小信號(hào)參差調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1． 進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理。
2． 掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的調(diào)試方法。
3． 掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)）的測試
二、實(shí)驗(yàn)使用儀器
1．小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)板
2．20MH雙蹤示波器
3. 萬用表
4.掃頻儀（可選）
三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路
1、 小信號(hào)調(diào)諧放大器的基本原理
小信號(hào)調(diào)諧放大器是構(gòu)成無線電通信設(shè)備的主要電路， 其作用是有選擇地對(duì)某一頻率范圍的高頻小信號(hào)信號(hào)進(jìn)行放大 。 所謂“小信號(hào)”，通常指輸入信號(hào)電壓一般在微伏~毫伏數(shù)量級(jí)附近，放大這種信號(hào)的放大器工作在線性范圍內(nèi)。所謂“調(diào)諧”，主要是指放大器的集電極負(fù)載為調(diào)諧回路（如LC調(diào)諧回路）。這種放大器對(duì)諧振頻率
及附近頻率的信號(hào)具有最強(qiáng)的放大作用，而對(duì)其它遠(yuǎn)離的頻率信號(hào)，放大作用很差，如圖8-1所示。小信號(hào)調(diào)諧放大器技術(shù)參數(shù)如下：
增益:表示高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器放大微弱信號(hào)的能力
穩(wěn)定性：電路穩(wěn)定是放大器正常工作的首要條件。不穩(wěn)定的高頻放大器，當(dāng)電路參數(shù)隨溫度等因素發(fā)生變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)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(fā)生自激振蕩。由于高頻工作時(shí)，晶體管內(nèi)反饋和寄生反饋較強(qiáng)，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(wěn)定，如合理地設(shè)計(jì)電路、限制每級(jí)的增益和采取必要的工藝措施等。
噪聲系數(shù)：為了提高接收機(jī)的靈敏度，必須設(shè)法降低放大器的噪聲系數(shù)。高頻放大器由多級(jí)組成，降低噪聲系數(shù)的關(guān)鍵在于減小前級(jí)電路的內(nèi)部噪聲。因此，在設(shè)計(jì)前級(jí)放大器時(shí)，要求采用低噪聲器件，合理地設(shè)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(shù)最小。
2.參差調(diào)諧放大器
多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)后，總放大倍數(shù)等于各級(jí)單調(diào)諧放大器放大倍數(shù)之積，選擇性提高但總的通頻帶變窄。N級(jí)QL值相同的調(diào)諧回路與單級(jí)單調(diào)諧放大器相比，總通頻帶縮小系數(shù)為
，由于n﹥1，總通頻帶必定是縮小的。若采用降低QL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(diào)諧放大器即是常用的方法之一。這種調(diào)諧放大器在電路硬件形式上和多級(jí)放大器沒有什么不同，但在調(diào)諧頻點(diǎn)上有區(qū)別。所謂雙參差調(diào)諧，是將兩級(jí)單調(diào)諧回路放大器的諧振頻率，分別調(diào)整到略高于和略低于信號(hào)的中心頻率上。設(shè)信號(hào)的中心頻率是f0,則將第一級(jí)調(diào)諧于f0+△fd，第二級(jí)調(diào)諧于f0-△fd（△fd是單個(gè)諧振回路的諧振頻率與信號(hào)中心頻率之差）。各級(jí)回路的諧振頻率參差錯(cuò)開，因此稱為參差調(diào)諧放大器。對(duì)于單個(gè)諧振電路而言，它是工作于失諧狀態(tài)，±△fd/ f0稱為參差失諧量。若考慮到諧振回路品質(zhì)因數(shù)QL的影響，可得對(duì)應(yīng)的±ξ0=±QL（2△fd/ f0）稱為廣義參差失諧量。
當(dāng)參差調(diào)諧的兩個(gè)回路的QL值相同時(shí)，可將兩個(gè)相同的頻率特性曲線向左右方向各移動(dòng)±ξ0，然后將它們的縱坐標(biāo)分貝數(shù)相加，則可得到參差調(diào)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(tài)，諧振點(diǎn)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(diào)諧回路的綜合頻率特性與廣義參差失諧量ξ0 有關(guān)。ξ0 越小則越尖，越大則越平坦。當(dāng)ξ0大到一定程度時(shí)，由于f0處的失諧太嚴(yán)重，綜合頻率特性曲線可以出現(xiàn)馬鞍形雙峰的形狀。
理論推導(dǎo)表明，當(dāng)ξ0<1時(shí)綜合頻率特性曲線為單峰；ξ0>1時(shí)為雙峰；ξ0=1為兩者的分界線，相當(dāng)于單峰中最平坦的情況。越大，則雙峰的距離越遠(yuǎn)，且中間的下凹越嚴(yán)重。
3.實(shí)驗(yàn)電路
小信號(hào)參差調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖8-2。
圖8-2 小信號(hào)參差調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1．靜態(tài)工作點(diǎn)與諧振回路的調(diào)整。
2．放大器的幅頻特性及通頻帶的測試。
3．測試品質(zhì)因數(shù)對(duì)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(hào)諧振放大器”模塊已改進(jìn)為“高頻小信號(hào)參差調(diào)諧放大器”模塊，由原來的一級(jí)高頻調(diào)諧放大器改為兩級(jí)高頻調(diào)諧放大器，因此可進(jìn)行通過參差調(diào)諧擴(kuò)展通頻帶的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)注意如下提示：
1、 高頻小信號(hào)放大器輸入中心頻率f0為10.7MHz，所需幅度只需10～30mV，兩級(jí)放大增益較高，輸入過大將使輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真，務(wù)請(qǐng)注意。
2、 參差調(diào)諧放大器第一級(jí)諧振點(diǎn)略低于10.7MHz，第二級(jí)諧振點(diǎn)略高于10.7MHz，形成以10.7MHz為中心頻率，中部微凹兩邊對(duì)稱的通頻帶特征。勿將兩級(jí)諧振點(diǎn)調(diào)于同一頻率，否則電路有可能產(chǎn)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(hào)過大將使電路過載，并使觀察到的通頻帶特性產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1．靜態(tài)工作點(diǎn)與諧振回路的調(diào)整
⑴ 在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上小信號(hào)參差調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。跳線塊開關(guān)J1接2-3端，采用實(shí)驗(yàn)箱LC、晶體正弦波振蕩電路模塊的晶體振蕩器10.7MHz信號(hào)作為信號(hào)源，幅度調(diào)整在10 mV～20 mV，接入小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路IN1端。
⑵ 在第一級(jí)小信號(hào)調(diào)諧放大器輸出（TP2）端，用示波器觀測第一級(jí)放大后的信號(hào)，調(diào)整電位器W1和微調(diào)電容C7,使輸出信號(hào)幅度最大。
⑶ 在第二級(jí)小信號(hào)調(diào)諧放大器輸出（TP3）端，用示波器觀測第一、二兩級(jí)放大后的信號(hào)，調(diào)整電位器W2和微調(diào)電容C12,使輸出信號(hào)幅度最大。
注意：當(dāng)兩級(jí)放大器的中心頻率完全一致時(shí)，若各級(jí)增益過大極易產(chǎn)生高頻自激，因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電路有自激傾向時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整W1和W2降低工作點(diǎn)電流以略微降低各級(jí)增益，或?qū)杉?jí)調(diào)諧放大器的微調(diào)電容進(jìn)行相反大小的微調(diào)，預(yù)置為參差調(diào)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(hào)過大將使電路過載，并使觀察到的通頻帶特性產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：
⑴ 在實(shí)驗(yàn)箱上安裝好LC、晶體正弦波振蕩電路模塊，并使晶體振蕩產(chǎn)生穩(wěn)定的10.7MHz信號(hào)通過高頻電纜注入掃頻儀“外頻標(biāo)輸入”端口，將掃頻儀“頻標(biāo)方式”選為“外頻標(biāo)”，調(diào)節(jié)“頻標(biāo)幅度”旋鈕至最大，適當(dāng)縮小“掃頻寬度”以擴(kuò)大屏幕區(qū)域內(nèi)能見的頻率范圍。通過左右旋動(dòng)“中心頻率”旋鈕，找到10.7MHz信號(hào)產(chǎn)生的外頻標(biāo)點(diǎn)并將其移動(dòng)到屏幕中央豎直中線上。此后不得再隨意旋動(dòng)“中心頻率”旋鈕。（可將“頻標(biāo)方式”臨時(shí)改為“10:1”，觀察內(nèi)部頻標(biāo)此時(shí)在屏幕中央豎直中線上指示的頻率值，以驗(yàn)證10.7MHz的f0中心頻率確實(shí)已調(diào)整到屏幕中央，然后恢復(fù)外頻標(biāo)）。
⑵ AC/DC開關(guān)選擇“AC”狀態(tài)，×1/×10開關(guān)選擇×1狀態(tài)，極性開關(guān)選擇“+”狀態(tài)。
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(diǎn)接地。此時(shí)應(yīng)在屏幕上出現(xiàn)放大器頻率特性曲線。
⑸ 仔細(xì)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(diào)節(jié)兩級(jí)放大器的調(diào)諧回路，區(qū)分出每級(jí)對(duì)應(yīng)的諧振峰大體位置（如兩級(jí)放大器的調(diào)諧回路頻率過于接近，則需將其調(diào)諧元件分別向相反方向微微調(diào)整，并注意始終保持曲線形狀基本對(duì)稱于外頻標(biāo)所在中心豎線位置）。如發(fā)現(xiàn)兩峰幅度差別較大，則可分別調(diào)整電位器W1和W2，使各級(jí)增益分配趨于合適。
⑹ 緩慢細(xì)心地調(diào)節(jié)兩級(jí)放大器的調(diào)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(shù)及通頻帶的測試
⑴放大倍數(shù)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(nèi)部頻標(biāo)所指示的頻率，繪制放大器的幅頻特性曲線，并大致估計(jì)3dB帶寬點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值以及相應(yīng)的ξ0 值。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．整理按實(shí)驗(yàn)步驟所得的數(shù)據(jù)，完成放大器幅頻特性曲線的繪制工作。
2．由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析參差調(diào)諧振放大器在調(diào)整于不同ξ0 值的情況下對(duì)通頻帶的影響。
3.總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲得的體會(huì)。