高频实验指导书

12020年4月19日高频实验指导书高频电子线路实验指导书牡丹江师范学院工学院文档仅供参考，不当之处，请联系改正。12020年4月19日实验一高频小信号调谐放大器一、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电路实验箱2．熟悉谐振回路的幅频特性分析一通频带与选择性。3．熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。二、实验主要仪器1．高频电路实验箱2．双踪示波器3．高频信号发生器4．万用表5．实验板G1三、预习要求1．复习谐振回路的工作原理。2．了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。3．实验电路中，若电感量L=1μH回路总电容C=220pf。（分布电容包括在内），计算回路中心频率f。四、实验原理图1-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大文档仅供参考，不当之处，请联系改正。22020年4月19日器。它不但要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。本实验中输入信号的频率fs＝10MHz。改变射极电阻RE，从而改变放大器的增益。图1-1小信号调谐放大器放大器在高频情况下的等效电路如图1-2所示，晶体管的4个y参数iey，oey，fey及rey。文档仅供参考，不当之处，请联系改正。32020年4月19日图1-2放大器的高频等效回路式中，mg——晶体管的跨导，与发射极电流的关系为SmAIgEm26（1-1）ebg/——发射结电导，与晶体管的电流放大系数β及IE有关，其关系为SmAIrgEebeb261''（1-2）Lg为调谐放大器输出负载的电导，LLRg1。一般小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则Lg将是下一级晶体管的输入导纳2ieg。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导g的表示式为GjwLjwcgpgpGjwLjwcgpgpgLoeieoe11222122221（1-3）文档仅供参考，不当之处，请联系改正。42020年4月19日式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响能够忽略。1、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率of，谐振电压放大倍数voA，放大器的通频带BW及选择性（一般见矩形系数1.0rK来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：（1）谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率of称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），of的表示式为LCf210（1-4）式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，C的表示式为ieoeCPCPCC2221（1-5）式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容。谐振频率of的测量方法是：文档仅供参考，不当之处，请联系改正。52020年4月19日用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点of。（2）电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数voA称为调谐放大器的电压放大倍数。voA的表示式为GgpgpyppgyppuuAieoefefeiV2221212100（1-6）式中，g为谐振回路谐振时的总电导。因为LC并联回路在谐振点时的L和C的并联电抗为无限大，因此能够忽略其电导。但要注意的是fey本身也是一个复数，因此谐振时输出电压u0与输入电压ui相位差为（180o+fe）。voA的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中RL两端的电压u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数voA由下式计算：iVUUA00或ioVUUAlg200dB(1-7)（3）通频带LQffBW07.02(1-8)分析表明，放大器的谐振电压放大倍数voA与通频带BW的关文档仅供参考，不当之处，请联系改正。62020年4月19日系为CyBWAfeV20(1-9)上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容CΣ为定值时，谐振电压放大倍数voA与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是经过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法能够是扫频法，也能够是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率of及电压放大倍数voA然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS不变），并测出对应的电压放大倍数voA。由于回路失谐后电压放大倍数下降，因此放大器的谐振曲线如图1-3所示。（4）选择性——矩形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数1.0vK时来表示，如图（1-3）所示的谐振曲线，矩形系数1.0vK为电压放大倍数下降到0.1voA时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707voA时对应的频率偏移之比，即0VAAv0.7BW0.1Lf0fHf2△f0.1图1-3谐振曲线文档仅供参考，不当之处，请联系改正。72020年4月19日BWfffKV1.07.01.02221.0（1-10）能够经过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数1.0vK。五、实验内容及步骤(一)单调谐回路谐振放大器。1.实验电路见图1-4(1).按图1-4所示连接电路(注意接线前先测量+12V电源电压，无误后，关断电源再接线)。(2).接线后仔细检查，确认无误后接通电源。图1-4单调谐回路谐振放大器原理图2.静态测量实验电路中选Re=1k测量各静态工作点，计算并填表1.1表1.1实测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因文档仅供参考，不当之处，请联系改正。82020年4月19日VBVEICVCE是否*VB，VE是三极管的基极和发射极对地电压。3.动态研究(1).测放大器的动态范围Vi～V0(在谐振点)选R=10K，Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接示波器，选择正常放大区的输入电压Vi，调节频率f使其为10MHz，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大。此时调节Vi由0.02伏变到0.5伏，逐点记录V0电压，并填入表1.2。Vi的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。表1.2Vi(V)0.020.5V0(V)Re=1kRe=500ΩRe=2K(2).当Re分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表1.2。并观察输出信号电压波形的变化。(3).测量放大器的频率特性当回路电阻R=10K时,选择正常放大区的输入电压Vi，将文档仅供参考，不当之处，请联系改正。92020年4月19日高频信号发生器输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10MHz，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频率f0=10MHz为中心频率，然后保持输入电压Vi不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压V0，将测得的数据填入表1.3。频率偏离范围可根据(各自)实测情况来确定。表1.3计算f0=10MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。(4).改变谐振回路电阻，即R分别为2KΩ，470Ω时，重复上述测试，并填入表1.3。比较通频带情况。六、实验报告要求1.写明实验目的。f(MHz)8.49.09．49．69．81010.210．410．610．811.0V0R=10KΩR=2KΩR=470Ω文档仅供参考，不当之处，请联系改正。102020年4月19日2.画出实验电路的直流和交流等效电路。3.写明实验所用仪器、设备及名称、型号。4.整理实验数据。文档仅供参考，不当之处，请联系改正。112020年4月19日实验二高频谐振功率放大器一、实验目的1．了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的计算与设计方法。2．了解电源电压VC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。二、实验主要仪器1．双踪示波器2．高频信号发生器3．万用表4．实验板G2三、预习要求1．复习功率谐振放大器原理及特点。2．分析实验电路，说明各元器件作用。四、实验原理实验电路如图2-1所示，它是由两级小信号谐振放大器组成的推动级和末级丙类谐振功率放大器构成，其中VT1和VT2组成甲类功率放大器，晶体管VT3组成丙类谐振功率放大器，这两类功率放大器的应用十分广泛，下面简要介绍它们的工作原理及基本计算方法。文档仅供参考，不当之处，请联系改正。122020年4月19日(一)、甲类功率放大器1、静态工作点如图2-1所示，晶体管VT1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其中R1和R2为基极偏置电阻；R5为直流负反馈电阻；它们共同组成分压式偏置电路以稳定放大器的静态工作点。R4为交直流负反馈电阻，能够提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定：CCBQVRRRU211(2-1)54RRUUIIBEQBQEQCQ(2-2)1/CQBQII(2-3))(54RRIVUEQCCCEQ(2-4)2、动态特性所谓动态特性，指放大器在激励信号作用下的工作状态，这里以负载特性为主要研究对象。如图2-1所示，前级放大器的负载由后级放大器的输入阻抗决定。以第一级甲类功放为例，它与第二级甲类功放经过变压器进行耦合，因此其交流输出功率可表示为：BHoPP/'(2-5)文档仅供参考，不当之处，请联系改正。132020年4月19日式中，'HP为输出负载上的实际功率，B为变压器的传输效率，一般为85.0~75.0B。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻HR称为最佳匹配负载。集电极的输出功率CP的表示式为HcmcmcmCRUIUP/21212(2-6)式中，cmU为集电极输出的交流电压振幅，cmI为交流电流的振幅，它们的表示式分别为)(54)(satCECQCCcmURRIVU(2-7)式中，)(satCEU称为饱和压降，一般为1V左右。CQcmII(2-8)3、功率增益与电压放大器不同的是，功放应有一定的功率增益，对于图2-1所示电路，甲类功放不但要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还需将前级输入的信号进行功率放大，功率增益PA的表示式为iCPPPA/(2-9)式中，iP为功放的输入功率，它与功放的输入电压振幅imU及输入文档仅供参考，不当之处，请联系改正。142020年4月19日电阻iR的关系为iiimRPU2(2-10)(二)丙类功率放大器1、工作原理如图2-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压BEu是利用发射极电流的直流分量0EI在发射极直流负反馈电阻10R上产生的压降来提供的，故称为自给偏置电路。当放大器的输入信号iu为正弦波时，集电极电流ci为余弦脉冲波。利用谐振回路L5C5的选频作用可输出基波谐振电压1Cu、电流1Ci。2、功率与效率丙类谐振功率放大器是依靠激励信号对功放管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率转换成负载回路的交流功率的作用。在直流功率相同的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。(1)直流电源CCV提供的直流功率0CCCVIVP(2-11)式中，0CI为集电极电流Ci的直流分量。电流Ci经傅立叶级数分解，可得峰值cmI与分解系数)(n的关系式IcmIcnmn/)((2-12)文档仅供参考，不当之处，请联系改正。152020年4月19日故有)(00cmCII(2-13)bmBBONUVUcos(2-14)式中，ONU为晶体管导通电压(硅管约为0.6V，锗管约为0.2V)；bmU为激励电压(输入电压)的振幅。BBV为基极直流偏置电压，一般取0~0.2V。在自给偏置电路中，其值可由下式确定ECBBRIV0(2-15)式中，ER