高频小信号单调谐放大器实验设计

2014-11-28叶春青

中国现代教育装备 2014年23期

叶春青

天津工业大学天津 300387

高频电子线路是一门工程性和实践性很强的专业基础课程，随着现代通信技术和无线电技术的发展，该课程的教学内容得到不断充实和更新。高频小信号单调谐放大器实验设计，能让学生充分了解高频小信号放大器的作用及其增益、通频带、选择性要求和工作稳定等指标。

高频放大器的中心频率一般为几百千赫兹到几百兆赫兹，所需通过的频率范围(频带)和中心频率相比往往是很小的，或者只工作于某一频率，有用信号往往与干扰信号混杂，我们希望将有用的信号放大，把干扰信号抑制掉，高频小信号调谐放大器便是这样一种选频放大器，即有选择地对某一频率的信号进行放大的放大器。

高频小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路，作用是放大信道中的高频小信号。高频小信号的电压一般为微伏至毫伏数量级，放大这种信号的放大器工作在线性范围内。调谐是指放大器的集电极负载为调谐回路(如LC谐振回路)。这种放大器对谐振频率 f0信号具有最强的放大作用，而对远离 f0频率的信号放大作用很差，因此放大器不仅具有放大作用，而且还起着滤波或选频的作用。调谐放大器的频率特性如图1所示。

图1 调谐放大器的频率特性

1 单调谐放大器工作原理

高频小信号调谐放大器按照晶体管的连接方式不同，分为共基极、共发射极和共集电极调谐放大器等，本设计以共发射极单调谐放大器为例，其原理电路如图2所示。

图2 共发射极单调谐放大器原理电路图

如图2所示，晶体管Q起放大信号的作用，Rb1，Rb2，Re为其直流偏置电阻，保证放大器工作于甲类状态。Ce是Re的旁路电容，Cb是输入耦合电容，Cc是输出耦合电容，L和C是谐振回路作为放大器的集电极负载，起选频作用，它采用抽头接入法，以减轻晶体管输出电阻对谐振回路Q值的影响，Rc是集电极(交流)电阻，它决定了回路Q值、带宽。

2 单调谐放大器实验电路

本设计以南京润众科技有限公司的RZ8653型“高频电子线路实验平台”为例，单调谐放大器实验电路如图3所示。

图3 单调谐放大器实验电路图

如图3所示，2 P01 为信号输入铆孔，实验时，高频信号由此铆孔输入。2T P01 为输入信号测试点。变压器2T 1 以及电容2C1和2C2组成输入选频回路，用来选出所需要的信号。晶体三极管2 B1G 用于放大信号，2R1，2R2和2R5为三极管2 B1G 的直流偏置电阻，用以保证晶体管工作于放大区域，且放大器工作于甲类状态。三极管2 B1G 集电极接有LC 调谐回路，用来谐振于某一工作频率上。本实验电路为电容耦合双调谐回路，2L1，2L2，2C4和2C5组成了初级回路，2L3，2L4，2C7和2C9组成了次级回路，两个回路之间被短路合并成单调谐回路。图中2D1，2D2，2D3为变容二极管，通过改变ADVIN 的直流电压，即可改变变容二极管的电容，达到对回路的调谐。3个二极管并联，其目的是增大变容二极管的容量。图中开关2 K1 控制2R3是否接入集电极回路，2 K1 接通时，将电阻2R3并入回路，使集电极负载电阻减小。图中2R6，2R7，2R8和三极管2 BG2 组成放大器，用来对所选信号进一步放大。2T P02 为输出信号测试点，2 P02 为信号输出铆孔。

3 扫频法测量幅频特性

3.1 扫频法测量幅频特性曲线

扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，用扫频仪直接测量放大器电路的幅频特性曲线，将扫频仪的输出端子连接2 P01 信号输入铆孔，扫频仪的输入端子连接2 P02 信号输出铆孔，测出的单调谐放大器幅频特性曲线如图4所示。

图4 扫频法测量的幅频特性曲线

如图4所示，谐振频率 f0为6.298 4 MHz。

3.2 集电极负载对特性曲线的影响

品质因数Qp与谐振电阻 Rp的关系式为：

品质因数Qp与通频带2 Δf0的关系式为：

当2 K1 接通时，将电阻2R3并入回路，集电极负载电阻减小，回路 Q值降低，放大器增益减小，因此品质因数 Qp降低，在 f0不变的情况下，通频带变宽，因此幅频特性曲线变“矮”，变“胖”。接通2K1后，用扫频仪观察到的幅频特性曲线如图5所示。

图5 扫频法测量集电极负载增大时幅频特性曲线

4 点测法测量幅频特性

将开关2 K1 置于“OFF”，设置高频信号源输出频率为 f0=6.298 4 MHz，幅度(有效值)为100 mv的正弦波，高频信号源输出端连接到调谐放大器的2P01信号输入铆孔，示波器接调谐放大器的2P02信号输出铆孔，调整电容2C5，使放大器的输出为最大值，此时输出信号幅度(有效值)为538 mv，此时放大倍数K为：