双调谐回路谐振放大器

双调谐回路谐振放大器摘要：以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。

这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。

由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益；而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小。

因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。

调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。

在接收机中，主要用来对小信号进行电压放大；在发射机中主要用来放大射频功率。

调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。

可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合。

一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。

超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。

本文主要介绍的是双调谐回路谐振放大器，分析其主要技术指标。

有：静态工作点、电压增益、通频带、矩形系数，将其与单调谐回路谐振放大器进行比较，得到对同一输入信号而言，双调谐回路谐振放大器比单调谐回路谐振放大器的电压增益有所增大、通频带显著加宽、矩形系数明显改善，高频小信号放大器主要应用于接收机的高频放大器和中频放大器中，目的是对高频小信号进行线性放大，关键词：静态工作点、电压增益、通频带、矩形系数正文：一、任务要求1、 三极管输入、输出特性的测试，作为设置静态工作点的依据；2、 调整合适的静态工作点，测出各级静态工作点，并尝试将R1改为可变电阻，观察其波形的变化并描述相关失真情况； 3、 进行双调谐回路谐振放大器的特性分析：电压增益（放大倍数）、通频带分析；4、 双调谐回路谐振放大器的RF （射频电流）特性如何？并与单调谐回路放大器相比较；5、 测量谐振频率0f ,并将电源频率改变为00f f f f <>、时，并观察其输出波形的变化，其输出特性；6、 通过测量通频带及与给定相对输入损耗的通频带比值，是确定其矩形系数，并与单调谐回路相比较；7、 测量双调谐回路放大器的幅频特性，并将其与特性曲线与单调谐回路放大器作比较，试分析其原因；8、 输入同一信号，观察单调谐回路放大器与双调谐回路谐振放大器的输出波形，结合上述测量值，对其进行总体比较，试总结出其相关结论二、设计电路原理分析：双调谐回路放大器原理图VCC双调谐回路放大器具有较好的选择性、较宽的通频带，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，因而它被广泛地用于高增益、宽频带、选择性要求高的场合。

但双调谐回路放大器的调整较为困难。

双调谐回路放大器如图所示，图中由C3 (C3)、C4 (C4)、、C5 (C5)、C9(C9) 、C10 (C10)、L1(L1)、L2(L2)组成的双调谐回路。

（一）、三极管输入输出特性曲线(1) U CE > 0 时的输入特性曲线当 U CE > 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。

U CE > U BE ，三极管处于放大状态。

* 特性右移(U CE ≥ 1 时的输入特性具有实用意义。

CCV R C* U CE ≥ 1 V 图 2 三极管共射特性曲线测试电路图 1 三极管的输入特性（二）、输出特性图 5 NPN 三极管的输出特性曲线划分三个区：截止区、1. 截止区 I B ≤ 0I B = 0 时，I C = I CEO 。

1 μA ，锗管约 ~ 几百微安。

条件：发射结正偏集电结反偏 对 NPN 管 U BE > 0，U BC < 0特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。

集电极电流和基极电流体现放大作用，即 3. 饱和区： 条件：两个结均正偏对 NPN 型管，U BE > 0 U BC > 0 。

特点：I C 基本上不随 I B 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。

I C ≠ β I B当 U CE = U BE ，即 U CB = 0 时，称临界饱和，U CE < U BE 时称为过饱和。

饱和管压降 U CES < 0.4 V(硅管)，U CES< 0. 2 V(锗管)（三）、静态工作点的近似计算硅管 U BEQ = (0.6 ~ 0.8) V 锗管 U BEQ = (0.1 ~ 0.2) VI CQ ≈ β I BQ2. 放大区：BC Δ ΔI I β=bBEQCC BQ R U V I -=U CEQ = V CC – I CQ R C（四）、 电压增益式中：n1、 n2 分别代表C4 、L1、C9与C5 、C10 、 L2组成的谐振回路接入系数。

但ξ=0时，则 广义失调量 KQL ：式中K 为耦合因子，QL 为有载品质因素。

对耦合回路来讲，可分为临界耦合、强耦合及弱耦合。

（1）临界耦合的条件 η＝ 1 （2）强耦合条件 η＞1 (3) 弱耦合条件 η ＜1并联谐振回路调谐在放大器的工作频率上，则放大器的增益就很高；偏离这个频率放大器的放大作用就下降。

可以测出的是 时的波形，测出的是 的波形,测出的是 的波形 （五）、通频带()22222141ξηξη++-==Xfe i o u G Y n n U U A 02f f Q L∆=ξXfe i o uG Y n n U U A 21==of f ωω=o f f ωω<o f f ωω>BW=e Q f 02双调谐放大器在临界耦合状态时，选择性比单调谐放大器选择性好。

双调谐放大器在弱耦合时，其放大器的谐振曲线和单调谐放大器相似，通频带窄，选择性差；在强耦合时，通频带显著加宽，矩形系数变好，但不足之处是谐振曲线的顶部出现凹陷，这就使回路通频带、增益的兼顾较难。

解决的方法通常是在电路上采用双一单一双的方式，即用双调谐回路展宽频带，又用单调谐回路补偿中频段曲线的凹陷， 使其增益在通频带内基本一致。

但在大多数情况下，双调谐放大器是工作在临界耦合状态的。

从调试结果中可看出，双调谐回路放大器比单调谐回路放大器通频带宽。

（六）、谐振角频率或、LC f π20=（七）、 矩形系数指规定频率带宽与给定相对插入损耗的通带带宽的比值设矩形系数 7.01.01.022f f K r ∆∆=1201ωωω===00.1v v A A =0.1=00.12Lf Q ⇒∆=可见，它比单调谐回路放大器的矩形系数()要小，谐振曲线更接近矩形。

(九)、射频（RF）特性射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz～30GHz之间。

射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。

实验测量数据整理、仿真分析结果一、三极管2N2222A的输入、输出特性原理图：VC10 V1、输入特性对于输入电压起始于0.5V，终止于 1.5v,取值区间为0.005v,从而可得出输入的电流随电压变化的特性曲线如下图所示：2、输出特性对于集电极输入电压为10V，起始于0v,终止于10v, 取值区间为0.01v,基极输入电压起始于0.7v，终止于0.76v,取值间隔为0.02v,从而可得出输出电流随集电极电压的变化特性曲线如下：二、静态工作点的测量双调谐放大器的直流工作的分析@qvt[vbc] -8.48216 V@qvt[vbe] 652.80902 mVI(vt[ib]) 12.78886 uAI(vt[ic]) 2.85877 mAI(vt[ie]) -2.87156 mA波形如下：增大R1的波形如下所示：减小R1的波形如下图所示：三、双调谐回路谐振放大器的特性分析放大倍数:826.119545.19342.2===mV VU U A iO 通频带：MHz MHz MHz f f BW 666.1759.7425.912=-=-=四、测量谐振频率及其输出波形谐振频率为f=1.593MHz 其波形为：0f f <的波形：产生明显的失真波形0f f >的波形如下图所示：波形会出现较小的失真五、双调谐回路谐振放大器幅频、相频特性 1、双调谐回路幅频特性：相频特性：2、单调谐回路幅频特性：相频特性：其通频带 677.012=-=f f BW 六、双调谐回路谐振放大器的RF 特性 射频分析电路如下：VT2SC 945C 410nF C 262pFC e100nFR B126.2k¦¸5%R 310k¦¸5%R e 1k¦¸5%L1330uHL23.2uHR B1115k¦¸5%C 11nFC 31nFC 510nF5VVC CAB12400P 1P 2XN A163功率增益特性曲线：阻抗特性曲线：增益（放大倍数）曲线：七、矩形系数的确定双调谐回路谐振功率放大器的矩形系数： 1、频率带宽：Ao/Au=0.1 2、给定相对插入损耗的通带带宽：2Δf0.7=BW=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=∆∆=07.01.01.021122ff Q f f K e r 3.1640.12299Lf Q ⇒∆=八、综合特性的比较1、对于双调谐回路放大器的谐振回路工作在谐振频率条件下，其通频带比单调谐回路放大器的通频带宽，选频作用明显；2、与单调谐回路放大器的最大谐振电压增益比较而言，在选用同样的晶体管时，两者的电压增益完全一致，都是晶体管所能提供的最大电压增益；3、功率增益：由双调谐回路的RF特性可得，与前面所学习的单调谐回路的RF特性相比较而言，二者完全一样的，这是由于晶体管的最大功率增益是一致的；4、通频带与选择性：双调谐回路放大器在失谐较小的情况下，曲线比单调谐回路放大器的谐振曲线平坦，当失谐较大时，曲线下降很快，因此，双调谐回路放大器具有较宽的通频带；5、矩形系数：当给定相对插入损耗的通带带宽相同时，单调谐回路的通频带比双调谐回路放大器的通频带窄，所以双调谐回路放大器的矩形系数比单调谐回路放大器的矩形系数小；对于同一参考量而言，双调谐回路放大器的矩形系数比单调谐回路放大器的矩形系数小5-6级；仿真结果分析、总结与解释及改进方案1、用DC SWEEP分析晶体管的输入输出特性，其结果与理论的输入输出特性比较:从其特性曲线来看实际的特性曲线是由所有测试的点所构成，与理论分析值有一定差距，在实际的电路中，元器件及所使用的测量工具均对实验结果产生影响，所以测量所得的特性曲线在一定的误差范围内是符合理论值的；2、用DC OPERATING POINT测量静态工作点，首先应根据晶体管的输入输出特性调整合适的静态工作点，然后才能测量器静态工作点的值，选取不同的静态工作点对输出电压有影响；3、用网络分析仪对RF特性分析，通过网络分析仪对回路的电压增益、功率增益、阻抗值进行分析，通常研究放大电路时需有较大的功率输出信号，有功率增益特性曲线可得出结果，对于多级放大电路而言，每一级的负载就是下一级的输入阻抗，所以通过对其阻抗特性曲线研究可得出器输入输出特性；4、用示波器观察输入输出信号，研究输入输出信号就是对其输入输出的电压研究，从而可得出器输入输出信号的比值，从而可求得电压增益，即放大电路的放大倍数；5、用波特图示仪观测幅频特性及相频特性，幅频特性可以得出其最大谐振增益，通频带的宽度；相频特性可得出输出信号相对于输入信号的其相移；优点及其改进方案：1、有单调谐回路放大器与双调谐回路放大器的比较可得：在相同的Q时，一级双调谐回路谐振放大器的通频带是一级单调谐回路放大器的2倍，带宽下降比单调谐慢；所以其具有更好的选频特性；2、双调谐回路谐振放大器的矩形系数比单调谐小得多，因而选择性好；3、基于以上两点，对于双调谐回路而言，在临界耦合的情况下，其通频带的宽度随调谐回路级联的级数n增大而增大，矩形系数K在随n的增大而逐渐减小，其表明电路的选择性会更好，r在进行具体实际的电路操作时可以尝试有限条件下级联更多的回路来改善带电路效果参考文献1、黄志伟等，基于multisim2001的待腻子电路计算机仿真设计与分析。