高频小信号谐振放大器

高频小信号谐振放大器

高频小信号谐振放大器 篇1

高频小信号放大器是放大中心频率在几百兆赫兹到几百千兆赫兹的高频小信号的放大器。它在通信电子系统中有着重要的用途,通常应用在广播、电视、通信、雷达等无线通信的前段接收机中,其对接收机的灵敏度、抗干扰性和选择性等整机指标有关键性影响。

高频小信号放大的理论比较简单,但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡,同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。因此,电路设计时,需考虑到电源滤波、退偶电路、级间耦合电路、阻抗匹配电路及匹配电路对整体电路的影响。

本文需设计并制作一个低功耗LC谐振放大器,要求满足的条件:(1)谐振频率f0=12MHz,允许偏差±100kHz;(2)增益不小于40dB;(3)输入电阻Rin=50Ω;(4)在放大器的输入端插入一个40dB固定衰减器,特性阻抗50Ω。为了便于放大器的设计,采用了NI Multisim电路仿真软件进行辅助设计。

1 系统方案设计

高频小信号放大器主要由衰减网络模块、LC谐振放大模块、电压跟随器模块和电源模块组成。工作流程为:信号经衰减网络后得到一个微弱信号,通过电压跟随器进行阻抗匹配,再输入给一级放大电路,放大后的信号在通过电压放大器进行阻抗匹配的同时也能起到放大的作用,再通过二级放大电路,从而实现高增益、低损耗的LC谐振放大功能。系统框图如图一所示:

2 模块分析

2.1 衰减网络模块

衰减器是一种在指定的频率范围内引入一预定衰减的电路,一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。经典的衰减器有π型、T型和桥型衰减器,衰减效果较好,但是对于高频小信号,无源衰减网络选择π型或T型网络更加适合。本文选择π型电阻型网络做衰减,如图二所示:

2.2 LC谐振放大模块

LC谐振放大器由LC谐振回路和放大器两部分组成,可以用于选出有用频率信号并加以放大。谐振部分采用经典的无源LC并联谐振电路,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的,电路简单稳定。

本模块的另一部分就是放大,也是关键的一步。本设计要求使用3.6V的稳压电源,功耗不超过360mW的放大器。根据要求,本文选用了功耗较小的2N2222三极管,用于放大高频小信号,并通过两级放大实现增益的要求。放大电路如图三所示:

2.3 电压跟随模块

电压跟随器是输出电压与输入电压相同的一种放大器,就是放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器的显著特点是输入阻抗高而输出阻抗低,在电路中可以起到缓冲、隔离、提高带载能力和阻抗匹配的作用。本文采用电压跟随器很方便地设计了在两级放大电路间的一个匹配电路,同时也起到了隔离的效果。本文设计的电压跟随器采用运放OPA355和两个阻值大小相等的电阻组成。电压跟随电路如图四所示:

2.4 电源模块

为了给放大电路和跟随电路提供稳压电源,本文设计了一个3.6V的稳压直流电源,采用的LM317稳压芯片。电路如图五所示:

3 电路仿真与测试

整体电路如图六所示,仿真结果如图七所示。

电路采用protel制图,制作出PCB板,并加上了一些屏蔽措施,防止外界干扰与级间串扰。端口采用SMA接头的高频屏蔽同轴电缆,高频信号发生器使用EE1412F型合成(DDS)函数信号发生器,示波器采用TDS2012B测试。当输入信号为12MHz、1mVrms时,两级放大器的电压增益分别为19dB、22dB,最终负载上的电压增益可达41dB,且波形无明显失真,满足了设计要求。

参考文献

[1]张肃文,陆兆雄.高频电子线路(第三版)[M].北京:高等教育出版社,1993.

[2]全国电子设计竞赛组委会.全国电子设计竞赛获奖作品汇编[Z].2004.

[3]李研达.单调谐回路谐振放大器与双调谐回路谐振放大器特性分析[J].安阳师范学院学报,2009,(02):50-52.

[4]任青莲.高频小信号放大器的设计与仿真[J].计算机仿真,2009,26(12):315-319.

[5]杜新林,田力波.放大器自激振荡产生原因及消除方法探讨[D].长春:装甲兵技术学院,2004.

小信号调谐放大器专题 篇2

课 程: 高频电子线路实验 实 验: 小信号调谐放大器 班 级: 09电信2班 姓 名: 林小龙 学 号: 20090662224

日 期: 年 月 日

一、实验目的

①通过实验进一步熟悉小信号调谐放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。②掌握调谐放大器的电压增益、选择性、通频带及动态范围的测试方法。③掌握使用频率特性测试仪调整小信号谐振放大器谐振特性的方法。

二、实验原理

小信号调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC组成的并联谐振回路，如图1-1所示。由于LC并联谐振回路的阻抗是随频率而变的，在谐振频率

处其阻抗是纯电阻，达到最大值。因此，用并联谐振回路作集电极负载的调谐放大器在回路的谐振频率上具有最大的电压增益。稍离开此频率，电压增益迅速减小。我们用这种放大器可以放大所需要的某一频率范围的信号，而抑制不需要的信号或外界干扰信号。因此，调谐放大器在无线电通信系统中被广泛用作高频和中频放大器。

图1—1 小信号调谐放大器

三、实验电路

图1-1所示电路为实验电路，它是由共发射极组态的晶体管和并联谐振回路组成的单级单调谐放大器。

本实验电路要求完成单级调谐放大器的技术指标：中心频率f0=15MHz，通频带2△f0.7=4MHz，增益A>20dB，RL=1 kΩ。

电路主要元件参数：晶体管3DG6C，β=60，查手册知在f0=30MHz，IC=2mA，Vcc=9V条件下测得y参数为gie=2mS，Cie=12PF，goe=250μs，Coe=4pF，yfc=40mS，yre=350μS。如果工作条件发生变化，则上述参数值仅作为参考。要得到晶体管的y参数也可由混合π参数计算出y参数。中频变压器参数：L=4μH，Q0=100，P1=0.6，P2=0.3。回路电容C1=10PF，C2=(5～20)PF，在调谐过程中使用微调电容C2，调整中心频率。直流偏置由Rb1、Rb2、Rc实现，电阻器W1为47kΩ，用于调整静态工作点。电路中的电容一般使用体积小的瓷片电容。

四、调谐放大器的调整与测试

首先应调整每一级所需的直流工作点。其调试方法与阻容耦合放大器相同。但要注意一点：在多级调谐放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振蔼，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据就是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整与测试，一般有两种方法：一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。

(一)逐点法

所谓逐点法，就是以高频信号发生器为信号源，用示波器或电压表为测试仪器，直接接线如图1-4所示。

图1-4调谐放大器的测试电路

1．谐振频率的调试

将信号发生器的输出频率置于f=15MHz，输出电压Uo=10mv，Vcc=+12v，调可变电容器C2使回路谐振，即高频毫伏表的指示值达到最大，回路处于谐振状态。

对于多级单调谐放大器的谐振频率的调试，应该从末级开始，逐级向前进行调试。即先将信号源的输出电压加到末级放大器的基极，调节末级放大器调谐回路中的电感或电容，使输出电压达到最大。……如此推进到第一级后，就说明各级的谐振同路都基本上工作在所需的fo附近了。但由于各级之间存在着相互影响，因此当信号源输出电压加到第·级输入端后还应再反复调节各级调谐回路的电感或电容，使输出电压达到最大。

在调整过程中，应注意几点：第一，信号源输出幅度对末级应适当大些，越呈向前级推进，其输出幅度就应该相应减小。否则由于输入幅度过大而使放大器进入非线性状态，将使调谐不准。第二，当信号源输出端接到各级输入端时，应有隔直电容，否则信号源的接入会影响放大器的直流工作点。第三，在调谐回路的电感或电容时，最好采用绝缘材料做的改锥，以减小金属改锥对回路电感或电容的影响。

2．幅频特性的调试

当中心频率调整好后，就可测试放大器的频率特性了。在输出幅度不超过放大器线性动态范围的条件下，保持输入电压幅度不变，在谐振频率fo两旁逐点改变信号频率，用示波器或高频毫伏表测出相应的输出电压Uo，计算出各点的放大倍数Au,就可描出放大器的谐振曲线Au-f，如图1-5所示。从曲线上即可求出2△f0.7和2△f0.1。

若这些指标的测量值与设计值相差较远，应根据它们的表达式分析。例如放大倍数

Au0较小，可以通过调整静态工作点Ic，接入系数p1或更换β较大的晶体管，使Auo增加。如果2△f0.7窄了，可以通过调整阻尼电阻R使之变小，从而增加插入损耗使2△f0.7变宽。

由于分布参数的影响，放大器的各项技术指标满足要求后的元件参数与设计计算值有一定偏差。

采用逐点法测量，调整起来比较麻烦，花费的时间也比较多。因此目前采用最多的方法是扫频法，用BT-3频率特性测试仪测量回路的谐振曲线。

(二)扫频法

I．放大器的调谐

将BT-3频率特性测试仪提供的扫频信号用终端接有75Ω电阻的电缆加到单级放大器的输入端，检波探头接到末级的输出负载上，然后调节中心频率旋钮，屏幕上就可显示出放大器的谐振特性曲线。这时调节回路电容或回路电感，使谐振特性曲线在规定的中心频率上出现最大值。

多级单调谐放大器的调谐，要先调谐末级放大器的谐振回路，然后调前一级回路，使中心频率上出现的峰值增大。按此逐级向前推移。这种从后级调到前级的方法，可以减小后级回路参数通过晶体管内部反馈对前级回路的影响。实际上，这种影响是难免的，因此必须多次由后级向前级反复调谐。应注意的是各调谐回路调到同一频率时，放大器的增益不断提高，扫频信号必须相应减小，以防止放大器饱和。

2．增益的测量

参考第四章频率特性测试仪中有关增益的测量方法。

五、实验仪器

高频信号产生器

QF-1056

1台

双踪示波器

DOS-645B

1台

频率特性测试仪

BT-3

1台

超高频毫伏表

DA-36

1台

晶体管直流稳压电源

1台

万用表

1块 高频Q表

QBC-3

1台 无感起子

1把 小信号调谐放大器实验电路板

1块

六、实验内容

(一)单级单调谐放大器的调整与测试

①知图1-1为单调谐放大器的实验电路图。L=4μH，p1=0.6，p2=0.3，晶体管为3DG6C，Vcc=+12V，RL=1 KΩ

主要技术指标：中心频率fo=15 MHz，谐振电压放大倍数Au0≥20dB，通频带2△f0.7=4 MHz。

②拟定实验步骤。

③确定测量方法。

④测量主要技术指标‘

⑤实验分析与研究。

(二)两级单调谐放大器的调整与测试

①用两块如图1-1所示的单级单调谐放大器实验板组成两级单调谐放大器。

注意：把作为第一级放大器的输出负载RL取下，即第二级的输入阻抗为第一级的输出负载。

②主要技术指标：谐振频率fo=15MHz，谐振电压放大倍数Auo=40db，通频带2△f0.7=2.5MHz

③拟定实验步骤。

④确定测量方法。

⑤误差分析。

⑥电路的改进意见及本次实验中的收获体会。

七、实验研究与思考题

①回路的谐振频率fo与哪些参数有关?如何判断谐振回路处于谐振状态，用实验说明。

解：回路谐振频率主要和电容电感的大小有关，由于谐振实放大电路输出的增益应最大，故只要测出功率最大的频率即谐振频率。判断方法有两种：

1、用高频毫伏表观测Uo，当Uo得最大值时，并联谐振回路处于谐振状态；

2、用示波器监测Uo，当波形最大不失真时，并联谐振回路处于谐振状态。②为什么说提高电压放大倍数Auo时，通频带2△f0.7，会减小?可以采取哪些措施提高放大倍数Auo?可以采取哪些措施使2△f0.7加宽?实验结果如何? 解：因为AUP1P2YfeGT，要提高AV，则可适当增加接入系数，但因为接入系数过大导致GT增加，由BW0.7f0可知，GT增大，BW0.7减小，即带宽BW减小。GT③在调谐LC谐振回路时，对放大器的输入信号有何要求?如果输入信号过大会出现什么现象？

解：由AUP1P2YfeGT 知AV与输入信号大小无关。但由于UO的增大将可能超出小信号放大器的线形动态范围。引起信号失真，也会通过外部寄生耦合导致放大器工作不稳定。所以，输入信号不能太大，过大则引起信号失真和放大器工作不稳定。

④影响小信号调谐放大器稳定的因素（使放大器不稳定的因素）有哪些?如果实验中出现自激现象，采取什么措施解决? 解：有温度，电阻电容值，信号源等等。如果实验中出现自激现象可以使用：（1）中和法：

在晶体管的输出和输入端之间插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。

外加的反馈电路克服自激

（2）失配法：

失配法一般采用共射——共基级联放大器实现，失配法是用牺牲增益换来提高放大器的稳定性。如下图：

LC谐振放大电路论文解读 篇3

本题旨在设计一种满足增益、特定带宽、低功耗等条件的 LC 谐振放大器, 故本系统谐振放大部分采用多级谐振放大并结合 OPA355集成运放实现窄带,高 增益,低压低功耗的谐振放大功能,采用 π型滤波和 HT7136稳压管制作稳压电 源,输出作纯净波形作为电源部分。

LC 谐振放大器(D 题 1系统方案论证

本题要求设计并制作低压(直流 3.6V、低功耗(100mA以内 LC 谐振放大器。根据题目要求,本系统主要由衰 减器模块、LC 谐振放大模块、集成运放模块、自动增益控制(AGC 模块和电源模块组成,下面分别论证上述几个 模块的设计方案和系统的总体方案。

1.1 衰减器模块方案选择 方案一: π型衰减器 方案二: T型衰减器 方案三: 桥 T 型

综合上述三种方案, T 型与 π型都较易实现并且计算容易,故本系统选用 π型衰减器来实现系统输入信号的衰 减。

1.2 LC谐振放大器模块方案选择

方案一: 采用双调谐回路谐振放大器。因为本题要求矩形系数尽可能小,该谐振回路具有频带较宽、选择性较好 的优点。优点是矩形系数低,较单调谐更易实现该条件,缺点是调试难度较大,放大倍数不易实现。

方案二:采用多级单调谐回路谐振放大器。由于本题要求增益较大,单级单调谐回路无法满足该增益要求,故采用 多级单调谐回路谐振放大器,其特点是增益大,但选择性差,通频带与增益矛盾突出,且多级容易引起自激振荡。方案三:采用 OPA355运放电路。运算放大电路进行信号的放大,放大倍数大,更易达到本题所要求增益指标,前 级结合双调谐滤波器进行选频滤波。但采用运放会有频带无法达到指标的问题。

方案四:综合 LC 多级单调谐放大和集成运放电路。多级单调谐放大回路易满足频带要求,而集成运放电路易满足 增益要求,该电路结合二者优点。

综合上述四种方案,本设计选择方案四-综合 LC 多级单调谐放大和集成运放电路。

1.3 自动增益控制的方案比较与选择

方案一:采用单片机或 FPGA 电路进行自动增益控制,其优点是可扩展功能丰富,性能稳定,但缺点是单片机周边 电路设计复杂、软件设计繁杂,不便于设计。

方案二:采用 LM358硬件电路设计,通过 LM358芯片及滑阻对信号大小变化进行相应的自动增益调节,电路设计简

单,可实行性大,易于实现。

综合上述两种方案,本设计选择方案二。1.4 电源模块的方案比较与选择 方案一:变压器与稳压、滤波电路

变压器经稳压管等器件输出直流 3.6V。采用变压器的电源模块,可承受较大电流(最大可达 1.5A ,满足实验 中可能出现的大电流情况。市电中,除了纹波可能影响放大电路等高频模块的工作,市电中因电涌等情况,也可能 影响模块工作,因此采用此方案时必须加入滤波电路。在设计的方案中,除了采用常见的大电容 +小电容滤波外, 需再加入 π型滤波电路,以保证输出的电流趋于纯净,保证放大电路正常、稳定工作。7805稳压管及其周边电路满 足电路 100mA 的电流需求。其整体流程见图 1.3.1。

图 1.4.1 电源模块流程 方案二:电池供电。

通过三节镍氢电池(每节 1.2V 串联或单颗 3.6V 锂离子电池,组成 3.6V 电源。电池提供的电源相比方案一更 为纯净,不会因为 220V 交流市电中的杂波而影响放大电路等模块的工作。但是电池的放电电压会随着时间而降低, 除非另行设计电池电压 /电流保护模块,否则当电压低于一定值后,电路将无法正常工作或损坏。在带载为电动马 达的情况下,三洋 2500mAh 镍氢充电电池放电曲线如图 1.3.2,因此不适合本系统使用。

图 1.4.2 综合考虑后,决定采用方案一-变压器与稳压、滤波电路。1.5 系统的总体方案

根据系统设计要求和各功能模块的方案选择,本系统的总体设计方案原理框图如图 1.5.1所示。

输入信号经衰减器衰减量 40dB 后,进入总共三级三极管放大,后经集成运放放大后输出。

图 1.5.1 系统整体框图 2系统理论分析与计算

2.1 系统增益的分析和计算

本系统需满足不小于 60dB 的增益,即本系统设计增益放大倍数不小于 1000倍 有 Au=Vo/Vi 2.1.1 单级放大器的增益

单调谐回路放大器是由单调谐回路作为交流负载的放大器,通过 LC 谐振进行选频放大。

由

计算 Q 值: 计算电压增益: 2.1.2多级放大器的增益

从对单管单调谐放大器的分析可知 , 其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等 , 所以受到

一定的限制。如果要进一步增大电压增益 , 可采用多级放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生 变化,且多级单调谐放大器的谐振频率相同 , 均为信号的中心频率。

由单调谐回路放大器电压增益计算公式得:

2.2 AGC电路的分析和计算

一种自动调节系统,其作用是通过环路自身的调解,使输入、输出之间保持某种预定的关系。

用于提高技术性能指标或实现某些特

定功能。在本放大电路中作为负反馈电路使用,可以增加 带宽, 减小失真,提高电路的稳定性。AGC 控制范围大于 40 dB

AGC 控制范围为 20log(V omin/V imin-20log(V omax/V imax(dB 2.3 放大器的带宽与矩形系数计算(1、m 级放大器的带宽:

(2、放大器矩形系数:

当级数 m 增加时,放大器的矩形系数有所改善,但这种改善是有限度的。多级放大器级数越多,矩形系数越小,与理想矩形特性越接近。2.3.1 选频回路参数计算 选频网络: 根据 可计算得到 15MHZ 选频网络参数,令 C=100P 可得 L ≈ 1uF f0=15MHz 3电路设计 3.1衰减器电路设计

衰减器电路如图 1所示, π型滤波器

图 3.1 衰减器电路 3.2 放大电路设计 放大电路如图 3.2所示:(1、多级单调谐振放大器如图 3.2.1:

图 3.2.1 多级单调谐振荡放大器

由四个单级单调谐电路组成,逐级放大,需仔细调节 LC 谐振网络,否则易引起自激振荡,调试时常需以牺牲 增益倍数避免自激振荡,且每级经过耦合电容都有一定程度的衰减,故放大倍数与理论值相差较远。(2、OPA355谐振运放电路如图 3.2.2 :

图 3.2.2 – OPA355谐振运放电路

使用高速运放 OPA355构成谐振运算放大器,具有高增益,带宽选择性好的特点。通过调节两个电感和精调电 阻对信号进行放大。

3.3稳压电源电路设计

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供 3.6V 稳定直流电压,确保电路的正常稳定工作。

这部分电路比较简单,都采用三端稳压管实现,中间结合 π型滤波器,提供纯净电源;使用 HT7136对整流后的波 进行稳压。其原理图如图 3.3

所示: 图 3.3 稳压电源电路 3.4系统总体电路

系统电路原理图如图 3.4所示(不包含电源模块 :

图 3.4 系统总体电路

3.5 输出最大不失真电压及功耗的设计 输出最大不失真电压 :40mv 功耗: 工作电压 3.6V

工作电流 0.04A 功耗小于 360W ,符合题意 4测试方案与测试结果 4.1测试方法与仪器

1、硬件联调

2、测试仪器

测试仪器: 100MHz模拟示波器、直流电源供应器、高频信号发生器、扫频仪

3、测试方法

(1、接上变压器启动电源,为系统提供 3.6V 的稳定电源;(2、用高频信号发生器输入 5mv 信号进入衰减器;(3、示波器探针探测放大电路各级输出口,调试各级增益以及谐振频率,逐级调试,直至完整系统电路最后 输出口。

(4、改变高频信号发生器输入幅值,调节 AGC 模块,以调节电路增益的变化。4.2 测试结果及分析 4.3.1测试结果(数据 1.电压增益测试数据

电压增益测试数据如表 1所示: 表 1

2.谐振放大器幅频特性 幅频特性测试数据如表 2所示: 表 4.3.2测试结果分析与结论

根据上述测试数据,可以得出以下结论:

1、输入信号在 15MHz 左右的时候的增益最大

2、信号通频带较窄,基本符合题设要求

综上所述, 本设计达到基本要求的所有要求和发挥部分的(2、(3 要求。此外, 系统整体功耗仅 180mW(50mA *3.6V=180mW ,功耗较小,属发挥部分(4的要求。

附录 1 :电路原理图

附录 1.1 放大电路原理图

附录 1.2 自动增益控制(AGC 原理图

附录 1.3 电源模块原理图

附录 1.4 衰减器原理图 附录 2:PCB

板

附录 2.1 放大电路及自动增益控制(AGC PCB 图

附录 2.2 电源模块 PCB 图

小信号低频放大器的调整与测试 篇4

在电子器件中,常用的放大器种类很多,要求也不同,这里以小信号低频放大器为例,说明放大电路的基本测试与调整方法。

实践表明,新安装完成的电路板,往往难于达到预期的效果。这是因为人们在设计时,不可能周全地考虑到元件值的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种复杂的客观因素,此外,电路板安装中仍有可能存在没有查出来的错误。通过电路板的测试和调整,可发现和纠正设计方案的不足,并查出电路安装中的错误,然后采取措施加以改进和纠正,以使之达到预定的技术要求。

1 通电前的检查

电路安装完毕后,必须在不通电的情况下,对电路板进行认真细致的检查,以便纠正安装错误。检查中应特别注意:

(1)元器件引脚之间有无短路。

(2)电源的正、负极性有没有接反,正、负极之间有没有短路现象,电源线、地线是否接触可靠。

(3)二极管与电解电容极性有没有接反,三极管、集成电路引脚接线有没有接错,集成电路的型号及安插方向对不对,引脚连接处有无接触不良。

检查中,可借助指针式万用表"Ω×1"档或数字式万用表的蜂鸣器来测量。测量时应直接测量元器件引脚,这样可以同时发现接触不良的地方。

2 通电调试

通电调试包括测试和调整两个方面,测试是对完成的电路板的参数及

工作状态进行测量,以便提供调整电路的依据,经过反复的测量和调整,就可使电路性能达到要求。最后应通过测试获得电路的各项主要性能指标,以作为撰写调试报告的依据。

为了使调试能顺利进行,应在电路原理图上标明元器件参数,主要测试点的电位值及相应的波形图。具体调试步骤如下:

⑴通电观察

把经过准确测量的电源电压接入电路,此时,不应急于测量数据,而应先观察有无异常现象,这包括电路中有无冒烟、有无异常气味以及元器件是否发烫,电源输出有无短路。如出现异常现象,则应立即切断电源,检查电路,排除故障,待故障排除后方可重新接通电源。然后再检查各元器件的引脚电源电压是否满足要求。

⑵静态调试

使放大电路接通直流电源,并令放大电路输入信号为零(必要时将输入端对"地"交流短路),用直流电压表(一般采用万用表直流电压档)测量电路有关点的直流电位,并与理论值相比较。若偏差不大,则可调整电路有关电阻,使电位值达到所需值;若偏差太大或不正常,则应检查电路有没有故障,测量有没有错误,以及读数是否看错等。

调整测量放大电路静态工作状态的目的为了保证放大器能工作在线性状态,同时,通过直流电位的测量,可发现电路设计、电路安装以及电路元器件损坏等故障。因此,放大电路的静态调试是极为重要的。在进行静态调试时应注意以下几点:a.电路中不应存在寄生振荡及干扰;b.应考虑直流电压表内阻对测量结果的影响,因为直流电压表内阻将对被测电路产生分流,使测量结果偏小。被测电路阻值越大,这种影响也就越大;c.要测量电路中的电流,一般不采用断开电路串入电流表的方法测量,而是用电压表测量已知电阻上的压降,然后通过换算得到电流。

⑶动态调试

放大器的动态调试应在静态调试已完成的基础上进行。动态调试的目的是为了使放大电路的增益、输出电压动态范围、波形失真、输入和输出电阻等性能达到要求。

在电路的输入端接入适当频率和幅度的信号,并循着信号流向,逐级检测各有关点的波形、参数,并通过计算测量结果,估算电路性能指标,然后进行适当调整,使指标达到要求(若发现工作不正常,应先排除故障后,再进行动态测量和调整)。电路性能经调整初测达到指标要求后,则可进行电路性能指标的全面测量。

测试过程中,不能凭感觉和印象,要始终借助仪器仔细观察,要边测量,边记录,边分析,边解决问题。

1)增益的测量

测量放大电路的电压增益需要采用信号发生器、交流毫伏表、示波器以及直流稳压电源等电子仪器(这些仪器的使用方法请参阅有关辅助教材和资料),其接线如图1所示。测量时应注意合理选择输入信号的幅度和频率。输入信号过小,则不便于观察,且容易串入干扰,输入信号过大,会造成失真。输入信号的频率应在电路工作频带中频区域内。另外还应注意,由于信号源都有一定的内阻,所以测量Ui时,必须在被测电路与信号源连接后进行测量。

先用示波器观察输出电压Uo的波形,在波形不失真的情况下,用电子交流毫伏表分别测出输入电压Ui和输出电压Uo,于是求得电压放大倍数为:Au=Uo/Ui。

1-测试电缆芯线;2-测试电缆屏蔽层

2)输入电阻的测量

测量输入电阻的方法很多,图2所示为常用的电流电压法测量电阻的电路,图中,R为外接测试辅助电阻,RL为放大器输出端所接实际负载电阻。给定一个合适的Ui'(频率在频带内中频区域),即可测得Ui(此时放大器的输出电压Uo应为不失真的正弦波)。由测得的Ui'和Ui,即可求得电路的输入电阻Ri为:

测量辅助电阻R的数值应选择适当,不宜太大或太小。R太大,将使Ui的数值很小,从而加大Ri的测量误差;R太小,则Ui'与Ui读数又十分接近,导致(Ui'-Ui)的误差增大,故也使Ri的测量误差加大。一般选取R与Ri为同数量级的电阻。

当被测电路输入电阻很高时,上述测量法将因R和电压表的接入而在输入端引起较大的干扰误差。特别是电压表内阻不是很高时,将会使Ui'、Ui测量值偏小。

3)输出电阻的测量

测量电路如图3所示。设断开RL时测得输出电压为Uout,接入RL后测得输出电压为Uo,于是可求得输出电阻Ro为:

测量时应注意:a.两次测量时输入电压Ui应保持相等;b.Ui的大小应适当,以保证RL接入和断开时,输出电压为不失真的正弦波;c.输入信号的频率应在频带内中频区域;d.一般选取RL与Ro为同数量级的电阻。

4)输出电压波形失真及动态范围的测量

一般对放大器的失真不作定量测量时,可采用示波器来观察,测试电路如图1所示。在工作频带内任选一频率信号输入,调节输入信号的幅度,观察示波器中的输出电压波形的幅度,并使之达到指标要求值,然后观察波形的顶部和底部有没有因限幅或截止而变平,最后检查正、负周期时间间隔是否相等。如果波形顶部或底部变平,正、负半周期时间间隔相差较多,则说明电路产生了较严重的失真。此时,应先检查所产生的失真现象是否正常。若属不正常,则应找出故障原因,并加以消除,若属正常,则应适当调整电路工作点、增加负反馈量或调整其他电路有关参数,真到波形失真消除且幅度达到指标要求为止。

调节输入信号幅度,使输出电压刚出现平顶而又不产生明显失真为止,此时,示波器中所显示波形的峰-峰值,就是该放大电路的动态范围。

⑷调试注意事项

测试结果的正确性是保证调试效果的条件,要使调试过程快且效果好,则在调试时应注意以下几点:

1)调试前先要熟悉各种仪器的使用方法,并仔细加以检查,以避免由于仪器使用不当或仪器的性能达不到要求(如测量电压的仪器输入电阻比较低、频带过窄等)而造成测量结果不准,以致做出错误的判断。

2)测量仪器的地线和被测电路的地线应连接在一起,并形成系统的参考地电位,这样才能保证测量结果的正确性。

3)接线要用屏蔽线,屏蔽线的外屏蔽层要接到系统的地线上。在频带比较高时,要使用带探头的测量线,以减小分布电容的影响。

4)要正确选择测量点和测量方法。

5)凋试过程自始至终要有严谨的科学作风,决不可急于求成。调试过程中,不但要认真观察测量,还要记录并善于进行分析、判断。切不可一遇问题,就没有目的地乱调、乱测和乱改接线,甚至把电路拆掉重新安装。这样,不但不能解决问题,相反还会发生更大的故障,甚至损坏元器件及测量仪器。

3 故障的排除

新电路板出现故障是常见的,每位初装者都必须认真对待。查找故障时,首先要有耐心,还要细心,切忌马马虎虎,同时还要开动脑筋,认真进行分析、判断。现将查找故障的一般方法叙述如下:

⑴认真查线

当电路不能正常工作时,应关断直流电源,再认真检查电路是否有接错、掉线、断线,有没有接触不良、元器件损坏、元件用错、元器件引脚接错等,查找时可借助万用表进行。

⑵认真检查直流工作状态

线路检查完毕后,若电路仍不能正常工作,则可将电路接通直流电源,测量被测电路主要点的直流电位,并与理论设计值进行比较,以便发现不正常的现象(很多故障原因可通过测量直流电位找到)。对于多级电路,则要逐级进行测量,并立即分析测量结果是否正确,以便发现故障点。

⑶动态检查

在电路输入端加入输入信号,用示波器由前级向后级逐级观察有关点的电压波形,并测量其大小是否正常。必要时可断开后级进行测量,以判断故障在前级还是在后级。

4 结论

对于一个完整的系统电路,要迅速而准确地排除故障,需要一定的实际工作经验。对于初学者来说,首先应该认真分析电路图,并善于将全电路分解成几个功能块,明确各部分传递关系及作用原理。然后,根据故障现象以及有关测试数据,分析和初步确定故障可能出现的部位,再按上述步骤仔细检查这一部分电路,就可能比较快地找到故障点及故障原因。