1. 實驗的目的
1. 進一步掌握高頻小信號調諧放大器的工作原理。
2. 掌握高頻小信號調諧放大器的調試方法。
3. 掌握高頻小信號調諧放大器的各種技術參數(電壓放大倍數、通帶、方系數)的測試。
2. 實驗之中使用的儀器
1. 小信號調諧放大器實驗板。
2. 20MH雙蹤示波器。
3. 萬用表。
4. 掃描儀(可選)。
3. 實驗的基本原理和電路
1. 小信號調諧放大器的基本原理。
小信號調諧放大器是構成無線電通信設備的主電路,其功能是在一定頻率范圍之內有選擇地放大高頻小信號。所謂“小信號”通常是指輸入信號的電壓一般在微伏到毫伏數量級左右,放大這個信號的放大器工作在線性范圍。所謂“調諧”主要是指放大器的集電極負載是一個調諧電路(如一個LC調諧電路。種放大器對諧振頻率和鄰近頻率的信號放大效果最強,而對其它較遠頻率的信號放大效果很差。
小信號調諧放大器的技術參數如下:
收益:表示高頻小信號調諧放大器放大微弱信號的能力。
穩定性:電路的穩定性是放大器正常工作的首要條件。不穩定的高頻放大器,當電路參數隨溫度等因素變化時,會出現明顯的增益變化、中心頻率偏移、頻率特性曲線扭曲,甚至出現自激振蕩。由于高頻放大器工作在高頻時,晶體管之中存在很強的反饋和寄生反饋,容易產生自激。因此,必須采取各種措施來保證電路的穩定性,如合理設計電路,限制每級的增益,并采取必要的工藝措施等。
噪聲系數:為了提高接收機的靈敏度,有必要盡量降低放大器的噪聲系數。高頻放大器由多級組成。降低噪聲系數的關鍵是降低前級電路的內部噪聲。因此,在設計前置放大器時,要求采用低噪聲器件,合理設置工作電流等,使放大器的噪聲系數在盡可能高的功率增益之下達到最小。。
2. 參差調諧放大器。
多級單調諧放大器級聯后,總放大倍數等于各級單調諧放大器放大倍數的乘積,提高了選擇性,但總通帶變窄。。與單級單調諧放大器相比,具有相同QL值的N級調諧電路的總通帶降低因子。由于n>1,總的通帶必須減小。如果采用降低QL值的方法來加寬通帶,則選擇性太差,諧振增益太低。必須采取其他措施來兼顧這兩個方面,雙交錯調諧放大器是常用的方法之一。。
這種調諧放大器在電路硬件形式之上與多級放大器沒有什么區別,只是在調諧頻率點之上有區別。所謂雙交錯調諧,就是將兩級單調諧環路放大器的諧振頻率分別調整為略高于和略低于信號的中心頻率。假設信號的中心頻率為f0,則第一級調諧到f0△fd,第二級調諧到f0-△fd(△fd是單個諧振電路的諧振頻率與信號的中心頻率之差)。由于各級回路的諧振頻率是交錯的,所以稱之為交錯調諧放大器。對于單諧振電路,它工作在失諧狀態,±△fd/f0稱為交錯失諧量。。若考慮諧振電路品質因子QL的影響,則對應的±≠0=±QL(2△fd/f0)稱為廣義方差失諧量。
當兩個交錯調諧回路的QL值相同時,可以將兩個相同的頻率特性曲線向右移動,左乘±≠0,然后將它們的縱坐標分貝數相加,得到交錯調諧環路特性的積分頻率,。由于兩個環路在f0處處于失諧狀態,諧振點處的總增益減小,這使得合成頻率曲線相對平坦,并展寬了總通帶。交錯調諧電路的綜合頻率特性與廣義交錯失諧量φ0有關。0越小,越尖銳,越大,越扁平是的。當η0大到一定程度時,由于f0處失諧過于嚴重,積分頻率特性曲線會出現馬鞍形雙峰。。
理論推導表明,當?0<。在1處,綜合頻率特性曲線為單峰。ξ0。1點鐘方向是雙峰。0=1是兩者之間的分界線,相當于單峰之中最平坦的情況。值越大,說明兩峰間的距離越遠,下方凹陷越嚴重。
3. 實驗電路。
小信號交錯調諧放大器實驗電路如圖所示。
小信號交錯調諧放大器實驗電路。
4. 實驗內容
1. 靜態工作點和諧振電路的調整。
2. 放大器幅頻特性及通帶測試。
3. 測試品質因數對放大器幅頻特性及通帶的影響。
附注:為了增加模塊功能,將原來的A9"小信號諧振放大器"模塊改進為"高頻小信號交錯調諧放大器"模塊,由原來的一級高頻調諧放大器改進為兩級高頻調諧放大器,從而可以進行交錯調諧擴展通頻帶的相關實驗。實驗前請注意以下幾點:
1. 高頻小信號放大器的輸入中心頻率f0為10.7MHz,所需幅值僅為10—30 mV。兩級放大增益相對較高。如果輸入過大,輸出波形會嚴重失真。請大家注意。
2. 交錯調諧放大器的第一級諧振點略低于10.7MHz,第二級諧振點略高于10.7MHz,形成了以10.7MHz為中心頻率、下方對稱凹陷的通帶特性。。不要將兩個諧振點調整到同一頻率,否則電路可能會產生自激。
3. 用掃頻器可以直接觀察放大器的通帶特性,但必須注意的是,掃頻器輸出的衰減要大于40—45 dB,否則輸入信號過大會使電路過載,嚴重失真所觀察到的通帶特性。
5. 實驗步驟
1. 靜態工作點和諧振電路的調整。
⑴ 在實驗箱主板之上插入小信號參差調諧放大器實驗電路模塊。打開實驗箱之上的電源開關,電源指示燈亮。跳線閉塞開關J1接端子2-3,以實驗箱LC晶體振蕩器和晶體正弦波振蕩電路模塊的10.7MHz信號為信號源,幅度調節在10 mV-20 mV,接小信號調諧放大器實驗電路IN1。
⑵ 在第一級小信號調諧放大器的輸出端(TP2),用示波器觀察第一級放大之后的信號,調節電位器W1和微調電容器C7,使輸出信號幅度最大化。
(3) 在第二級小信號調諧放大器的輸出端(TP3),用示波器觀察第一級和第二級的放大信號,調節電位器W2和微調電容器C12,使輸出信號幅度最大。
注意:當兩級放大器的中心頻率完全相同時,如果每級增益過大,容易產生高頻自激。因此,當發現電路有自激傾向時,可以適當調整W1和W2,降低工作點電流,以稍微降低每級的增益,或對兩級調諧放大器的微調電容進行幅度相反的微調,預設為交錯調諧模式,可有效消除自激傾向。
2. 用掃頻儀直接觀察放大器的通帶特性。
必須注意的是,掃頻器的輸出衰減約為40—45 dB,否則輸入信號過大,會使電路過載,嚴重扭曲所觀察到的通帶特性。具體實驗步驟如下:。
(1)在實驗箱之上安裝LC和晶體正弦波振蕩電路模塊,通過高頻電纜使晶體振蕩器產生穩定的10.7MHz信號,注入到選擇“內部頻率標準”,將“頻率標準幅度”旋鈕調至最大,并適當減小“掃頻寬度”,以擴大屏幕區域的可見頻率范圍。通過左右轉動“中心頻率”旋鈕,找到由10.7MHz信號產生的前端總線標點符號,并將其移動到屏幕中心的垂直中心線。后,不要隨意轉動“中心頻率”旋鈕。(你可以暫時把“頻標法”改成“10:1”,并且觀察此時在屏幕中心的垂直中心線之上由外部頻率標準指示的頻率值,以驗證10.7MHz的f0中心頻率確實已經被調整到屏幕中心。然后恢復FSB)。
⑵ 交直流開關選擇“交流”狀態,×1/×10開關選擇×1狀態,極性開關選擇“”狀態。
(3)將掃頻器掃頻輸出探頭連接到TP1(放大器輸入)測試鉤之上,探頭接地線夾鄰近接地良好。
(4)將掃頻器的檢測輸入探頭連接到TP3的測試鉤(放大器輸出2)之上,將探頭接地夾與掃頻輸出探頭接地夾在同一點接地。放大器的頻率特性曲線現在應該出現在屏幕之上。
⑸仔細觀察得到的放大器頻率特性曲線,分析其形狀是否基本符合要求。分別緩慢調節兩級放大器的調諧回路,區分每級對應的諧振峰的大致位置,(如果兩級放大器的調諧回路頻率太接近,則需要將調諧分量稍微調整到相反的方向,并注意始終保持曲線的形狀?;旧吓cFSB所在的中心垂直線對稱)。如果發現兩個峰值的幅度相差較大,可以分別調節電位器W1和W2,使各電平的增益分布趨于合適。。
⑹ 緩慢、小心地調節兩級放大器的調諧回路,使曲線為≠0<。1(單一),x0。1(雙峰)與≠0=1(最平坦的單峰,這是后兩者的分界線)及幾種不同情況。
3. 放大器的放大倍數及通帶測試。
(一)放大倍數試驗。
用示波器測量電壓TP1端子的Ui和電壓OU的OUT終端分別。。
(2)傳送帶測試。
利用頻率掃描器屏幕之上的垂直刻度和外部頻率標記所指示的頻率,繪制放大器的幅頻特性曲線,粗略估計3 dB帶寬點對應的頻率值和對應的≠0值。
6. 實驗報告要求
1. 根據實驗步驟整理得到的數據,完成放大器幅頻特性曲線的繪制。
2. 基于實驗數據分析交錯諧振放大器調諧到不同量值時對通帶的影響。
3. 總結從這次實驗之中獲得的經驗。