小信號參差調諧放大器實驗

 
一、      實驗目的
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各項技術參數（電壓放大倍數，通頻帶，矩形系數）的測試
二、實驗使用儀器
1．小信號調諧放大器實驗板
2．20MH雙蹤示波器
3. 萬用表
4.掃頻儀（可選）
三、實驗基本原理與電路
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要電路， 其作用是有選擇地對某一頻率范圍的高頻小信號信號進行放大 。 所謂“小信號”，通常指輸入信號電壓一般在微伏~毫伏數量級附近，放大這種信號的放大器工作在線性范圍內。所謂“調諧”，主要是指放大器的集電極負載為調諧回路（如LC調諧回路）。這種放大器對諧振頻率及附近頻率的信號具有最強的放大作用，而對其它遠離的頻率信號，放大作用很差，如圖8-1所示。
 
小信號調諧放大器技術參數如下：
增益:表示高頻小信號調諧放大器放大微弱信號的能力

穩定性：電路穩定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發生變化時，會出現明顯的增益變化、中心頻率偏移和頻率特性曲線畸變，甚至發生自激振蕩。由于高頻工作時，晶體管內反饋和寄生反饋較強，因此高頻放大器很容易自激。因此，必須采取多種措施來保證電路的穩定，如合理地設計電路、限制每級的增益和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，必須設法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在于減小前級電路的內部噪聲。因此，在設計前級放大器時，要求采用低噪聲器件，合理地設置工作電流等，使放大器在盡可能高的功率增益下噪聲系數最小。
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之積，選擇性提高但總的通頻帶變窄。N級Q_L值相同的調諧回路與單級單調諧放大器相比，總通頻帶縮小系數為，由于n﹥1，總通頻帶必定是縮小的。若采用降低Q_L值的方法加寬通頻帶，將使選擇性太差且諧振增益太低，必須采取其它措施兼顧二者，雙參差調諧放大器即是常用的方法之一。
這種調諧放大器在電路硬件形式上和多級放大器沒有什么不同，但在調諧頻點上有區別。所謂雙參差調諧，是將兩級單調諧回路放大器的諧振頻率，分別調整到略高于和略低于信號的中心頻率上。設信號的中心頻率是f₀,則將第一級調諧于f₀+△f_d，第二級調諧于f₀-△f_d（△f_d是單個諧振回路的諧振頻率與信號中心頻率之差）。各級回路的諧振頻率參差錯開，因此稱為參差調諧放大器。對于單個諧振電路而言，它是工作于失諧狀態，±△f_d/ f₀稱為參差失諧量。若考慮到諧振回路品質因數Q_L的影響，可得對應的±ξ₀=±Q_L（2△f_d/ f₀）稱為廣義參差失諧量。
當參差調諧的兩個回路的Q_L值相同時，可將兩個相同的頻率特性曲線向左右方向各移動±ξ₀，然后將它們的縱坐標分貝數相加，則可得到參差調諧回路的綜合頻率特性。由于在f₀處兩回路均處于失諧狀態，諧振點處的總增益減小，這就使合成的頻率曲線較為平坦，使總的通頻帶展寬。參差調諧回路的綜合頻率特性與廣義參差失諧量ξ₀ 有關。ξ₀ 越小則越尖，越大則越平坦。當ξ₀大到一定程度時，由于f₀處的失諧太嚴重，綜合頻率特性曲線可以出現馬鞍形雙峰的形狀。
理論推導表明，當ξ₀<1時綜合頻率特性曲線為單峰；ξ₀>1時為雙峰；ξ₀=1為兩者的分界線，相當于單峰中最平坦的情況。越大，則雙峰的距離越遠，且中間的下凹越嚴重。
3.實驗電路
小信號參差調諧放大器實驗電路如圖8-2。

圖8-2 小信號參差調諧放大器實驗電路
四、實驗內容
  1．靜態工作點與諧振回路的調整。
2．放大器的幅頻特性及通頻帶的測試。
3．測試品質因數對放大器的幅頻特性及通頻帶的影響。
說明：為增加模塊功能，原A9 “小信號諧振放大器”模塊已改進為“高頻小信號參差調諧放大器”模塊，由原來的一級高頻調諧放大器改為兩級高頻調諧放大器，因此可進行通過參差調諧擴展通頻帶的相關實驗。實驗前請注意如下提示：
1、 高頻小信號放大器輸入中心頻率f₀為10.7MHz，所需幅度只需10～30mV，兩級放大增益較高，輸入過大將使輸出波形產生嚴重失真，務請注意。
2、 參差調諧放大器第一級諧振點略低于10.7MHz，第二級諧振點略高于10.7MHz，形成以10.7MHz為中心頻率，中部微凹兩邊對稱的通頻帶特征。勿將兩級諧振點調于同一頻率，否則電路有可能產生自激。
3、 采用掃頻儀可以直接觀察放大器的通頻帶特征，但必須注意掃頻儀輸出的衰減量大于40～45dB,否則輸入信號過大將使電路過載，并使觀察到的通頻帶特性產生嚴重扭曲。
 
五、實驗步驟
1．靜態工作點與諧振回路的調整
⑴ 在實驗箱主板上插上小信號參差調諧放大器實驗電路模塊。接通實驗箱上電源開關電源指標燈點亮。跳線塊開關J1接2-3端，采用實驗箱LC、晶體正弦波振蕩電路模塊的晶體振蕩器10.7MHz信號作為信號源，幅度調整在10 mV～20 mV，接入小信號調諧放大器實驗電路IN1端。
⑵ 在第一級小信號調諧放大器輸出（TP2）端，用示波器觀測第一級放大后的信號，調整電位器W1和微調電容C7,使輸出信號幅度最大。
⑶ 在第二級小信號調諧放大器輸出（TP3）端，用示波器觀測第一、二兩級放大后的信號，調整電位器W2和微調電容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一致時，若各級增益過大極易產生高頻自激，因此，當發現電路有自激傾向時，可適當調整W1和W2降低工作點電流以略微降低各級增益，或對兩級調諧放大器的微調電容進行相反大小的微調，預置為參差調諧模式，均可有效消除自激傾向。
3． 采用掃頻儀直接觀察放大器的通頻帶特征
必須注意掃頻儀輸出衰減量在40～45dB左右,否則輸入信號過大將使電路過載，并使觀察到的通頻帶特性產生嚴重扭曲。具體實驗步驟如下：
⑴ 在實驗箱上安裝好LC、晶體正弦波振蕩電路模塊，并使晶體振蕩產生穩定的10.7MHz信號通過高頻電纜注入掃頻儀“外頻標輸入”端口，將掃頻儀“頻標方式”選為“外頻標”，調節“頻標幅度”旋鈕至最大，適當縮小“掃頻寬度”以擴大屏幕區域內能見的頻率范圍。通過左右旋動“中心頻率”旋鈕，找到10.7MHz信號產生的外頻標點并將其移動到屏幕中央豎直中線上。此后不得再隨意旋動“中心頻率”旋鈕。（可將“頻標方式”臨時改為“10:1”，觀察內部頻標此時在屏幕中央豎直中線上指示的頻率值，以驗證10.7MHz的f₀中心頻率確實已調整到屏幕中央，然后恢復外頻標）。
⑵ AC/DC開關選擇“AC”狀態，×1/×10開關選擇×1狀態，極性開關選擇“+”狀態。
⑶ 將掃頻儀掃頻輸出探頭接于TP1（放大器輸入）測試鉤，探頭地線夾就近良好接地。
⑷ 將掃頻儀檢波輸入探頭接于TP3（放大器輸出2）測試鉤，探頭地線夾與掃頻輸出探頭地線夾在同點接地。此時應在屏幕上出現放大器頻率特性曲線。
⑸  仔細觀察得到的放大器頻率特性曲線，分析形狀是否基本符合要求。并分別緩慢調節兩級放大器的調諧回路，區分出每級對應的諧振峰大體位置（如兩級放大器的調諧回路頻率過于接近，則需將其調諧元件分別向相反方向微微調整，并注意始終保持曲線形狀基本對稱于外頻標所在中心豎線位置）。如發現兩峰幅度差別較大，則可分別調整電位器W1和W2，使各級增益分配趨于合適。
⑹ 緩慢細心地調節兩級放大器的調諧回路，使曲線呈ξ₀<1（單峰）、ξ₀>1（雙峰）和ξ₀=1（單峰中最平坦，是前兩者的分界線）等幾種不同的情況。
  
3．放大器的放大倍數及通頻帶的測試
    ⑴放大倍數測試
      用示波器分別測出TP1端電壓Ui和OUT端電壓Uo，

 （2）通頻帶測試
利用掃頻儀屏幕縱向刻度和內部頻標所指示的頻率，繪制放大器的幅頻特性曲線，并大致估計3dB帶寬點對應的頻率值以及相應的ξ₀ 值。
 
六、實驗報告要求
1．整理按實驗步驟所得的數據，完成放大器幅頻特性曲線的繪制工作。
2．由實驗數據分析參差調諧振放大器在調整于不同ξ₀ 值的情況下對通頻帶的影響。
3.總結由本實驗所獲得的體會。