葉春青

天津工業(yè)大學(xué) 天津 300387

高頻電子線路是一門工程性和實踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和無線電技術(shù)的發(fā)展，該課程的教學(xué)內(nèi)容得到不斷充實和更新。高頻小信號單調(diào)諧放大器實驗設(shè)計，能讓學(xué)生充分了解高頻小信號放大器的作用及其增益、通頻帶、選擇性要求和工作穩(wěn)定等指標(biāo)。

高頻放大器的中心頻率一般為幾百千赫茲到幾百兆赫茲，所需通過的頻率范圍(頻帶)和中心頻率相比往往是很小的，或者只工作于某一頻率，有用信號往往與干擾信號混雜，我們希望將有用的信號放大，把干擾信號抑制掉，高頻小信號調(diào)諧放大器便是這樣一種選頻放大器，即有選擇地對某一頻率的信號進(jìn)行放大的放大器。

高頻小信號調(diào)諧放大器是構(gòu)成無線電通信設(shè)備的主要電路，作用是放大信道中的高頻小信號。高頻小信號的電壓一般為微伏至毫伏數(shù)量級，放大這種信號的放大器工作在線性范圍內(nèi)。調(diào)諧是指放大器的集電極負(fù)載為調(diào)諧回路(如LC諧振回路)。這種放大器對諧振頻率 f0信號具有最強(qiáng)的放大作用，而對遠(yuǎn)離 f0頻率的信號放大作用很差，因此放大器不僅具有放大作用，而且還起著濾波或選頻的作用。調(diào)諧放大器的頻率特性如圖1所示。

圖1 調(diào)諧放大器的頻率特性

1 單調(diào)諧放大器工作原理

高頻小信號調(diào)諧放大器按照晶體管的連接方式不同，分為共基極、共發(fā)射極和共集電極調(diào)諧放大器等，本設(shè)計以共發(fā)射極單調(diào)諧放大器為例，其原理電路如圖2所示。

圖2 共發(fā)射極單調(diào)諧放大器原理電路圖

如圖2所示，晶體管Q起放大信號的作用，Rb1，Rb2，Re為其直流偏置電阻，保證放大器工作于甲類狀態(tài)。Ce是Re的旁路電容，Cb是輸入耦合電容，Cc是輸出耦合電容，L和C是諧振回路作為放大器的集電極負(fù)載，起選頻作用，它采用抽頭接入法，以減輕晶體管輸出電阻對諧振回路Q值的影響，Rc是集電極(交流)電阻，它決定了回路Q值、帶寬。

2 單調(diào)諧放大器實驗電路

本設(shè)計以南京潤眾科技有限公司的RZ8653型“高頻電子線路實驗平臺”為例，單調(diào)諧放大器實驗電路如圖3所示。

圖3 單調(diào)諧放大器實驗電路圖

如圖3所示，2 P01 為信號輸入鉚孔，實驗時，高頻信號由此鉚孔輸入。2T P01 為輸入信號測試點(diǎn)。變壓器2T 1 以及電容2C1和2C2組成輸入選頻回路，用來選出所需要的信號。晶體三極管2 B1G 用于放大信號，2R1，2R2和2R5為三極管2 B1G 的直流偏置電阻，用以保證晶體管工作于放大區(qū)域，且放大器工作于甲類狀態(tài)。三極管2 B1G 集電極接有LC 調(diào)諧回路，用來諧振于某一工作頻率上。本實驗電路為電容耦合雙調(diào)諧回路，2L1，2L2，2C4和2C5組成了初級回路，2L3，2L4，2C7和2C9組成了次級回路，兩個回路之間被短路合并成單調(diào)諧回路。圖中2D1，2D2，2D3為變?nèi)荻O管，通過改變ADVIN 的直流電壓，即可改變變?nèi)荻O管的電容，達(dá)到對回路的調(diào)諧。3個二極管并聯(lián)，其目的是增大變?nèi)荻O管的容量。圖中開關(guān)2 K1 控制2R3是否接入集電極回路，2 K1 接通時，將電阻2R3并入回路，使集電極負(fù)載電阻減小。圖中2R6，2R7，2R8和三極管2 BG2 組成放大器，用來對所選信號進(jìn)一步放大。2T P02 為輸出信號測試點(diǎn)，2 P02 為信號輸出鉚孔。

3 掃頻法測量幅頻特性

3.1 掃頻法測量幅頻特性曲線

掃頻法簡單直觀，可直接觀察到單調(diào)諧放大特性曲線，用掃頻儀直接測量放大器電路的幅頻特性曲線，將掃頻儀的輸出端子連接2 P01 信號輸入鉚孔，掃頻儀的輸入端子連接2 P02 信號輸出鉚孔，測出的單調(diào)諧放大器幅頻特性曲線如圖4所示。

圖4 掃頻法測量的幅頻特性曲線

如圖4所示，諧振頻率 f0為6.298 4 MHz。

3.2 集電極負(fù)載對特性曲線的影響

品質(zhì)因數(shù)Qp與諧振電阻 Rp的關(guān)系式為：

品質(zhì)因數(shù)Qp與通頻帶2 Δf0的關(guān)系式為：

當(dāng)2 K1 接通時，將電阻2R3并入回路，集電極負(fù)載電阻減小，回路 Q值降低，放大器增益減小，因此品質(zhì)因數(shù) Qp降低，在 f0不變的情況下，通頻帶變寬，因此幅頻特性曲線變“矮”，變“胖”。接通2K1后，用掃頻儀觀察到的幅頻特性曲線如圖5所示。

圖5 掃頻法測量集電極負(fù)載增大時幅頻特性曲線

4 點(diǎn)測法測量幅頻特性

將開關(guān)2 K1 置于“OFF”，設(shè)置高頻信號源輸出頻率為 f0=6.298 4 MHz，幅度(有效值)為100 mv的正弦波，高頻信號源輸出端連接到調(diào)諧放大器的2P01信號輸入鉚孔，示波器接調(diào)諧放大器的2P02信號輸出鉚孔，調(diào)整電容2C5，使放大器的輸出為最大值，此時輸出信號幅度(有效值)為538 mv，此時放大倍數(shù)K為：

按照表1改變高頻信號源的頻率，保持輸出幅度(有效值)為100 mv，用毫伏表測量輸出信號的電壓幅度，并以頻率為橫軸，電壓幅度為縱軸，畫出單調(diào)諧放大器的幅頻特性曲線(如圖6所示)。

表1 頻率與相對應(yīng)的輸出電壓幅值數(shù)據(jù)表

圖6 點(diǎn)測法測量的單調(diào)諧放大器的幅頻特性曲線

5 放大器動態(tài)范圍測量

將開關(guān)2 K1 置于“OFF”，調(diào)整高頻信號源輸出信號頻率為諧振頻率，按照表2改變輸入幅度，用毫伏表讀出輸出信號的電壓幅度，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放大器的輸入增大到一定數(shù)值時，放大倍數(shù)開始下降，輸出波形開始失真(如圖7和圖8所示)。

表2 諧振頻率時輸入電壓與輸出電壓數(shù)據(jù)表

圖7 諧振頻率時輸入電壓與輸出電壓對照圖

圖8 諧振頻率時輸入電壓與放大倍數(shù)對照圖

6 結(jié)束語

高頻小信號單調(diào)諧放大器實驗采用掃頻法和點(diǎn)測法分別測量單調(diào)諧放大器的幅頻特性曲線，并且觀察了集電極負(fù)載對放大器幅頻特性的影響，計算出放大器的放大倍數(shù)并觀察了放大器的動態(tài)范圍，能幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握高頻小信號調(diào)諧放大器的工作原理、基本電路結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)分析。

[1]張肅文.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2]侯衛(wèi)周,顧玉宗.高頻小信號單調(diào)諧放大器的分析與仿真[J].實驗技術(shù)與管理,2011(8):57-59.