小信号调谐(单调谐)放大器实验

实验一 高频小信号单调谐放大器实验

一、实验目的

1. 掌握小信号单调谐放大器的基本工作原理；

2. 掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算； 3. 了解高频单调谐小信号放大器动态范围的测试方法； 4. 了解BT3C-B频率特性测试仪的使用方法。

二、实验原理

图1 高频小信号调谐放大器电路

小信号单谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1所示。该电路由晶体管G1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。

表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，

谐振电压放

7

大倍数Au0，放大器的通频带BW0.7及选择性（通常用矩形系数K0.1来表示）等。

放大器各项性能指标及测量方法如下： 1.谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

f0

12

LC



式中，L为调谐回路电感线圈的电感量； C为调谐回路的总电容，C的表达式为

2

CCn1Coe

式中， Coe为晶体管的输出电容； n1为初级线圈抽头系数；n2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f0的测量方法是：

用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T1的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。

2.电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数Au0称为调谐放大器的电压放大倍数。Au0的表达式为

Au0

u0ui



n1n2yfe

g



n1n2yfe

n1goen2gLge0

2

2

式中，g为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复

数，所以谐振时输出电压u0与输入电压ui相位差不是180º而是为180º+Φfe。

Au0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1中输出信号u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数Au0由下式计算：

Au0 = u0 / ui 或 Au0 = 20 lg (u0 /ui) dB 3.通频带

8

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Au下降到谐振电压放大倍数Au0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW0.7 = 2△f0.7 = f0/Qe

式中，Qe为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数Au0与通频带BW的关系为

Au0BW0.7

yfe2C

上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C为定值时，谐振电压放大倍数Au0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。

通频带BW0.7的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使

其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数Au0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS不变），并测出对应的电压放大倍数Au0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。

可得： BW0.7fHfL2f0.7

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

4.选择性——矩形系数

9

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数K0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数K0.1为电压放大倍数下降到0.1 Au0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 AV0时对应的频率偏移之比，即

K0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 = 2△f0.1/ BW0.7

上式表明，矩形系数K0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数K0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数K0.1。

三、实验步骤

1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的各测试点及可调器件（具体指出）。

2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。

图1-3 高频小信号调谐放大器测试连接框图

3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)

4.调整晶体管的静态工作点：

在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VEQ＝4.8V，

10

记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ /R5。

5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。 6.调节信号源“幅度”和“频率”，使其输出频率为12MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。

7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：

将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。

8.测量电压增益Au0

在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Au0即为输出信号与输入信号幅度之比。

9.测量放大器通频带

对放大器通频带的测量有两种方式，

其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；

其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：

通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。

10.测量放大器的选择性

11

描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数，这里用K0.1

来表示：

K

式中，2f

0.1

2f2f

0.01

0.7

0.7

为放大器的通频带；2f

为相对放大倍数下降至0.1时

0.1

带宽。用第9步中的方法，我们就可以测出2f得到K

r0.1

0.7

、2f

的大小，从而

0.1

的值

注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。

四、实验报告要求

1．写明实验目的。

2．画出实验电路的直流和交流等效电路。 3．计算直流工作点，与实验实测结果比较。 4．整理实验数据，并画出幅频特性(请用坐标纸)。

五、实验仪器

1. 高频实验箱 1台 2. TD1002数字存储示波器 1台 3. 万用表 1块 4. BT3C-B频率特性测试仪 1台 5. 高频信号源 1台

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实验一 高频小信号单调谐放大器实验

一、实验目的

1. 掌握小信号单调谐放大器的基本工作原理；

2. 掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算； 3. 了解高频单调谐小信号放大器动态范围的测试方法； 4. 了解BT3C-B频率特性测试仪的使用方法。

二、实验原理

图1 高频小信号调谐放大器电路

小信号单谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1所示。该电路由晶体管G1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。

表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，

谐振电压放

7

大倍数Au0，放大器的通频带BW0.7及选择性（通常用矩形系数K0.1来表示）等。

放大器各项性能指标及测量方法如下： 1.谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

f0

12

LC



式中，L为调谐回路电感线圈的电感量； C为调谐回路的总电容，C的表达式为

2

CCn1Coe

式中， Coe为晶体管的输出电容； n1为初级线圈抽头系数；n2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f0的测量方法是：

用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T1的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。

2.电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数Au0称为调谐放大器的电压放大倍数。Au0的表达式为

Au0

u0ui



n1n2yfe

g



n1n2yfe

n1goen2gLge0

2

2

式中，g为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复

数，所以谐振时输出电压u0与输入电压ui相位差不是180º而是为180º+Φfe。

Au0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1中输出信号u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数Au0由下式计算：

Au0 = u0 / ui 或 Au0 = 20 lg (u0 /ui) dB 3.通频带

8

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Au下降到谐振电压放大倍数Au0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW0.7 = 2△f0.7 = f0/Qe

式中，Qe为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数Au0与通频带BW的关系为

Au0BW0.7

yfe2C

上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C为定值时，谐振电压放大倍数Au0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。

通频带BW0.7的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使

其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数Au0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS不变），并测出对应的电压放大倍数Au0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。

可得： BW0.7fHfL2f0.7

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

4.选择性——矩形系数

9

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数K0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数K0.1为电压放大倍数下降到0.1 Au0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 AV0时对应的频率偏移之比，即

K0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 = 2△f0.1/ BW0.7

上式表明，矩形系数K0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数K0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数K0.1。

三、实验步骤

1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的各测试点及可调器件（具体指出）。

2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。

图1-3 高频小信号调谐放大器测试连接框图

3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)

4.调整晶体管的静态工作点：

在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VEQ＝4.8V，

10

记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ /R5。

5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。 6.调节信号源“幅度”和“频率”，使其输出频率为12MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。

7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：

将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。

8.测量电压增益Au0

在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Au0即为输出信号与输入信号幅度之比。

9.测量放大器通频带

对放大器通频带的测量有两种方式，

其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；

其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：

通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。

10.测量放大器的选择性

11

描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数，这里用K0.1

来表示：

K

式中，2f

0.1

2f2f

0.01

0.7

0.7

为放大器的通频带；2f

为相对放大倍数下降至0.1时

0.1

带宽。用第9步中的方法，我们就可以测出2f得到K

r0.1

0.7

、2f

的大小，从而

0.1

的值

注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。

四、实验报告要求

1．写明实验目的。

2．画出实验电路的直流和交流等效电路。 3．计算直流工作点，与实验实测结果比较。 4．整理实验数据，并画出幅频特性(请用坐标纸)。

五、实验仪器

1. 高频实验箱 1台 2. TD1002数字存储示波器 1台 3. 万用表 1块 4. BT3C-B频率特性测试仪 1台 5. 高频信号源 1台

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