小信谐振放大电路实验报告

小信号谐振放大电路实验报告
预习报告
一、实验目的
1. 掌握小信号调谐放大器的工作原理；
2. 掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法等。

二、实验仪器
三、实验基本原理和相关知识
小信号调谐放大器广泛用作高频和中频放大器，特别是用在通信接收端的前端电路，其主要目的就是实现对高频小信号的放大。

高频小信号放大器按频谱宽度分为窄带放大器和宽带放大器；按电路形式分为单级放大器和级联放大器；按照负载性质：谐振放大器和非谐振放大器。

其中，谐振放大器的负载是采用具有放大、滤波和选频作用的谐振回路。

非谐振放大器的负载由阻容放大器和各种滤波器组成，结构简单。

由于LC并联谐振回路的阻抗随着频率变化而变化，理论上可以分析得出：并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。

即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益，若偏离谐振频率，输出增益则减小。

总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。

四、实验电路及方法步骤
图1 实验原理图1 图2 实验原理图2
实验步骤如下：
1．由高频信号发生器输出单频信号，调节信号振幅，使峰-峰值Vpp=50mV左右；2．将示波器探头连接在放大器的输出端，调节输入信号频率及示波器观察输出信号波形，先粗测、再细测谐振放大器谐振频率f0；调节中周铁芯观察电感值对谐振频率的影响；
3．测量电压增益A V0
在放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器分别观测输入和输出信号的幅度大小，计算谐振时的电压增益A V0。

4．测量放大器通频带BW0.7
五、实验准备
（1）电路仿真如下：
仿真结果如下：
谐振频率下输入信号：输出信号：
截止频率下输入信号：输出信号：
下降到谐振时放大倍数的10％时对应的输入和输出：
小信号调谐放大器的主要质量指标仿真结果：
（1）谐振频率
放大器调谐回对路谐振时所应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于LC组成的并联谐振电路，谐振频率的表达式为：
仿真结果：f=4.9MHz
（2）谐振增益
放大器的谐振电压增益为放大器处在谐振频率下时输出电压与输入电压之比。

仿真得Av=13.14dB
（3）通频带
通频带带宽：
仿真得BW=0.15MHz
（4）选择性
放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。

选择性的基本指标是矩形系数。

其中，定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10％时对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移之比，即：
仿真得：Kr0.1=14
（5）品质因数
并联谐振品质因数为
L
C
R
C R L R Q =ω=ω=
00 由电路理论，品质因数的近似公式可得：
0.7
o
f Q BW =
计算得：Q=32.67
（2）数据记录表格如下：
谐振频率测量： R1=5.1k
;电感L=10uH
;电容C=100pF ;
输入电压/mV 输入频率/KHz 输出电压/mv 电压增益/dB 50 100 18 -8.873949985 50 300 28 -5.03623946 50 400 50 0
50 500 86 4.710568938 50 570 140 8.943160627 50 590 168 10.52678555 50 610 192 11.68662449 50 630 210 12.46498581 50
650
212
12.54731713
50 670 198 11.95390372 50 690 176 10.93085327 50 710 154 9.77101433 50 810 89 5.008400046 50 910 62.4 1.924291707 50 1000 49.8 -0.034813232 50 1200 34 -3.349821746 50 1400 26.8 -5.416704206 50 1600 22.4 -6.97443972 电压增益测量
输入信号频率f=650KHz;
实验报告
六、实验分析
（1）谐振频率测量结果分析
由测量结果可得如下曲线：
由输出电压和输入频率的关系曲线中可以看到输出电压最大约为212mV,对应输入信号频率为650KHZ;输出电压下降到0.707倍时电压值为150mV,对应输入信号频率为580KHZ和710KHZ,则通带宽度为130MHZ;输出电压下降到0.1倍时电压值为20mV,对应输入信号频率为200MHZ和1600KHZ,则阻带宽度为1400KHZ;由此可
计算以下参数： ①谐振频率
f=650MHZ
②谐振增益
放大器的谐振电压增益为放大器处在谐振频率下时输出电压与输入电压之比。

测量得Av=12.55dB ③通频带
通频带带宽：
测量得BW0.7=130KHz ④选择性
放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。

选择性的基本指标是矩形系数。

其中，定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10％时对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移之比，即：
BW0.7=130KHz ；BW0.1=1400KHz
计算得：Kr0.1=10.77 ⑤品质因数
并联谐振品质因数为
L
C
R
C R L R Q =ω=ω=
00 由电路理论，品质因数的近似公式可得：
0.7
o f Q BW
计算得：Q=5 (2) 电压增益测量结果分析
由测量结果可得如下图像：
由图像可以看出随着在谐振频率下，随着输入电压的提高电压增益
逐渐下降，其中该电路电压增益最大为13.3dB,且由于输入电压变化 范 围较小增益下降幅度较小。

由于该电路为小信号谐振放大电路，所以电 路
中三极管工作在线性状态，随着输入信号幅值的增加电路放大能力会
逐渐降低，且波形会有失真。

七、问题及解决
这次实验遇到了很多问题，但通过对电路分析，电路测量及与老师同学讨论都得以顺利解决。

主要问题及解决方法如下：
问题一：
在电路焊接完成后接上电源，信号源，示波器后发现示波器上没有信号，即电路没有输出。

解决方法：
关闭电源后检查电路，发现电路焊接无误，各节点都已连通，通过测量静态工作点发现电路三极管各引脚的静态电压值误差较大，此时发现三极管的c,e两端焊接反了，此时迅速关闭电源，调整了三极管的集电极和发射极，使其正确接入电路，测量静态工作点发现三极管并未被损坏。

问题二：
由于在仿真中仿真出的谐振频率为5MHZ左右，但实际焊接电路的谐振频率只有650KHZ，所以很长时间都没有找到谐振频率
解决方法：
很多同学在仿真中的谐振频率都在5MHZ左右，因此很多同学都没有找到谐振频率，通过讨论发现实际电路中的电感值与仿真中的电感值不同导致谐振频率不同，因此我们调整了测量范围，果然顺利地找到了谐振频率点。

八、结论及心得
实验结论：
本次实验内容为小信号谐振放大器，通过电路焊接及测量可以发现，该电路的各个原件参数一旦确定，电路会产生固定地谐振频率，由于要求电路中三极管工作在线性状态，所以对输入信号的幅值要求为小信号，随着输入信号幅值的增加电路放大能力会逐渐降低，且波形会有失真。

针对本次电路参数，该电路的谐振频率约为650KHZ，在输入电压峰峰值在0-200mV时，电压增益能达到12-13.3dB。

实验心得：
通过本次实验我对小信号谐振放大电路有了更加清晰的认识，熟练掌握了电路的典型结构及电路中各个原件对电路性能的影响。

同时也学会了很多模拟电路的调试过程和检查电路的很多重要方法，提高了动手能力和对实际电路的分析和查错能力。

九、思考题
（1）电感、电容、R1对品质因数有何影响？
根据品质因数的定义式：
可知Q 正比于回路总电阻R 、总电容C ；反比于电感L ；因此增 大R1和C 会 使Q 变大，增大电感L 会使Q 减小。

（2）小信号谐振放大器技术指标有哪些？
谐振频率，电压增益AV0，通频带BW0.7，品质因数Q ，，增益带 宽 积及回路的选择性（矩形系数K0.1）。

（3）谐振频率与哪些因素有关？如何判断电路已经发生谐振？
由谐振频率计算公式：
可知谐振频率和电容，电感的取值有关，
且 L 和C 的乘积越大，谐振频率越小;
L 和C 的乘积越小，谐振频率越大。

判断电路发生谐振的方法：调节输入频率，当出现一个频率点无
论增大还是减小频率电压幅值均减小时，该频率即为谐振频率。

L
C R C R L R Q ===00ωω。