调谐小信号放大器分析设计与仿真.docx
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调谐小信号放大器分析设计与仿真
实验室
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实验报告
实验课程
实验名称
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指导老师
小信号调谐放大器预习报告
一.实验目的
1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统;
2.掌握单调谐和双调谐放大器的基本工作原理;
3.掌握测量放大器幅频特性的方法;
4.熟悉放大器集电极负载对单调谐和双调谐放大器幅频特性的影响;
5.了解放大器动态范围的概念和测量方法。
二.实验内容
调谐放大器的频率特性如图所示。
图1-1调谐放大器的频率特性
调谐放大器主要由放大器和调谐回路两部分组成。
因此,调谐放大器不仅有放大作用,而且还有选频作用。
本章讨论的小信号调谐放大器,一般工作在甲类状态,多用在接收机中做高频和中频放大,对它的主要指标要求是:
有足够的增益,满足通频带和选择性要求,工作稳定等。
二.单调谐放大器
共发射极单调谐放大器原理电路如图1-2所示。
图1-2
图中晶体管T起放大信号的作用,RB1、RB2、RE为直流偏置电阻,用以保证晶体管工作于放大区域,从而放大器工作于甲类。
CE是RE的旁路电容,CB、CC是输入、输出耦合电容,L、C是谐振回路作为放大器的集电极负载起选频作用,它采用抽头接入法,以减轻晶体管输出电阻对谐振回路值的影响,RC是集电极(交流)电阻,它决定了回路值、带宽。
三.双调谐回路放大器
图1-3电容耦合双调谐回路放大器原理电路
图中,RB1、RB2、RE为直流偏置电阻,用以保证晶体管工作于放大区域,且放大器工作于甲类状态,为的旁通电容,和为输入、输出耦合电容。
图中两个谐振回路:
组成了初级回路,组成了次级回路。
两者之间并无互感耦合(必要时,可分别对加以屏蔽),而是由电容进行耦合,故称为电容耦合。
本次实验需做内容
1.采用点测法测量单调谐和双调谐放大器的幅频特性;
2.用示波器测量输入、输出信号幅度,并计算放大器的放大倍数;
3.用示波器观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响;
4.用示波器观察放大器的动态范围;
5.观察集电极负载对放大器幅频特性的影响。
三.实验步骤
1.画出单调谐和双调谐的幅频特性,计算幅值从最大值下降到0.707时的带宽,并由此说明其优缺点。
比较单调谐和双调谐在特性曲线上有何不同?
2.画出放大器电压放大倍数与输入电压幅度之间的关系曲线。
3.当放大器输入幅度增大到一定程度时,输出波形会发生什么变化?
为什么?
4.总结由本实验所获得的体会。
实验报告
一.实验目的
1.掌握小信号调谐放大器的电路组成和工作原理。
2.了解调谐放大器性能指标的仿真方法。
3.理解电路元件参数对调谐放大器性能指标的影响。
二.实验原理(简述)
单调谐小信号放大器可以对高频小信号进行不失真的放大,其结构由放大部分和选频部分构成。
放大部分通常由晶体管或场效应管等构成放大电路,LC谐振回路作为晶体管集电极负载起到选频的作用,这是与低频小信号放大器电路结构上最主要的区别。
调谐放大器具有选频滤波放大作用,当输入信号的频率与LC回路的谐振频率相等时,LC回路发生谐振,此时单调谐放大器增益达到最大。
单调谐小信号放大器的性能指标主要有增益,通频带B0.7和矩形系数K0.1,各项性能指标的定义如下:
1.增益
以电压增益Au为例,指得是当单调谐放大器发生谐振时,所对应的电压放大倍数,即:
(1-1)
或者
(1-2)
或者
(1-3)
Kp是指功率增益,Po是交流输出功率,Pb是输入功率。
增益的大小,与所选用的晶体管型号、LC谐振回路用的器件、品质因数、通频带等参数均有关。
2.通频带B0.7
放大器的电压增益下降到最大值的(下降-3dB)倍时所对应的频率范围称为通频带,即图1-1中选频特性曲线0.7所对应的频带宽度。
通频带也叫3dB带宽,定义为:
B0.7=f2-f1(1-4)
图1-1通频带
通频带B0.7可表示为:
(1-5)
其中,f0是LC谐振回路的谐振频率。
通频带是与谐振频率f0成正比,与品质因数Q成反比。
3.矩形系数K0.1
矩形系数为电压增益下降到最大值的0.1倍(下降-20dB)所对应的频率范围和0.7倍对应的频率范围之比,即
(1-6)
矩形系数衡量的是电路选择性的好坏。
在理想情况下,K0.1的值为1。
因此,矩形系数的值越接近于1,说明电路的选择性越好。
而单调谐小信号放大器矩形系数的值理论上约为9.96,选择性不是非常理想。
一.实验电路或仿真电路图
1.单调谐放大电路的仿真
2.双调谐放大电路的仿真
四.实验内容和相关实验参数
1.单调谐放大电路的仿真
已知单调谐小信号谐振放大器电路如图1-2所示。
LC并联谐振回路作为集电极负载,起到选频和滤波的作用,要求该LC谐振回路的谐振频率f0为465KHz。
试:
(1)画出仿真电路图;
(2)通过仿真,用示波器观察输入、输出电压波形,计算电路谐振时的电压增益Ku0;
(3)利用波特仪观察放大电路的幅频特性,通过该特性计算谐振频率f0,通频带BW0.7,品质因数QL和矩形系数K0.1;
(4)改变负载R4的值,观察负载对电路性能的影响(通频带BW0.7,品质因数QL);
(5)改变信号源的频率,如当信号源频率为2f0、3f0、4f0,通过示波器观察输出电压波形的幅值变化,验证谐振电路的选频特性。
2.双调谐小信号谐振放大电路的仿真
双调谐放大电路如图1-3所示。
微调可变电容C2和C8,使电路谐振在465KHz。
(1)画出仿真电路图;
(2)调节耦合电容C9的值,用波特仪观察放大电路幅频特性,记录下不同的耦合电容C9的值时波形的变化情况,并与单调谐放大电路的性能进行比较;
(3)通过示波器观察输入、输出电压波形,并求电压增益Ku0。
五.实验结果或仿真结果(测量数据和实测波形)
1.单调谐小信号谐振放大器相关仿真结果
图1-4单调谐小信号谐振放大器输出输入波形
图1-5单调谐小信号谐振放大器的幅频特性
图1-6放大器的电压增益下降-3dB时的幅频特性
图1-7放大器的电压增益下降-20dB时的幅频特性
图1-8将电路中的R4改为1kΩ时的幅频特性
图1-9当信号源频率为2f0(930kHZ)时所产生的波形
图1-10当信号源频率为3f0(1395kHZ)时所产生的波形
图1-11当信号源频率为4f0(1860kHZ)时所产生的波形
2.双调谐小信号谐振放大器相关仿真结果
图1-12双调谐小信号谐振放大器输出输入波形
六.实验数据处理(计算、分析误差,作曲线)
1.单调谐放大电路的相关数据计算
(1)该电路的输出电压为2.540V,输入电压为9.807mV,故该电路谐振时的电压增益Ku0=2.540V/9.807mV=259.00;
(2)该电路的谐振频率f0=465kHZ;通频带BW0.7=482.21-419.20=63.01kHZ;品质因数QL=465/63.01=7.38;矩形系数K0.1=(866.71-242.30)/(482.21-419.20)=9.91;
(3)当R4改为1kΩ时,该电路的通频带BW0.7=673.69-308.04=365.65kHZ,品质因数QL=465/365.65=1.27,可看出通频带变宽了,品质因数变小了;
(4)当信号源频率为2f0、3f0、4f0,通过示波器不难看出输出电压波形的幅值随着频率的增大,输出电压在逐渐减小。
2.双调谐放大电路的相关数据计算
该电路的输出电压为6.252V,输入电压为9.861mV,故该电路谐振时的电压增益Ku0=6.252V/9.861mV=634.01;
七.本实验小结、体会和建议
本次实验,通过绘制谐振小信号放大电路的电路图,并进行仿真调试,更好地理解了谐振小信号放大电路的基本组成和放大原理,以后做实验还是要多试试才好啊。
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- 调谐 信号 放大器 分析 设计 仿真