单回路谐振放大器.doc

第一章 LabHFC高频电路实验系统构成及说明
1．1 构成
LabHFC高频电路实验系统实验机由两层电路结构组成：
上层：高频电路实验系统实验模块。由7块电路板组成，各板的实验模块组成见表1-1-1。
下层：高频电路实验系统电源模块。

表1-1 各电路板实验模块组成
板号
模块名称
实验模块序号
#1板
高频信号发生器
S1
#2板
频率显示
S2
低频信号发生器
S3
#3板
单回路谐振放大器
A1
双回路谐振放大器
A2
集成选频放大电路
A3
丙类谐振功率放大器
A4
LC振荡器
A5
#4板
混频电路
A6
晶体振荡器
A7
集成变容二极管振荡器
A8
锁相环频率合成电路
A9
#5板
全载波调幅电路
A10
同步检波电路
A11
自动增益控制电路
A12
二极管包络检波电路
A13
#6板
变容二极管调频电路
A14
斜率鉴频电路
A15
#7板
锁相环调频电路
A16
锁相环鉴频电路
A17
FSK解码电路
A18
#8板
电源模块

主实验板的布置简图见图1-1-1所示
电源模块板外形尺寸为35厘米×47厘米，。

图1-1-1 主实验板的布置简图
1．2 说明
一．模块1
模块1为高频实验系统的信号源发生与显示部分。该信号源模块分为两个部分：高频信号发生器和低频信号发生器。以下分别来介绍信号源的功能和使用方法：
1．高频信号发生器（S1）
S1模块是高频信号发生器模块，它主要由4位8段数码管、两个高频信号输出口、2个频率调节电位器和2个幅度调节电位器组成。可同时提供两路同频率、同相位，不同幅度的信号输出，並可实现内部信号频率显示。模块布置图见图1-1-1所示。
高频信号的发生与调节：
“频率选择”开关用于切换输出信号的频率的‘低/高’档位，“频率选择”开关在‘低’档时，高频信号发生器输出信号的频率为0.8~5MHz；“频率选择”开关在‘高’档时，高频信号发生器输出信号的频率为3~35MHz。“频率调节”和“频率微调”电位器用于线性调节输出信号的频率；“幅度调节1”调节“输出1”口的 输出信号幅值；“幅度调节2”调节“输出2” 口的输出信号幅值。具体输出和调节对照见表1-2-1。
表1-2-1 高频信号发生器输出与调节对照表
输出口
频率调节
电位器
频率范围（频率选择）
幅度调节电位器
数据
显示
单位
低挡
高档
输出1
频率调节/
频率微调
1~10MHz
3~28MHz
幅度调节1
XX.XX
MHz
输出2
幅度调节2
2．低频信号发生器（S2）
S2模块是低频信号发生器模块，它主要由4位8段数码管、1个低频信号输出、1个频率调节电位器和1个幅度调节电位器组成。可实现频率和幅度可调的低频信号发生，并可实现频率的显示。具体输出和调节对照见表1-2-2。
表1-2-2 低频信号发生器输出与调节对照表
输出口
频率调节电位器
频率范围
幅度调节电位器
数据
显示
单位
低频输出
频率调节
15Hz~19KHz
幅度调节
XX.XX
Hz
XX.XX
KHz
如果低频输出的频率调节旋钮调得过低（＜15Hz＝时，数据显示将是‘――――’。
实验一 单回路谐振放大器
一．实验要求
1． 了解频谱仪的使用方法。
2．了解和掌握典型高频单回路谐振放大器的构成方法。
3．了解和掌握谐振放大器幅频特性曲线（谐振曲线）的绘制及通频带BW的测量，並计算出回路的Q值。
4．研究谐振回路的并联电阻RL对通频带的影响。
5. 了解和掌握利用频谱仪观察谐振放大器的谐振曲线及测量通频带BW，並计算出回路的Q值。
二．实验原理及说明
1．实验电路
高频单回路谐振放大器的实验电路见图2-1-1。
其中‘fo 选择’开关用来改变谐振回路的电容值，从而改变谐振回路的谐振频率；
其中‘S7’开关用来接通谐振回路并联电阻‘R L’，从而观察并联电阻对谐振回路的影响；
其中‘Uo1’检测环用于示波器观察或高频毫伏表测量，‘Uo2’插座用于频谱仪。

图2-11 高频单回路谐振放大器的实验电路
2．谐振放大器谐振频率的计算
谐振频率：
L 为中周变压器‘B1’的电感量，约为3.3μH。 C 为回路电容。
为回路杂散电容映射到谐振回路的电容，包括回路分布电容、晶体管结电容等，约为7Pf左右。
3．单回路谐振放大器的幅频特性
典型单回路谐振放大器的幅频特性见图2-1-2。

图2-1-2 典型单回路谐振放大器的幅频特性
放大器通频带：
放大器通频带BW的界限以幅值比Au/Auo下降到0.707倍（3dB）时的频率为准。
回路的品质因素：
三．实验步骤及实验报告
实验系统构成框图见图2-1-3。‘

图2-13 实验系统构成框图
注1：实验开始前，应把本模块的电源开关拨上，电源指示灯亮。
注2：本实验的信号幅度测量值用高频毫伏表测量，得到的是其有效值；用示波器测量，其峰峰值除以即为有效值。
1．谐振频率、通频带和品质因素 Q 的测量
①高频信号源‘输出1’经电缆联接到实验机A1模块的输入‘Ui’插座，调整高频信号源的输出幅度,使A1模块的输入‘Ui’检测环上的幅值约为 75mV(有效值)；高频信号源‘输出2’的输出幅度应应降为0。
注：如输入值大于100mV(有效值)，将使输出会有失真，则影响谐振回路的精确测量。
②中周变压器 ‘B1’的磁芯，应旋到与中周壳端面齐平的位置，此时其电感量最大。
③A1模块的‘S7’开关拔向 OFF。
④改变‘fo 选择’开关的位置，用示波器观察或用高频毫伏表测量其输出‘Uo1’检测环，调整高频信号源的频率使回路进入谐振状态，即输出幅值为最大，测得其谐振频率，测量出通频带 BW，并计算出品质因素 Q，填入下表。
fo 选择开关
左
中
右
回路电容C（PF）
30
20
10
谐振频率（MHz）
14.6
17.2
22
通频带BW（MHz）

品质因素Q

注：由于实验电路中所使用的元器件有离散性，中周变压器的磁芯位置有差异，因此上表中谐振频率只是提供参考，並且每台实验机所测得的数据也有差异。
⑤分别画出3种回路参数的谐振曲线。
注1：本实验电路的谐振回路输出经中周变压器‘B1’及场效应管隔离, 而且此时回路并联电阻‘R L’没接，因此可以近似地认为计算出的Q值是空载品质因素。
注2：本实验电路把信号源输入先衰减10倍后，再引到谐振放大器的输入。
注3：本实验把谐振回路的输出经中周变压器‘B1’（匝数比N=5），及场效应管隔离后，再引到输出 ‘Uo2’插座。
从上述所知，谐振放大器的增益Au应为Uo2*10*5/ Ui。
Uo1=Uo2*10，因此用输出‘Uo1’检测环上的测量，谐振放大器的增益Au应为Uo1*5/ Ui。
注4：如果中周变压器初级的电感量调整约为3.3μH时，根据上表可推算出本实验电路的分布电容、晶体管结电容等映射到谐振回路约为7pF。
2．利用频谱仪观察谐振放大器的谐振曲线及测量通频带‘BW’，並计算出回路的Q值。
①频谱仪的跟踪发生器输出经电缆联接到实验机A1模块的输入‘Ui’插座。
②频谱仪的输入联接到A1模块的输出‘Uo2’插座。
③中周变压器 ‘B1’的磁芯，应旋到与中周壳端面齐平的位置，此时其电感量最大。
④A1模块的‘S7’开关拔向 OFF。
⑤在频谱仪的显示屏上将显示本实验电路的幅频特性（谐振曲线），测量并计算出通频带BW，品质因素Q。
注1：由于频谱仪的输入阻抗为50Ω，因此必须在其输出 ‘Uo2’插座上测量。
注2：频谱仪的跟踪发生器设定为输出：-10dB，频谱仪测量的设定为中心频率：14.6MHz、17MHz、22MHz，输入：-15B，量程：2dB/div，△f（Span）：1MHz/div。
3．谐振回路并联电阻‘’对谐振回路的影响
①②③实验步骤同‘1．谐振频率、通频带和品质因素 Q 的测量’
④‘fo 选择’开关拔向左，调整高频信号源频率使回路进入谐振状态。
⑤再把‘S7’ 开关拔向ON（在中周变压器B1的次级上并联1.2KΩ电阻），观察谐振放大器的谐振曲线变化情况，求取有载品质因素 。画出谐振曲线。
注1：为了减少分布参数对谐振回路的影响，本实验的回路负载电阻是并联在中周变压器B1的次级上。而B1的初、次级的匝数比为5，因此实际映射到谐振回路的并联电阻 应为：

2．4 丙类谐振功率放大器
一．实验要求
1．了解和掌握丙类谐振功率放大器的构成方法。
2．了解和掌握丙类谐振功率放大器输出功率、直流功率、集电极效率的计算。
二．实验原理及说明
1．丙类谐振功率放大器工作状态说明
功率放大器要求其输出功率尽量大，效率尽量高。
高频功率放大器的工作频率很高，但其相对频带却很窄；因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路，並工作于丙类状态。
晶体管在丙类状态工作时，其集电极电流为余弦脉冲形式电流，因此应用余弦脉冲分解的方法进行计算。

其中，为的直流分量，为的基波分量。
因为采用了选频网络作为负载回路，所以其输出

丙类谐振功率放大器的输出功率：
丙类谐振功率放大器的直流功率：
丙类谐振功率放大器的集电极效率：
：放大器输出的振幅值（ 峰峰值） ：输出负载电阻（51Ω）
：功率放大器晶体管发射极电压 ：功率放大器晶体管发射极电阻
2．实验电路
丙类放大器实验电路见图2-4-2。
其中‘U E’测孔测量的直流分量，‘U O’检测环用于测量其输出。

图2-4-2 丙类放大器实验电路
三．实验步骤及实验报告
实验系统构成框图见图2-4-3。

图2-4-3 实验系统构成框图
注1：实验开始前，应把本模块的电源开关拨上，电源指示灯亮。
注2：本实验用示波器测量其信号振幅值。
1．丙类谐振功率放大器的设计及测量
①高频信号源‘输出1’经电缆联接到实验机A4模块的输入‘Ui’插座，调整高频信号源的输出幅度,使A4模块的输入‘Ui’检测环上的幅值约为130mV (有效值) ；高频信号源‘输出2’的输出幅度应降为0。
②中周变压器 ‘B4’和‘B5’的磁芯，应旋到与中周壳端面齐平的位置，此时其电感量最大
③用示波器观察其输出’Uo’检测环，调整高频信号源的频率及微调A4模块的中周变压器‘B4’和‘B5’，使两个回路均进入谐振状态，即输出幅值为最大。
④用示波器测量其输出‘U O’检测环，测得其振幅值；用直流电压表测量‘U E’测孔，测得其电压值。
⑤改变高频信号源的输入幅度, 用示波器测量其输出’Uo’检测环，测得其振幅值，计算出其输出功率、直流功率、集电极效率填入下表。
（谐振频率）约为5.8~6.1 MHz
(mV)
(V)
(V)
(W)
(W)

200

130

90

注：由于实验电路中所使用的元器件有离散性，因此上表中的数据只是提供参考，並且每台实验机所测得的数据也有差异。