高頻小信號調諧放大器

一、實驗目的
小信號調諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號或
微弱信號的線性放大。在本實驗中，通過對諧振回路的調試，對放大器處于諧振時
各項技術指標的測試（電壓放大倍數，通頻帶，矩形系數），進一步掌握高頻小信號
調諧放大器的工作原理。學會小信號調諧放大器的設計方法。
二、實驗原理
圖1-1 所示電路為共發射極接法的晶體管高頻小信號調諧放大器。它不僅要放大
高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負載為LC 并聯諧振回
路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數等會影響放大器
輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態工作點由電阻RB1，RB2 及RE 決定，其計算方
法與低頻單管放大器相同。

圖1-1 小信號調諧放大器? 晶體管放大器設計
放大器在高頻情況下的等效電路如圖1-2 所示，晶體管的4 個y 參數yie，yoe，
yfe 及yre 分別為

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數除了與靜態工作電流IE，電流放大系數β 有關外，還與工作頻率ω 有關。晶體管手冊中給出的分布參數一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 條件下測得3DG6C的y 參數為：

式中，G 為LC 回路本身的損耗電導。諧振時L 和C 的并聯回路呈純阻，其阻
值等于1/G，并聯諧振電抗為無限大，則jwC 與1/（jwL）的影響可以忽略。
三、調諧放大器的性能指標及測量方法
表征高頻小信號調諧放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大倍數Av0，放大器的通頻帶BW 及選擇性（通常用矩形系數Kr0.1 來表示）等。放大器各項性能指標及測量方法如下：
1、諧振頻率

放大器的調諧回路諧振時所對應的頻率f0 稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1
所示電路（也是以下各項指標所對應電路），f0 的表達式為

上式說明，當晶體管選定即yfe 確定，且回路總電容CΣ為定值時，諧振電壓放大倍數AV0 與通頻帶BW 的乘積為一常數。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數
的概念是相同的。
通頻帶BW 的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可
以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調諧放大器的諧振回路使
其諧振，記下此時的諧振頻率f0 及電壓放大倍數AV0 然后改變高頻信號發生器的頻
率（保持其輸出電壓uS 不變），并測出對應的電壓放大倍數AV0。由于回路失諧后電
壓放大倍數下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。
由式（1-14）可得

上式表明，矩形系數Kv0.1 越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，
反之亦然。一般單級調諧放大器的選擇性較差（矩形系數Kv0.1 遠大于1），為提高
放大器的選擇性，通常采用多級單調諧回路的諧振放大器。可以通過測量調諧放大
器的諧振曲線來求矩形系數Kv0.1。
四、實驗參考電路
1、主要技術指標：諧振頻率fo=20.945MHz，諧振電壓放大倍數AV0≥10-15 dB，
通頻帶BW=1 MHz，矩形系數Kr0.1＜10。因fT 比工作頻率fo 大（5—10）倍，所以選
用3DG6C，選β=50，工作電壓為12V，查手冊得rbˊb=70, CbˊC=3pF，當IE=1.5mA
時Cbˊe 為25pF，取L≈2.4μH，變壓器初級N2=20 匝，接入系數P1=P2=0.25。

圖1-4 單級調諧放大器
2、確定電路為單級調諧放大器，如上圖1-4。
3、確定電路參數。
1）設置靜態工作點
由于放大器是工作在小信號放大狀態，放大器工作電流ICQ 一般選取0.8—2mA為宜，現取IE=1.5mA，uEQ=3V，uCEQ=9V。則 RE = uEQ /IE = 2KΩ 則RA4=2KΩ
取流過RA3 的電流為基極電流的7 倍，則有：

3）確定耦合電容及高頻濾波電容
高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現取耦合電
容CA2=0.01μF，旁路電容CA4=0.1μF，濾波電容CA5=0.1μF
五、實驗內容
參考所附電路原理圖G6。先調靜態工作點，然后再調諧振回路。
1）按照所附電原理圖G6，將JA2 用連接器連好，按下開關KA1，接通12V 電
源，此時LEDA1 點亮。
2）調整晶體管的靜態工作點：
在不加輸入信號（即ui=0），將測試點TTA1 接地，用萬用表直流電壓檔（20V
檔）測量電阻RA4 的電壓，調整可調電阻WA1，使uEQ=2.25V（IE=1.5mA），記下此時的uBQ，uCEQ，uEQ 及IEQ 值。
3）調諧放大器的諧振回路使它諧振在20.945MHz
方法是用BT-3 頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信
號輸入端TTA1 及測試端TTA2，通過調節y 軸，放大器的“增益”旋紐和“輸出衰
減”旋紐于合適位置，調節中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振
特性曲線”，根據頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率
f0=20.945MHz 所對應的幅值最大。
如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調諧過程，方法是：在TTA1 處
用高頻信號發生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信號，用示波器探頭在
TTA2 處測試（在示波器上看到的是正弦波），調節變壓器磁芯使示波器波形最大（即
調好后，磁芯不論往上或往下，波形幅度都減小）。
4）測量電壓增益AV0
用頻率特性測試儀測AV0
在測量前，先要對測試儀的y 軸放大器進行校正，即零分貝校正，調節“輸出
衰減”和“y 軸增益“旋紐，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度
和此時“輸出衰減”的讀數N1dB，然后接入被測放大器，在保持y 軸增益不變的前
提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋紐，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸
出衰減”的值N2dB，則電壓增益為
AV0 =（N2-N1）dB
或者在TTA1 處用高頻信號發生器注入頻率為20.945MHz，大小為25mV 的信
號,使調諧回路處于諧振狀態，用高頻毫伏表測量RL(RAS) 兩端的電壓uo, 并利用式
（1-13）來計算AV0
若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV0 較小，
可以通過調靜態工作點來解決（即IE 增大）。
5) 測量通頻帶BW
用掃頻儀測量BW
先調節“頻率偏移”（掃頻寬度）旋紐，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當的格
數，然后接入被測放大器，調節“輸出衰減”和y 軸增益，使諧振特性曲線在縱軸
占有一定高度，測出其曲線下降3dB 處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據內頻標
就可以近似算出放大器的通頻帶
BW=B0.7=100kHz ×（寬度）
或者利用描點法來測量。
6) 測量放大器的選擇性
放大器選擇性的優劣可用放大器諧振曲線的矩形系數Kr0.1 表示。用5）中同樣的方法測出B0.1 即可

由于處于高頻區，分布參數的影響存在，放大器的各項技術指標滿足設計要求
后的文件參數值與設計計算值有一定的偏差，所以在調試時要反復仔細調整才能使
諧振回路處于諧振狀態。在測試要保證接地良好。
六、實驗報告要求
1、整理好實驗數據，用方格紙畫出幅特性曲線。
2、 思考：引起小信號諧振放大器不穩的原因是什么？如果實驗中出現自激現
象，應該怎樣消除？
七、實驗儀器
1、 BT-3G 型頻率特性測試儀一臺（選項）
2、 示波器（雙蹤20MHz）一臺
3、 數字萬用表一塊
4、 調試工具一套