高频实验报告()
——单调谐信号谐振放器设计
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实验时间 周午
目录
实验目 3
二 实验原理 3
21单调谐放器基原理 3
22性指标测量方法 7
221谐振频率测试 7
222电压增益测试 8
223频率特性测试 8
三 设计方法 11
四 实验容参数设计 12
五 实验参数测试分析 15
六 思考题 15
实验目
1. 熟悉信号谐振放器工作原理
2. 掌握信号谐振放器工程设计方法
3. 掌握信号谐振放器调谐方法
4. 掌握信号谐振放器幅频特性测量方法
5. 熟悉放器静态工作点集电极负载谐振放器幅频特性影响
二 实验原理
调谐放器特点晶体集电极负载纯电阻 LC组成联谐振回路LC联谐振回路阻抗频率变化谐振频率处阻抗纯电阻达值联谐振回路作集电极负载调谐放器回路谐振频率具放系数稍离开频率放系数迅速减种放器放需某频率信号抑止需信号外界干扰信号正调谐放器线电通讯等方面广泛作高频中频选频放器
调谐放器电路形式基电路单元两种:种单调谐放器种双调谐放器里先讨单调谐放器
21单调谐放器基原理
典型单调谐放器电路图11示图中R1 R2 直流偏置电阻LC联谐振回路晶体集电极负载Re提高工作点稳定性接入直流负反馈电阻 CbCe信号频率旁路电容输入信号Vs’变压器耦合晶体发射结放变压器耦合外接负载RLCL减晶体输出导纳回路影响晶体T1采抽头接入
图11高频信号谐振放器电路
低频电子电路中常采混合π模型描述晶体晶体部物理程集中元器件RLC表示种物理模型方法涉物理等效电路谓π参数等效电路混合π 参数晶体物理参数频率关物理概念清楚输入输出相互牵制高频分析时太方便高频电子线路分析中通常采Y参数模型描述晶体Y参数种网络参数晶体输入输出分开便进行高频分析Y参数频率关通常高频信号放电路属窄带放电路影响Y参数运Y参数身通混合π 参数换算通专门仪器进行测量
晶体混合π模型图示
图12混合π模型
中称跨导 (11)
发射结电容般十皮法百皮法集电结电容般皮法
发射极组态三极电路Y参数定义:
(12)
(13)
图13 晶体Y参数模型
根晶体混合π参数模型 Y参数:
(14)
(15)
通常情况较般百欧姆较般千欧姆估算方便进步 Y参数简化:
(16)
(17)
例某晶体混合π参数:
低频工作时忽略
高频工作时设f465kHz代入前面公式
结果参数变成复数中略变略相移变化强烈产生相移表示晶体产生强烈反馈
根Y参数模型图11高频信号谐振放器电路相应等效电路:
图14 谐振放器电路等效电路A
讨谐振回路频率特性连接 LC谐振回路负载(包括级晶体输出参数级负载)等效 LC 谐振回路两端图14等效成图15
图15 谐振放器电路等效电路B
中信号源晶体集电极接入系数式中电感线圈总匝数晶体集电极接入电感线圈匝数输出变压器副线圈原线圈匝数式中电感副线圈匝数LC回路身损耗电导谐振回路电感参数示:
(18)
(19)
(110)
(111)
谐振放器输出负载电导通常信号谐振放器级晶体谐振放器级晶体输电导电容
晶体高频情况分布参数静态工作电流电流放系数关外工作角频率ω关晶体手册中出分布参数般测量条件定情况测
条件测Y参数
22性指标测量方法
表征高频信号谐振放器性指标谐振频率谐振电压放倍数
放器通频带选择性(通常矩形系数表示)等采图16示测试电路测量项指标实验电路设计成实验通实验说电路晶体谐振回路等构成输出耦合电容负载电阻右侧谐振回路实验关(断开)实验谐振频率调节容量限加固定电容增总电容图中输入信号高频信号发生器提供示波器监测输入端负载端波形谐振放器项性指标测量方法
图16高频信号谐振放器测试电路
221谐振频率测试
放器谐振回路谐振时应频率称谐振频率图11示电路表达式
(112)
式中谐振回路电感线圈电感量谐振回路总电容C谐振回路外接电容晶体输出电容负载电容
实际谐振放器设计程中常常根式估算出电容电感数值然实际调试中通改变电感某电容值达电路谐振设计频率目谐振频率调整步骤首先高频信号发生器输出频率输出电压毫伏然调谐集电极回路改变C电感线圈L磁芯位置回路谐振LC联回路谐振时示波器显示输出波形幅度明显失真时回路谐振频率等高频信号发生器输出频率
222电压增益测试
放器谐振回路谐振时应电压放倍数称谐振放器电压增益(放倍数)表达式:
(113)
注意身复数谐振时输出电压输入电压相位差
()工作频率较低时相位差等
测量电路图16示测量条件放器谐振回路处谐振状态回路谐振时分电源指示器记输入端电压读数示波器读出输出端读数电压放倍数式计算:
(114)
分贝表示
223频率特性测试
1)通频带BW
谐振回路选频作工作频率偏离谐振频率时放器电压放倍数降电压放倍数信号频率变化曲线做放器谐振曲线图17示
电压放倍数
(115)
惯称电压放倍数降谐振电压放倍数0707倍时应频率范围称放器通频带表达式
(116)
式中谐振回路载品质数
(117)
分析表明放器谐振电压放倍数通频带积满足关系式
(118)
式说明晶体选定确定回路总电容定值时谐振电压放倍数通频带积常数低频放器中增益带宽积常数概念相式(118)通频带越宽放器电压放倍数越想定宽度通频带时提高放器电压增益式(118)知选较晶体外应量减调谐回路总电容量
图17 谐振放器频率特性曲线
通测量放器频率特性曲线求通频带测量方法逐点法扫频法逐点法测量电路图16测量步骤:先调谐放器谐振回路产生谐振记时谐振频率电压放倍数然改变高频信号发生器频率(保持输出电压变)测出应电压放倍数回路失谐电压放倍数降图17示谐振特性曲线扫频法测量电路图18图中频响特性测试仪代图16中信号发生器示波器测量步骤调节频响特性测试仪产生频率某范围变化信号(扫频信号)时仪器动记录显示该频率范围输出幅度频率特性曲线该方法较方便测量出电路频率特性
图18 频响特性测试仪测试电路
2)矩形系数
谐振放器选择性谐振曲线矩形系数表示图17示
矩形系数 电压放倍数降01 时应频率范围电压放倍数降0707时应频率偏移
(119)
矩形系数越接1邻波道选择性越滤干扰信号力越强般单级单调谐振放器矩形系数等固定值10远1回路参数关选择性较差提高放器选择性通常采级谐振放器通测量谐振放器频率特性曲线求矩形系数
三 设计方法
设计高频信号谐振放器
² 技术指标:中心频率通频带增益品质数
² 已知条件:电源电压输入信号幅度信号源阻负载阻抗电感线圈空载损耗
² 设计步骤:
1.确定电路形式见图19
2.选择晶体
选择晶体应考虑原:
(1) 放器稳定性应选()晶体
(2) 频率特性应选高晶体般少取
(3) 放器增益应选(般级电路晶体输入导纳)晶体
3.根频率求计算负载电导
4.试探静态工作点计算Y参数工作点电流关宜太太造成增加般常取=(05~3)mA
5.计算接入系数
6.验算增益否满足求:
7.计算偏置电阻:
8.计算谐振回路电容:
9.确定高频滤波电路耦合电容:
图19谐振放器实验电路
四 实验容参数设计
1. 设计高频信号谐振放器
已知条件静态工作点电流05~2mA间选取晶体Q2N3904 中频变压器参数
技术指标:谐振频率谐振电压放倍数通频带
解:
电路图19示:放电路采分压式电流负反馈偏置电路
1.根频率求计算负载电导:
载品质数
:
2.试探静态工作点计算Y参数:选取IEQ1 mA时:
估算Y参数:
里忽略引入误差概15实际电路计算中般忽略
检查数
3. 计算接入系数:
谐振回路身固导纳
功率匹配情况满足:
般级放器输入电导里
接入系数
实验中取:
L13
L12
L34
电感值
402uH
233 uH
056 uH
:
4. 验算增益否满足求:
求换算成电压放倍数倍
见增益满足设计求选取工作点合适否需根重新选择工作点
5. 计算偏置电阻:
求流偏置电阻R1 R2电流保证VBQ恒定般取(硅)里取电路静态工作点式确定:
信号放器般取里取
实验时取43k15k110k电阻10 k电位器串连便调整静态工作点
6. 计算谐振回路电容:
根频率求计算回路总电容:
取调电容
7. 确定高频滤波电路耦合电容:
71耦合电容取 01F
10MHz信号阻抗约016直流信号阻抗
72高频滤波电路
里采型滤波电路电源干扰求电感采色环电感电容般采高频瓷片电容
取
2.电路装调
3.参数测试: 增益幅频特性动态范围等
4.结果分析:matlab做数拟合画图分析讨
电路调试注意事项:
1信号源:果信号源动态范围较采10:1衰减器扩电路:
信号源阻
衰减器满足选择合适电阻需衰减率
2示波器:a频率精确测量示波器屏幕右频率精确显示b探头衰减设置选择X10衰减减示波器探头电路影响
五 实验参数测试分析
实验中放输出波形图:
1静态工作点参数
基满足工作条件
2.中心频率:
3.输入电压时输出电压
增益:
时
测:
带宽:
带宽基满足实验求
4. 矩形系数:
5 幅频特性曲线:
实验中测40组数频率范围80MHz~140MHz着重观察选频特性中心频率107MHz附取样较密集偏离中心频率较远处取样较稀疏样较拟合出选频特性曲线
(Vipp20Mv)
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
频率(MHz)
80
90
95
98
100
101
102
103
Vopp(mV)
204
284
380
476
608
672
792
976
序号
9
10
11
12
13
14
15
16
频率(MHz)
1040
1045
1050
1055
1059
1061
1063
1065
Vopp(mV)
123
142
172
208
244
264
286
306
序号
17
18
19
20
21
22
23
24
频率(MHz)
1067
1068
1069
1070
1071
1072
1073
1075
Vopp(mV)
322
330
334
336
334
332
328
314
序号
25
26
27
28
29
30
31
32
频率(MHz)
1077
1079
1081
1085
1090
1095
110
111
Vopp(mV)
294
272
254
216
178
150
130
104
序号
33
34
35
36
37
38
39
40
频率(MHz)
112
113
114
116
120
125
130
140
Vopp(mV)
800
680
592
472
344
256
216
176
图Matlab拟合曲线中横轴输入信号频率轴Vipp20mV时测输出电压峰峰值代表电路增益:
分析:
1 带宽进步减原:
影响L影响接入系数晶体参数实验中未取电感4uH实际取52uH外Q值没达理求值外电路种参数会实际电路中Q值进步降低然接入系数会造成BW变宽工作点选择晶体参数较影响会影响BW
实验中够达需带宽采取措施:
(1)适减绕电感值增Q值
(2)适减接入系数
(3)适调整工作点
2 矩形系数:
理值91较接具体幅频特性曲线相关
实际电路种影响素避免理值出入
3 幅频曲线:
拟合幅频曲线较合理选频特性较
六 思考题
1. 判断联谐振回路否处谐振状态?回路谐振频率参数关?实验说明
答:首先确认输出信号没产生失真晶体工作线性放区然调节信号源输入信号频率果中心频率 f0处输出峰峰值 Vopp值电路工作谐振状态回路谐振频率电感 L 电容 CaCb值决定:
2 什说提高电压放倍数时通频带会减采取措施提高?实验结果?
答:实验原理中分析放器谐振电压放倍数 0 v A 通频带BW积满足关系式:
式说明晶体选定 yfe确定回路总电容 CT定值时谐振电压放倍数 Av0通频带 BW 积常数低频放器中增益带宽积常数概念相提高电压放倍数 Av0时通频带 BW 会减 果想减带宽 BW 调高增益 Av采级放器级联方法
实验中发现单纯增增益解决带宽问题原首先果接入系数p2太级反射阻抗增加回路Q值降明显外抬高静态工作点三极放器电流增加阻抗相应增加Q值会降试验中没静态工作点抬高4V左右选2V左右
3. 调谐振回路时放器输入信号求果输入信号会出现什现象?
答:调谐振回路时输入信号宜否输出信号波形会发生失真时放器没工作线性放区般输入电压高取100mV峰峰值果信号源提供值限较应设计衰减电路:
衰减器满足RS << R1Zi << R2选择合适电阻需衰减率
4. 影响谐振放器稳定性素?调整放器时否出现激振荡表现形式?采取什措施解决?
答:影响放器稳定性素电路中否存正反馈造成激振荡调整放器时没发生激振荡电阻 R3 存晶体发射极产生负反馈增加电路稳定性出现激振荡采中法解决问题具体操作方法:晶体BC极间接电容设计放器时忽略影响然实际实验时影响晶体反馈
5. 谐振回路接入系数放器性影响?
答:接入系数影响放器增益 Av载品质数 QL带宽 BW接入系数越增益越载 Q 值降选频特性变坏带宽增试验中观察发现接入系数p2BW影响较02降01
6. 计算设计高频信号放器电压放倍数 测量值相较区?什?
答:电路设计时取p1088p2009理计算增益Av4401实际测量中电路增益1440明显理设计值
影响素首先静态工作点实际电路中取2V较次接入系数p1实际电路中07左右088理值根公式:
增益会降
第三三极参数肯定设计时相Yfe实际中偏
外电路Q值较带宽BW法减根GBP定知增益法变
7. 思考试验测量信号高频信号时示波器探头应设置?
答:1 倍衰减:仪器电路中电容十皮法百皮法左右实验板电路说会结果产生较影响
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