高頻小信號調(diào)諧放大器

一、實驗?zāi)康?br>小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號或
微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調(diào)試，對放大器處于諧振時
各項技術(shù)指標的測試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進一步掌握高頻小信號
調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會小信號調(diào)諧放大器的設(shè)計方法。
二、實驗原理
圖1-1 所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大
高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC 并聯(lián)諧振回
路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會影響放大器
輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2 及RE 決定，其計算方
法與低頻單管放大器相同。

圖1-1 小信號調(diào)諧放大器? 晶體管放大器設(shè)計
放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2 所示，晶體管的4 個y 參數(shù)yie，yoe，
yfe 及yre 分別為

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE，電流放大系數(shù)β 有關(guān)外，還與工作頻率ω 有關(guān)。晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 條件下測得3DG6C的y 參數(shù)為：

式中，G 為LC 回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時L 和C 的并聯(lián)回路呈純阻，其阻
值等于1/G，并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC 與1/（jwL）的影響可以忽略。
三、調(diào)諧放大器的性能指標及測量方法
表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大倍數(shù)Av0，放大器的通頻帶BW 及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1 來表示）等。放大器各項性能指標及測量方法如下：
1、諧振頻率

放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率f0 稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1
所示電路（也是以下各項指標所對應(yīng)電路），f0 的表達式為

上式說明，當(dāng)晶體管選定即yfe 確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)AV0 與通頻帶BW 的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)
的概念是相同的。
通頻帶BW 的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可
以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使
其諧振，記下此時的諧振頻率f0 及電壓放大倍數(shù)AV0 然后改變高頻信號發(fā)生器的頻
率（保持其輸出電壓uS 不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)AV0。由于回路失諧后電
壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。
由式（1-14）可得

上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1 越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，
反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1 遠大于1），為提高
放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。可以通過測量調(diào)諧放大
器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。
四、實驗參考電路
1、主要技術(shù)指標：諧振頻率fo=20.945MHz，諧振電壓放大倍數(shù)AV0≥10-15 dB，
通頻帶BW=1 MHz，矩形系數(shù)Kr0.1＜10。因fT 比工作頻率fo 大（5—10）倍，所以選
用3DG6C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得rbˊb=70, CbˊC=3pF，當(dāng)IE=1.5mA
時Cbˊe 為25pF，取L≈2.4μH，變壓器初級N2=20 匝，接入系數(shù)P1=P2=0.25。

圖1-4 單級調(diào)諧放大器
2、確定電路為單級調(diào)諧放大器，如上圖1-4。
3、確定電路參數(shù)。
1）設(shè)置靜態(tài)工作點
由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ 一般選取0.8—2mA為宜，現(xiàn)取IE=1.5mA，uEQ=3V，uCEQ=9V。則 RE = uEQ /IE = 2KΩ 則RA4=2KΩ
取流過RA3 的電流為基極電流的7 倍，則有：

3）確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電
容CA2=0.01μF，旁路電容CA4=0.1μF，濾波電容CA5=0.1μF
五、實驗內(nèi)容
參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路。
1）按照所附電原理圖G6，將JA2 用連接器連好，按下開關(guān)KA1，接通12V 電
源，此時LEDA1 點亮。
2）調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點：
在不加輸入信號（即ui=0），將測試點TTA1 接地，用萬用表直流電壓檔（20V
檔）測量電阻RA4 的電壓，調(diào)整可調(diào)電阻WA1，使uEQ=2.25V（IE=1.5mA），記下此時的uBQ，uCEQ，uEQ 及IEQ 值。
3）調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在20.945MHz
方法是用BT-3 頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信
號輸入端TTA1 及測試端TTA2，通過調(diào)節(jié)y 軸，放大器的“增益”旋紐和“輸出衰
減”旋紐于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振
特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率
f0=20.945MHz 所對應(yīng)的幅值最大。
如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1 處
用高頻信號發(fā)生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信號，用示波器探頭在
TTA2 處測試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即
調(diào)好后，磁芯不論往上或往下，波形幅度都減小）。
4）測量電壓增益AV0
用頻率特性測試儀測AV0
在測量前，先要對測試儀的y 軸放大器進行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出
衰減”和“y 軸增益“旋紐，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度
和此時“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB，然后接入被測放大器，在保持y 軸增益不變的前
提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋紐，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸
出衰減”的值N2dB，則電壓增益為
AV0 =（N2-N1）dB
或者在TTA1 處用高頻信號發(fā)生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信
號,使調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)，用高頻毫伏表測量RL(RAS) 兩端的電壓uo, 并利用式
（1-13）來計算AV0
若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV0 較小，
可以通過調(diào)靜態(tài)工作點來解決（即IE 增大）。
5) 測量通頻帶BW
用掃頻儀測量BW
先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋紐，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母?br>數(shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y 軸增益，使諧振特性曲線在縱軸
占有一定高度，測出其曲線下降3dB 處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標
就可以近似算出放大器的通頻帶
BW=B0.7=100kHz ×（寬度）
或者利用描點法來測量。
6) 測量放大器的選擇性
放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1 表示。用5）中同樣的方法測出B0.1 即可

由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求
后的文件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復(fù)仔細調(diào)整才能使
諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。
六、實驗報告要求
1、整理好實驗數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線。
2、 思考：引起小信號諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實驗中出現(xiàn)自激現(xiàn)
象，應(yīng)該怎樣消除？
七、實驗儀器
1、 BT-3G 型頻率特性測試儀一臺（選項）
2、 示波器（雙蹤20MHz）一臺
3、 數(shù)字萬用表一塊
4、 調(diào)試工具一套