如下图所示。
1台 1台
（4）谐振频率测试
读取光标的频率值即为谐振频率，图中频率值为10.6MHz ；
另一种频率计测量方式：【Marker Fctn】【频率计数】，右上角显示的为谐振频率，同样为10.6MHz 。
（5）谐振增益测试
与以上步骤一致，设定频谱分析仪。按【Peak 】读取光标位置的功率值记为P0，读出P0=1.81dBm，而此时的输入功率为跟踪源的输出功率，记为Pi ，则Pi=-20dBm；
功率增益即为G=P0-Pi=21.81dBm。 （6）通频带测试
方法1：按【Peak 】将光标定位到峰值位置；按【Marker 】【差值】，将光标移动到-3dB 位置；再按【差值】，将参考光标移动到另一边的-3dB 位置。此时读取到的差值光标频率值，记为3dB 通频带，记为BW3dB ，
读数为1.1MHz ；
方法2：采用频谱仪的带宽测量功能，按【Marker Fctn】【N dB带宽】【3】【dB 】，屏幕显示的就是3dB 带宽值，同样为1.1MHz 。 （7）选择性测试
电路的选择性可以用矩形系数来表征。采用与通频带测试相同的方法测量-20dB 的带宽，测试结果BW20dB=12.867MHz。
则Kv0.1=BW20dB/BW3dB=12.867/1.1=11.70；
理论上，矩形系数越接近于1，曲线就越接近于矩形，滤出临近波道干扰信号的能力越强，选择性越好。现在计算结果远大于1，说明单调谐放大器的选择性不是太理想。 （8）静态工作点对谐振放大器增益和带宽的影响
晶体管在不同的工作电流下，放大倍数也有所不同。因此，静态工作点也影响到调谐放大器的谐振增益和带宽。在输入为-20dBm 不变的条件下，将晶体管的工作电流IC 从
1mA
调整到5mA ，测量其谐振增益和带宽填入下表，据此可以判断增益和带宽随工作电流变化的趋势。 静态工作点影响测试表
由于1mA 已超出工作电流的调节范围，因此表格数据从2mA 处开始记录。
根据表中数据绘出增益和带宽随工作电流变化的曲线图，从图中曲线的走势来看，增益随工作电流的增大而减缓增速且趋于稳定，而带宽受工作电流变化的影响不明显，基本在小范围内上下浮动。
但理论上电路达到谐振状态以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数，随着静态工作点的增大，带宽会继续增大，而增益的变化趋势相反，即逐渐减小。
2、双调谐小信号放大器实验 （1）测试电路搭建
采用与单调谐小信号放大器实验相同的方式连接实验板及测试设备，不同的是实验板的SW3设为“10”状态，输入信号接JP4，输出信号出自JP6，并打开电源。将电路的静态工作电流调整到3mA 左右。 （2）耦合状态观测
实验板SW3状态的改变也就改变了双调谐放大器的耦合度。分别将SW3设成“10”，“01”和“11”，观测在弱耦合、临界耦合和强耦合条件下放大器的传输特性，结果如下图。 弱耦合“01”
临界耦合“10”
强耦合“11”
（3）谐振增益测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的谐振增益，并与单调谐的谐振增益进行比较。 测试结果为P0=1.81dBm，G=P0-Pi=21.81dBm，可以看出两者谐振增益差别不大。 （4）通频带测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的通频带，并与单调谐放大器进行比较。 测试结果为933.33k （-3dB ），与单调谐放大器的1.1MHz 近似相等。虽然理论上双调谐放大器的通频带应该更宽，但可能是仪器测量的误差所致。 （5）选择性测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的矩形系数Kv0.1，并与单调谐放大器的矩形系数Kv0.1比较。
测量结果为2.93M （-20dB ），结合（5）中的结果计算可得双调谐放大器的矩形系数Kv0.1=2.93M/933.33k=3.14
五、思考题
1、高频小信号放大器的主要技术指标有哪些？
主要技术指标有：谐振频率f0，谐振增益AVO ，通频带B （常用的有BW3dB 和BW20dB ），增益带宽积，选择性，矩形系数Kv0.1，稳定性和噪声系数等。
2、单级单调谐放大器的电压增益与哪些因素有关？当谐振回路中的并联电阻R 变化时，增益及带宽将怎样变化？当谐振放大器的静态工作点变化时，增益及带宽将怎样变化？
单级单调谐放大器的电压增益与晶体管的电流放大系数，谐振电路的品质因数、LC 值，可变电阻接入阻值、温度等因素有关；若原来的R 值已使电路谐振，谐振增益已达到最大，再增大R 值，由于增益带宽积基本不变，会使增益变大，带宽变小；当静态工作电流变大时，带宽随之变大，由于增益带宽积基本不变，增益会变小。
3、回路的谐振频率与哪些参数有关？如何判断谐振回路处于谐振状态？
回路的谐振频率与谐振频率f0、L 、C 值有关；LC 并联电路中，谐振回路阻抗最大且为纯电阻时，电路增益达到最大值，谐振回路处于谐振状态。
六、讨论与心得
本次实验回顾了小信号放大器的性能指标及其理论计算方法，谐振频率及其影响因素，带宽，谐振增益等概念；对于矩形系数和放大器的选择性之间的联系有了新的认识，借助教材上的示意图，直观的明白了矩形系数的定义及命名原因，从而理解了为什么矩形系数越接
近于1放大器的选择性越好这一规律。同时也对单调谐和双调谐放大器的选择性进行了比较，了解了双调谐放大器的选择性更好的优点；增益带宽积的概念也是第一次接触，但是对增益和带宽的限制因素理解不够深入，只知道当电路达到谐振状态后，增益带宽积不再改变，但具体问哪些因素会引起增益和带宽的怎样的变化时，不能从电路原理本身来进行分析，可能也与模拟电路和数字电路的学习基础不够牢固有关。
另一方面，在做实验的过程中还是缺乏自主分析和解决问题的能力。开关SW3的设置虽然通过频谱分析仪的成像可以猜测出不同开关模式具体对应了哪种耦合方式，但确实还是需要老师指导的，因为教材上电路原理图标注的并不清楚。但像实物连接这种最基本的操作，只要花一些时间预习原理部分，是完全可以独立完成的，但多数时候还是贪图方便直接去问老师了，养成懒惰的习惯不好，需要在独立操作和请教老师之间做好平衡吧。
最后一点希望以后能做到提前预习，虽然在没有预习的情况下也能顺利完成实验操作，但是预习过后可以在操作过程中形成自己的想法和问题，有利于之后实验数据的整理和实验报告的撰写。
实验报告
课程名称：通信原理实验指导老师：金向东成绩：__________________ 实验名称：小信号调谐放大器实验类型：基础实验同组学生姓名：王景 一、实验目的和要求
（1）掌握小信号调谐放大器的工作原理； （2）掌握频谱分析仪的基本使用方法；
（3）掌握调谐放大器电压增益，通频带及选择性的定义、测试及计算方法。 二、实验内容和原理
小信号调谐放大器广泛用作高频和中频放大器，特别是用在通信接收端的前端电路，其主要目的就是实现对高频小信号的放大。谐振放大器的负载是采用谐振回路，具有放大、滤波和选频的作用。作为负载的谐振回路，通常采用LC 组成的并联谐振电路。由于LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，并联谐振回路在谐振频率出呈现纯电阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，增益将减小。 1、单调谐放大器电路分析
下图是典型的单调谐回路小信号放大器，其交流等效电路及y 参数等效电路如下图。在y 参数等效电路中，在单调谐放大器级联的情况下，下级放大器输入负载只考虑yie2，yre2的影响忽略不计。
电压增益：A =
v
-p 1p 2y fe
22
G p +p 12g oe +p 2g ie 2+jw (C +p 12C oe +p 2C ie 2) +
jwL
22
令：g ∑=G p +p 1g oe +p 2g ie 2 2C ∑=C +p 12C oe +p 2C ie 2
则：A v =
-p 1p 2y fe
≈
12Q L ∆f
g ∑+jwC ∑+g ∑[1+j ]
jwL f 0
-p 1p 2y fe
式中，f 0=
1
是放大器的调谐回路谐振频率；
2πLC ∑
∆f =f -f 0是工作频率对谐振频率的失谐；
w 0C ∑
Q L =是回路的有载品质因数；
g ∑
小信号单调谐放大器的3dB 带宽与简单的谐振回路相同，BW 3dB =2∆f 0. 707=
f 0
Q L
所以：g ∑=
w 0C ∑
=2πC ∑2∆f 0. 707 Q L
又因为：A vo =
-p 1p 2y fe
g ∑
≈
-p 1p 2y fe 2πC ∑2∆f 0. 707
-p 1p 2y fe 2πC ∑
所以：A vo ⋅BW =A vo 2∆f 0. 707=
即当晶体管选定，电路确定好以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数，带宽越窄，增益越高，反之亦然。
调谐放大器的选频特性可以由矩形系数来描述，通过推导，LC 并联谐振回路构成的但调谐放大器，其矩形系数K 择性不是很好。
2、调谐放大器的级联和双调谐放大器
双调谐放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，
v 0. 1=
BW 20dB 2∆f 0. 1
==2-1≈9. 95。数值远大于1，选
BW 3dB 2∆f 0. 707
从而在通信接收设备中广泛应用。双调谐耦合谐振回路常用互感耦合谐振回路和电容耦合谐振回路两种，本实验采用电容耦合谐振回路。
在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。
v 0-p 1p 2y fe 双调谐放大器的电压增益为：A vo =- =
v i 2g ∑
通频带：当弱耦合时，幅频特性呈现为单峰；强耦合时，出现双峰；临界耦合时，呈现较平坦的顶部，此时双调谐放大器的通频带为：BW =2∆f 0. 7=3、实验电路分析
实验电路图如下图所示。该电路由晶体管Q3、选频回路两部分组成。本实验中谐振频率接近10.7MHz ，调整T1的电感量可改变谐振频率。作为双调谐放大器，T1,T2需要同时进行调整。基极偏置电阻WR2、R17、R18和射极电阻R19决定晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。
2f 0
Q L
通过开关SW3的切换，可以改变电路形式或选择不同耦合电容。当SW3两位拨码开关设成“00”，即都设为“OFF ”时，电路就成为单调谐放大器了，信号从JP5输出。当SW3设成其他状态时，电路为双调谐放大器，切换不同的耦合电容从而改变耦合系数，进而影响电路的选频特性。 三、主要仪器设备
实验板No01 1块 信号源
1台 1台
双踪示波器
频谱分析仪（含TG ） 万用表
四、实验步骤和数据记录 1、单调谐小信号放大器实验 （1）测试电路搭建
本实验采用带跟踪源的频谱仪进行测试。
连接实验板及测试设备，实验板的SW3设为“00”状态，频谱分析仪的跟踪源输出连接实验板输出接口JP4，频谱分析仪的射频输入端连接实验板输出接口JP5，并打开电源。 （2）晶体管的静态工作点调整
在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量TP10对地电压（即电阻R19两端的电压），此时电压表读数为VEQ=1.407V，调整可调电阻WR2，使VEQ=1.502V，满足要求的1.5V 。已知R19=470Ω，可计算出此时的IEQ=VEQ/R19=1.502/470=3.196×10-3。 （3）频谱分析仪设置
将频谱分析仪复位，设定中心频率为10.7MHz ，扫宽度为20MHz ，参考电平为20dBm ； 进入跟踪源TG 设置，设定输出功率为-20dBm ，并打开跟踪源；
通过以上设定后，屏幕上显示出小信号调谐放大器的传输特性曲线如下图所示。
1台 1台
（4）谐振频率测试
读取光标的频率值即为谐振频率，图中频率值为10.6MHz ；
另一种频率计测量方式：【Marker Fctn】【频率计数】，右上角显示的为谐振频率，同样为10.6MHz 。
（5）谐振增益测试
与以上步骤一致，设定频谱分析仪。按【Peak 】读取光标位置的功率值记为P0，读出P0=1.81dBm，而此时的输入功率为跟踪源的输出功率，记为Pi ，则Pi=-20dBm；
功率增益即为G=P0-Pi=21.81dBm。 （6）通频带测试
方法1：按【Peak 】将光标定位到峰值位置；按【Marker 】【差值】，将光标移动到-3dB 位置；再按【差值】，将参考光标移动到另一边的-3dB 位置。此时读取到的差值光标频率值，记为3dB 通频带，记为BW3dB ，
读数为1.1MHz ；
方法2：采用频谱仪的带宽测量功能，按【Marker Fctn】【N dB带宽】【3】【dB 】，屏幕显示的就是3dB 带宽值，同样为1.1MHz 。 （7）选择性测试
电路的选择性可以用矩形系数来表征。采用与通频带测试相同的方法测量-20dB 的带宽，测试结果BW20dB=12.867MHz。
则Kv0.1=BW20dB/BW3dB=12.867/1.1=11.70；
理论上，矩形系数越接近于1，曲线就越接近于矩形，滤出临近波道干扰信号的能力越强，选择性越好。现在计算结果远大于1，说明单调谐放大器的选择性不是太理想。 （8）静态工作点对谐振放大器增益和带宽的影响
晶体管在不同的工作电流下，放大倍数也有所不同。因此，静态工作点也影响到调谐放大器的谐振增益和带宽。在输入为-20dBm 不变的条件下，将晶体管的工作电流IC 从
1mA
调整到5mA ，测量其谐振增益和带宽填入下表，据此可以判断增益和带宽随工作电流变化的趋势。 静态工作点影响测试表
由于1mA 已超出工作电流的调节范围，因此表格数据从2mA 处开始记录。
根据表中数据绘出增益和带宽随工作电流变化的曲线图，从图中曲线的走势来看，增益随工作电流的增大而减缓增速且趋于稳定，而带宽受工作电流变化的影响不明显，基本在小范围内上下浮动。
但理论上电路达到谐振状态以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数，随着静态工作点的增大，带宽会继续增大，而增益的变化趋势相反，即逐渐减小。
2、双调谐小信号放大器实验 （1）测试电路搭建
采用与单调谐小信号放大器实验相同的方式连接实验板及测试设备，不同的是实验板的SW3设为“10”状态，输入信号接JP4，输出信号出自JP6，并打开电源。将电路的静态工作电流调整到3mA 左右。 （2）耦合状态观测
实验板SW3状态的改变也就改变了双调谐放大器的耦合度。分别将SW3设成“10”，“01”和“11”，观测在弱耦合、临界耦合和强耦合条件下放大器的传输特性，结果如下图。 弱耦合“01”
临界耦合“10”
强耦合“11”
（3）谐振增益测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的谐振增益，并与单调谐的谐振增益进行比较。 测试结果为P0=1.81dBm，G=P0-Pi=21.81dBm，可以看出两者谐振增益差别不大。 （4）通频带测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的通频带，并与单调谐放大器进行比较。 测试结果为933.33k （-3dB ），与单调谐放大器的1.1MHz 近似相等。虽然理论上双调谐放大器的通频带应该更宽，但可能是仪器测量的误差所致。 （5）选择性测试
在临界耦合状态下，测试双调谐放大器的矩形系数Kv0.1，并与单调谐放大器的矩形系数Kv0.1比较。
测量结果为2.93M （-20dB ），结合（5）中的结果计算可得双调谐放大器的矩形系数Kv0.1=2.93M/933.33k=3.14
五、思考题
1、高频小信号放大器的主要技术指标有哪些？
主要技术指标有：谐振频率f0，谐振增益AVO ，通频带B （常用的有BW3dB 和BW20dB ），增益带宽积，选择性，矩形系数Kv0.1，稳定性和噪声系数等。
2、单级单调谐放大器的电压增益与哪些因素有关？当谐振回路中的并联电阻R 变化时，增益及带宽将怎样变化？当谐振放大器的静态工作点变化时，增益及带宽将怎样变化？
单级单调谐放大器的电压增益与晶体管的电流放大系数，谐振电路的品质因数、LC 值，可变电阻接入阻值、温度等因素有关；若原来的R 值已使电路谐振，谐振增益已达到最大，再增大R 值，由于增益带宽积基本不变，会使增益变大，带宽变小；当静态工作电流变大时，带宽随之变大，由于增益带宽积基本不变，增益会变小。
3、回路的谐振频率与哪些参数有关？如何判断谐振回路处于谐振状态？
回路的谐振频率与谐振频率f0、L 、C 值有关；LC 并联电路中，谐振回路阻抗最大且为纯电阻时，电路增益达到最大值，谐振回路处于谐振状态。
六、讨论与心得
本次实验回顾了小信号放大器的性能指标及其理论计算方法，谐振频率及其影响因素，带宽，谐振增益等概念；对于矩形系数和放大器的选择性之间的联系有了新的认识，借助教材上的示意图，直观的明白了矩形系数的定义及命名原因，从而理解了为什么矩形系数越接
近于1放大器的选择性越好这一规律。同时也对单调谐和双调谐放大器的选择性进行了比较，了解了双调谐放大器的选择性更好的优点；增益带宽积的概念也是第一次接触，但是对增益和带宽的限制因素理解不够深入，只知道当电路达到谐振状态后，增益带宽积不再改变，但具体问哪些因素会引起增益和带宽的怎样的变化时，不能从电路原理本身来进行分析，可能也与模拟电路和数字电路的学习基础不够牢固有关。
另一方面，在做实验的过程中还是缺乏自主分析和解决问题的能力。开关SW3的设置虽然通过频谱分析仪的成像可以猜测出不同开关模式具体对应了哪种耦合方式，但确实还是需要老师指导的，因为教材上电路原理图标注的并不清楚。但像实物连接这种最基本的操作，只要花一些时间预习原理部分，是完全可以独立完成的，但多数时候还是贪图方便直接去问老师了，养成懒惰的习惯不好，需要在独立操作和请教老师之间做好平衡吧。
最后一点希望以后能做到提前预习，虽然在没有预习的情况下也能顺利完成实验操作，但是预习过后可以在操作过程中形成自己的想法和问题，有利于之后实验数据的整理和实验报告的撰写。