小信号参差调谐放大器实验

小信号参差调谐放大器实验

 
一、      实验目的
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各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试
二、实验使用仪器
1．小信号调谐放大器实验板
2．20MH双踪示波器
3. 万用表
4.扫频仪（可选）
三、实验基本原理与电路
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要电路， 其作用是有选择地对某一频率范围的高频小信号信号进行放大 。 所谓“小信号”，通常指输入信号电压一般在微伏~毫伏数量级附近，放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC调谐回路）。这种放大器对谐振频率及附近频率的信号具有最强的放大作用，而对其它远离的频率信号，放大作用很差，如图8-1所示。
 
小信号调谐放大器技术参数如下：
增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力

稳定性：电路稳定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发生变化时，会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变，甚至发生自激振荡。由于高频工作时，晶体管内反馈和寄生反馈较强，因此高频放大器很容易自激。因此，必须采取多种措施来保证电路的稳定，如合理地设计电路、限制每级的增益和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，必须设法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在于减小前级电路的内部噪声。因此，在设计前级放大器时，要求采用低噪声器件，合理地设置工作电流等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。
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之积，选择性提高但总的通频带变窄。N级Q_L值相同的调谐回路与单级单调谐放大器相比，总通频带缩小系数为，由于n﹥1，总通频带必定是缩小的。若采用降低Q_L值的方法加宽通频带，将使选择性太差且谐振增益太低，必须采取其它措施兼顾二者，双参差调谐放大器即是常用的方法之一。
这种调谐放大器在电路硬件形式上和多级放大器没有什么不同，但在调谐频点上有区别。所谓双参差调谐，是将两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率上。设信号的中心频率是f₀,则将第一级调谐于f₀+△f_d，第二级调谐于f₀-△f_d（△f_d是单个谐振回路的谐振频率与信号中心频率之差）。各级回路的谐振频率参差错开，因此称为参差调谐放大器。对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态，±△f_d/ f₀称为参差失谐量。若考虑到谐振回路品质因数Q_L的影响，可得对应的±ξ₀=±Q_L（2△f_d/ f₀）称为广义参差失谐量。
当参差调谐的两个回路的Q_L值相同时，可将两个相同的频率特性曲线向左右方向各移动±ξ₀，然后将它们的纵坐标分贝数相加，则可得到参差调谐回路的综合频率特性。由于在f₀处两回路均处于失谐状态，谐振点处的总增益减小，这就使合成的频率曲线较为平坦，使总的通频带展宽。参差调谐回路的综合频率特性与广义参差失谐量ξ₀ 有关。ξ₀ 越小则越尖，越大则越平坦。当ξ₀大到一定程度时，由于f₀处的失谐太严重，综合频率特性曲线可以出现马鞍形双峰的形状。
理论推导表明，当ξ₀<1时综合频率特性曲线为单峰；ξ₀>1时为双峰；ξ₀=1为两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。越大，则双峰的距离越远，且中间的下凹越严重。
3.实验电路
小信号参差调谐放大器实验电路如图8-2。

图8-2 小信号参差调谐放大器实验电路
四、实验内容
  1．静态工作点与谐振回路的调整。
2．放大器的幅频特性及通频带的测试。
3．测试品质因数对放大器的幅频特性及通频带的影响。
说明：为增加模块功能，原A9 “小信号谐振放大器”模块已改进为“高频小信号参差调谐放大器”模块，由原来的一级高频调谐放大器改为两级高频调谐放大器，因此可进行通过参差调谐扩展通频带的相关实验。实验前请注意如下提示：
1、 高频小信号放大器输入中心频率f₀为10.7MHz，所需幅度只需10～30mV，两级放大增益较高，输入过大将使输出波形产生严重失真，务请注意。
2、 参差调谐放大器第一级谐振点略低于10.7MHz，第二级谐振点略高于10.7MHz，形成以10.7MHz为中心频率，中部微凹两边对称的通频带特征。勿将两级谐振点调于同一频率，否则电路有可能产生自激。
3、 采用扫频仪可以直接观察放大器的通频带特征，但必须注意扫频仪输出的衰减量大于40～45dB,否则输入信号过大将使电路过载，并使观察到的通频带特性产生严重扭曲。
 
五、实验步骤
1．静态工作点与谐振回路的调整
⑴ 在实验箱主板上插上小信号参差调谐放大器实验电路模块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。跳线块开关J1接2-3端，采用实验箱LC、晶体正弦波振荡电路模块的晶体振荡器10.7MHz信号作为信号源，幅度调整在10 mV～20 mV，接入小信号调谐放大器实验电路IN1端。
⑵ 在第一级小信号调谐放大器输出（TP2）端，用示波器观测第一级放大后的信号，调整电位器W1和微调电容C7,使输出信号幅度最大。
⑶ 在第二级小信号调谐放大器输出（TP3）端，用示波器观测第一、二两级放大后的信号，调整电位器W2和微调电容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一致时，若各级增益过大极易产生高频自激，因此，当发现电路有自激倾向时，可适当调整W1和W2降低工作点电流以略微降低各级增益，或对两级调谐放大器的微调电容进行相反大小的微调，预置为参差调谐模式，均可有效消除自激倾向。
3． 采用扫频仪直接观察放大器的通频带特征
必须注意扫频仪输出衰减量在40～45dB左右,否则输入信号过大将使电路过载，并使观察到的通频带特性产生严重扭曲。具体实验步骤如下：
⑴ 在实验箱上安装好LC、晶体正弦波振荡电路模块，并使晶体振荡产生稳定的10.7MHz信号通过高频电缆注入扫频仪“外频标输入”端口，将扫频仪“频标方式”选为“外频标”，调节“频标幅度”旋钮至最大，适当缩小“扫频宽度”以扩大屏幕区域内能见的频率范围。通过左右旋动“中心频率”旋钮，找到10.7MHz信号产生的外频标点并将其移动到屏幕中央竖直中线上。此后不得再随意旋动“中心频率”旋钮。（可将“频标方式”临时改为“10:1”，观察内部频标此时在屏幕中央竖直中线上指示的频率值，以验证10.7MHz的f₀中心频率确实已调整到屏幕中央，然后恢复外频标）。
⑵ AC/DC开关选择“AC”状态，×1/×10开关选择×1状态，极性开关选择“+”状态。
⑶ 将扫频仪扫频输出探头接于TP1（放大器输入）测试钩，探头地线夹就近良好接地。
⑷ 将扫频仪检波输入探头接于TP3（放大器输出2）测试钩，探头地线夹与扫频输出探头地线夹在同点接地。此时应在屏幕上出现放大器频率特性曲线。
⑸  仔细观察得到的放大器频率特性曲线，分析形状是否基本符合要求。并分别缓慢调节两级放大器的调谐回路，区分出每级对应的谐振峰大体位置（如两级放大器的调谐回路频率过于接近，则需将其调谐元件分别向相反方向微微调整，并注意始终保持曲线形状基本对称于外频标所在中心竖线位置）。如发现两峰幅度差别较大，则可分别调整电位器W1和W2，使各级增益分配趋于合适。
⑹ 缓慢细心地调节两级放大器的调谐回路，使曲线呈ξ₀<1（单峰）、ξ₀>1（双峰）和ξ₀=1（单峰中最平坦，是前两者的分界线）等几种不同的情况。
  
3．放大器的放大倍数及通频带的测试
    ⑴放大倍数测试
      用示波器分别测出TP1端电压Ui和OUT端电压Uo，

 （2）通频带测试
利用扫频仪屏幕纵向刻度和内部频标所指示的频率，绘制放大器的幅频特性曲线，并大致估计3dB带宽点对应的频率值以及相应的ξ₀ 值。
 
六、实验报告要求
1．整理按实验步骤所得的数据，完成放大器幅频特性曲线的绘制工作。
2．由实验数据分析参差调谐振放大器在调整于不同ξ₀ 值的情况下对通频带的影响。
3.总结由本实验所获得的体会。