高频小信号放大器实验

高频小信号放大器实验（精选6篇）

高频小信号放大器实验 篇1

高频电子线路实验报告

作者 徐飞 学号 20092334925 系部 电子工程系 专业班级 通信三班

实验一 高频小信号放大器实验

一、实验原理

高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号，以便作进一步变换或处

理。所谓“小信号”，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频与低频小信号放大器的基 本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带 放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。

频带放大器最典型的单元电路如图所示，由单调谐回路做法在构成晶体管调谐放大器。

图电路中，晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同，由于工作频率高，旁路电

容Cb.、Ce可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个：

晶体管单调谐回路调谐放大器

第一、选频作用，选择放大ff0的信号频率，抑制其它频率信号。

第二、提供晶体管集电极所需的负载电阻，同时进行阻抗匹配变换。

高频小信号频带放大器的主要性能指标有：

（1）中心频率 f0：指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算

谐振回路元件参数的依据。

（2）增益：指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和

功率增益。

电压增益 AVOVO/Vi

功率增益 APOPO/Pi

式中 VO、Vi分别为放大器中心频率上的输出、输入电压幅度，PO、Pi分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。增益通常用分贝表示。

（3）通频带：指放大电路增益由最大值下降 3db 时对应的频带宽度。它相当于输入不

变时，输出电压由最大值下降到 0.707 倍或功率下降到一半时对应的频带宽度。（4）选择性：指放大器对通频带之外干扰信号的衰减能力。通常有两种表征方法： 其一，用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。

其二，用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率 fn信号抑制能力的大小，其定义为中心频率上功率增益 APf0与特定干扰频率fn上的功率增益 APfn之比：

df0

ApfnAp还有其它一些性能指标参数，如工作稳定性，噪声系数等。

高频小信号谐振放大电路如图所示：

高频小信号谐振放大器

晶体管基极为正偏，工作在甲类，负载为 LC 并联谐振回路，调谐在输入信号的频率

465khz 上。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反向放大。

在 Multisim 7 电路窗口中，创建如图所示的高频小信号放大电路图，其中晶体管

Q1 选用虚拟晶体管。单击“防真”按钮，就可以从示波器中观察到输入与输出的信号波形。

二、实验内容

（一）频带放大器的测量

1.观察高频小信号放大器输入输出信号的波形，注意幅度变化和相位关系。

高频小信号放大器输入输出信号

2.高频小信号的选频作用

观察输入输出波形，分析产生此种现象的原因

3.高频小信号放大电路的通频带和矩形系数

利用 Multisim 7 仿真软件中所提供的波特图仪观察上述高频小信号放大电路的通频

带，将波特图仪接入高频小信号谐振放大电路，观察幅频特性。

4.观察双调谐回路高频小信号放大器输入与输出波形，分析幅频特性。

（二）宽带放大器的测量

高频小信号放大器实验 篇2

1 实验硬件电路

目前高频电子线路实验所用的主要仪器为ZYE1201C3实验箱, 高频小信号放大实验电路为共射极接法放大器, 硬件电路原理如图1所示。

2 Multisim12.0的仿真电路及分析

2.1 软件介绍

Multisim12.0是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具, 适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式, 具有丰富的仿真分析能力, 再结合了直观的捕捉和功能强大的仿真, 能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

将Multisim12.0仿真软件引入高频小信号放大实验教学, 不仅能够克服实验室中的仪器不足的缺点, 而且可以实现“软件就是仪器”, “一台计算机就是一个虚拟实验室”, 为实验教学现场营造另一种真实的电路工作场景[2]。

2.2 高频小信号放大器仿真电路

2.3 LC回路的选频功能

单调谐高频小信号放大器是采用具有选频功能LC谐振回路作为负载的, 即对于接近于LC谐振频率的信号进行有较大的增益, 对远离谐振频率的信号增益迅速下降。对于ZYE1201C3高频电子线路实验箱来说, 其产生的信号源为单一10.7MHz信号, 对于LC回路的选频作用将不能进行验证。Multism12.0的仿真电路中, 可以设置多个不同频率的信号源, 来观察LC的选频功能。高频小信号放大器LC选频功能仿真电路中, 同时设置有大小为30m V频率10.7MHz, 大小10m V频率60MHz和大小10m V频率120MHz三种电源信号。用虚拟频率计测量放大器输出端的频率, 用示波器分别测量输入和输出端的电压波形, 如图4所示。从频率计示和输出波形来看, LC回路只对10.7MHz的信号有较大的增益, 对其它频率的信号增益近似为0。通过仿真电路, 可以使学生加深对C回路选频作用的理解, 及如何设置L和C的参数。

2.4 电路参数变化对放大器性能指标的影响

由于实验箱中的电路参数是固定不能改变的, 因此, 分析高频小信号放大器的性能指标受参数变化影响将不能实现。Multism12.0的仿真电路中, 可以方便地设置电路中任一元件的参数。对于学生理解参数变化对高频小信号放大器性能指标影响将有很大的帮助。

2.4.1 选频回路的品质因数对放大器性能的影响

当LC选频网络的品质因数下降到50时, 高频小信号放大器的放大倍数将会减小, 通频带将增大。品质因数下降后仿真波特图如图5所示。

2.4.2 负载电阻变化对放大器性能的影响

当负载电阻增加到10KΩ时, 高频小信号放大器的放大倍数将增大, 通频带将会减小。负载增加后仿真波特图如图6所示。

3 结论

通过以上分析可以看出, 在高频小信号放大实验中, 若先在硬件实验箱上进行调谐和电压增益的实验, 将使学生对放大器作用有初步了解。然后用Multism12.0搭建仿真电路, 通过改变仿真电路参数, 分析当电路参数变化时对高频小信号放大器的增益和通频带的影响。把传统实验箱和仿真软件结合起来的实验方法, 可以帮助学生加深高频小信号放大器的理论知识的理解、激发学生的实验兴趣、提高实验教学质量、启发学生的创造性思维。

参考文献

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[2]雷跃, 谭永红.NI Multisim11在电力电子技术教学中的应用[J].电子测试, 2011 (06) :62-65.

高频小信号放大器实验 篇3

摘要：利用2014年6月福建省地震局进行的人工爆破实验的50 Hz超高频GPS观测数据，采用快速预报星历以及事后精密星历，对观测的数据分别进行准实时和事后精密处理。结果显示高频GPS在差分处理模式下，其水平向噪声大致为5 mm，垂直向大致为10 mm。高频GPS差分单历元解在采用快速预报星历与事后精密星历得到的结果基本一致，因此采用快速预报星历进行高频GPS实时解算的结果具有很高的可靠性。同时，通过比较并址的高频GPS和强震仪信号的波形和频率成分发现，差异主要是由于高频GPS和强震仪记录对于不同频率震动信号的响应不同，两者在重叠的频段上有较好的一致性，而这种差异本身体现了一种互补的特征。因此，高频GPS数据的实时处理结果具备监测地表震动的能力，可应用于地震烈度速报与地震预警，成为地表震动和地震研究的良好补充。

关键词：超高频GPS观测；人工爆破；观测精度；地震预警

中图分类号：P315.3 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）04-0587-11

0 引言

传统的GPS 大地测量学和地震学的研究目标区别在于研究地壳形变谱的频段不同，前者主要研究较长周期（几天到几十年）的变化，后者主要研究瞬时（小于1 s到几小时）地壳运动的特征。随着高频（1 Hz）和超高频（20～50 Hz）GPS接收机的出现以及高频GPS数据处理算法的成熟，使得GPS的观测精度和对形变谱的敏感性朝着测量地壳动态瞬时变化的方向不断改进（Avallone et al，2011；Blewitt et al， 2006；Lou et al，2013），目前已经出现大地测量和地震学观测谱范围逐渐合并的趋势。由于高频GPS不仅可以观测到周期小于1 s的位移量，而且可以检测到超长周期的地壳运动，没有限幅的约束，因此，采用高频GPS接收机一方面可观测到大动态的静态位移，另一方面可以观测到大震震时动态位移，为研究地震的破裂过程、地壳介质的非均匀特性和地震前后地壳形变短期变化过程提供了多窗口检测的工具（Yehuda et al，2000；Choi et al，2004；Elósegui et al，2006）。

利用高频GPS作为长周期地震仪器的设想和方法最早由Miyazaki等（1997）在1997年AGU秋季会议上提出，他们基于GEONET观测网1 Hz采样率记录，分析1996年Hyuga NadaMW6.7级地震的观测数据，清楚地得到了P波和S波的到时，通过与理论和强震仪记录的波形数据对比，P波和S波到时符合得很好（Ge，1999）。而最具有代表性的研究工作是Larson等（2003，2009）和Gomberg等（2004）利用1 Hz GPS资料研究2002年Denali 7.9级地震的地壳变形特征（Bilich et al，2008），得到了近场和远场地面运动位移的时间序列，与地震仪记录结果比较，两者具有较好的一致性。由于高频GPS观测能够得到地震动态波形，利用高频GPS资料反演震源破裂过程的代表性研究有对2003年Tokachi-Oki地震的研究，利用1 Hz的观测资料，对震源滑动分布进行反演研究，不仅得到了空间滑动总量分布特征，也得到了空间破裂速度。

由于GPS测量所受的影响因素比较多。如大气、电离层扰动等，GPS的观测噪声来源很广，而且高频GPS的观测精度相对于地震仪的观测精度相差较大，导致其对地震信号观测精度比地震仪低很多。在垂直方向，目前GPS的精度在厘米级，而地震仪的精度高于微米级。高频GPS所观测到的信号到底是噪声还是真正的位移信号，一些学者还存在疑问和争论（Li et al，2015；Geng et al，2015）。同时，对于超高频GPS数据的稳定性以及可靠性也存在着不同的意见和说法。因此，定量评估高频GPS的噪声水平以及监测地震位移信号的能力，对于确定高频GPS在地震研究中的应用具有重要意义。

近些年来，随着一些快速定位方法的出现，快速解算GPS位移逐渐成为可能，如单点定位方法（PPP方法）、双差定位方法等。但是这些快速解算方法的精度如何、能否满足地震研究的需要，仍需要定量的分析和标定。因此，如何确定高频和超高频GPS的解算精度，特别是利用快速预测星历确定GPS位移的解算精度，对于地震快速响应以及地震预警等工作具有极为重要的意义。

由于地震大小和空间分布具有不确定性，如果能够采用人工源或者可控震源进行研究和标定，其结果和可靠性会高得多。从2010年开始，福建地震局开始实施了人工源爆破试验，这为定量评估高频GPS探测地震信号的能力提供了理想的实验条件。因此，本文将利用超高频GPS（50 Hz）对人工爆破引起的位移信号进行测量，探究超高频GPS数据在实际观测中的可靠性及捕获位移信号的能力及精度。

1 数据及处理方法

1.1 实验观测及数据分布

福建省地震局自2010年开始实施的“跨越台湾海峡人工爆破观测”项目旨在通过多次人工爆破激震的方式，探测海峡地震的深部构造和孕震环境（李祖宁等，2007；丁学仁等，2007）。2014年6月，该项目在福建省多个区域进行了4次不同当量的人工爆破实验。为了更好地获取观测资料的对比性，笔者选取了其中观测条件最好的2个爆破点进行高频GPS观测，同时在部分高频GPS观测点进行了并址的强震仪观测，如图1所示。观测的仪器采用了天宝R9型高精度大地测量GNSS接收机，配备标准的扼流圈天线，同时记录50 Hz的观测数据；强震仪器采用的是Grulap强震仪。

为了定量评估高频GPS接收机得到的位移信号随震中距的衰减情况，2014年6月16日在南靖试验场按照距离远近一共布设了8台（套）NetR9 GPS接收机，台站布局如图1a，其中黄色线段为炮点，红色圆圈为GPS点，7号点并址布设MEMS强震仪和Grulap强震仪。各点离炮点的距离为：1号点约5 m，2、3号点约13 m，4、5号点约20 m，6号点约25 m，7号点约50 m，8号点约100 m。为了进一步验证高频GPS确实能够捕捉到近场爆破引起的地壳振动信号，2014年6月23日在漳州华安实施人工爆破前，在爆破点附近布置了3台NetR9 GPS接收机，点位分布图如图1b所示，其中黄色线段为炮点，红色圆圈为GPS点，粉红色为MEMS强震仪和Grulap强震仪位置，由于观测条件比较复杂，考虑仪器安全，没有进行严格的并址观测，但是两者的距离都很近。各点离炮点

1.2 GPS数据处理方法

为了获取高采样率高精度的结果，本文采用短基线差分处理模式，选择离炮点最近的福建GNSS基准站（>30 km）为参考站，由于爆破源的能量衰减得非常快，在参考站附近由于爆破源引起的位移基本为零。利用动态历元差分方法对1～8号点的50 Hz高频GPS数据进行解算，所采用的软件为GAMIT/GLOBK程序中的track模块（King，Bock，2002）。

为了探究实时高频GPS解算结果的可靠性，采用IGS快速预报星历来进行准实时解算，采用事后精密星历进行事后精密解算。解算结果如图2所示，选取南靖1号点的高程方向的结果进行展示，图中红色实线表示采用事后精密星历处理的结果，而蓝色虚线表示采用快速预报星历处理的结果，不难看出，两者吻合得非常好。因此，高频GPS差分单历元解在采用快速预报星历与事后精密星历得到的结果基本一致，这也说明采用快速预报星历进行高频GPS实时解算结果的可靠性。

由于GPS测量所受的干扰信号源比较复杂，为了获取更准确的时间信号信息，对解算结果进行带通滤波来去掉不需要的噪声信号。为了能准确地进行噪声滤波，首先对原始的观测记录进行频谱分析，找出爆破信号所集中的频率范围，然后再基于这个频率范围对原始结果进行带通滤波来消除其他噪声信号。

如图3所示，对离爆破点最近的1号点的高程方向原始信号进行频谱分析，蓝色、紫色和绿色分别为爆破前、爆破时和爆破后的信号频谱曲线。不难发现，高频GPS接收到的由爆破激发的地壳介质震动能量主要集中在0.2～2 Hz，2 Hz以后信号的能量与震前、震后噪声基本叠加一致，因此，将对所有的观测数据以0.2～2 Hz频带范围进行带通滤波来获取更好的信号信息。

2 数据结果及讨论

通过以上的观测，分别得到了南靖和华安2个区域多个观测点的记录并对其进行分析，从而定量给出超高频GPS接收能力的评估。

2.1 南靖区域高频GPS实验结果

南靖1号点布置在山体的石壁上，离炮点很近，其结果如图4所示，可以看出南北和东西向的位移不明显，高程向的位移很明显，接近60 mm，图中虚线是噪声水平线，东西和南北方向为5 mm，高程向为10 mm。对1号点高程向位移进行详细分析如图5所示，可以发现高程位移从14 s开始有一个脉冲，与并址布置的简易强震仪和Guralp高精度强震仪捕捉到的波形时间点是能够对应的， 简易强震仪和Guralp高精度强震仪的记录数据如图6所示，其中SM-104和SM-58为两台简易强震仪，Guralp-104为高精度强震仪。

通过对其他点的处理结果我们可以发现，3～5号点的位移波形在1时10分14秒都有所反应，有的水平向比较明显，有的高程向比较明显，如图7～8

2.2 华安区域高频GPS实验结果

采用南靖试验相同的数据处理方式对华安地区的高频GPS观测结果进行了分析，同时，也对原始数据进行0.2～2 Hz频带范围的带通滤波。从华安1号点和2号点的处理结果图中可以看到，起爆点的时间大概为1时00分17秒（图9～10），与强震仪加速度波形捕捉到的起爆时刻是能够对应的（图13～14），1号点振动时间比较长，持续了近4 s，幅度南北向达到了12 mm，高程向接近16 mm。而从2号点的南北向位移更明显接近16 mm，高程向位移达到了14 mm，对2号点的南北位移进行了放大（图11），从图11中可以很明显地看出高频GPS确实捕捉到了爆破瞬间的波形（17～20 s），而3号点的处理结果并不明显（图12），

3 结论

本文利用2014年6月福建省地震局进行的人 工爆破实验获得的50 Hz超高频GPS观测数据，并采用快速预报星历以及事后精密星历，对观测数据分别进行准实时和事后精密处理。通过近场的2次人工爆破高频GPS实验的数据分析，结果表明：

（1）高频GPS在差分处理模式下，其水平向噪声大致为5 mm，垂直向大致为10 mm，如果地壳的振动幅度超过高频GPS噪声水平，高频GPS 能够捕捉到近场地震引起的位移信号。

（2）高频GPS差分单历元解在采用快速预报星历与事后精密星历得到的结果基本一致，这也说明采用快速预报星历进行高频GPS实时解算的结果的可靠性。

综合高频GPS的监测能力，以及其基线漂移小，观测稳定的特点，高频GPS记录可以作为有效的“地震位移计”，对以记录速度和加速度的地震仪起到很重要的补充作用，使得“GPS地震学”这一交叉学科具有很好的发展前景。特别是近场 强震仪由于地表倾斜的原因，其得到的水平向加速度通常都带有地表倾斜的特征，从而导致积分后得到的位移出现严重的基线漂移，这给利用强震仪信号研究地震震源性质产生了严重影响。相比而言，高频GPS由于记录的本身就是位移信号，因此，基线漂移比较小。如果将高频GPS和强震 仪进行并址观测，采用高频GPS校正强震仪信号的基线，那么就能够得到无基线漂移的地表位移情况。另外，高频GPS通常能够接收到低频甚至静态位移信息，而强震仪的记录则对高频信号敏感。两者之间存在明显的互补性。综合两者的优点，进行联合观测，就能够得到无基线漂移的宽 频带地震信息，从而大大提高对于地震震源性质的研究。另外，高频GPS数据的实时处理结果，结合烈度计的记录，将能够在很大程度上提高地震烈度速报与地震预警的能力。因此，高频GPS将能够在未来的地震研究、地震预警方面发挥重要的作用。

感谢中国科学院测量与地球物理研究所的郑勇研究员、李军副研究员在本工作中的指导和帮助。

参考文献：

丁学仁，吴绍祖，陈光.2007.福建省GPS台网观测的位移时间序列特征的初步研究.华南地震，29（2）：8-14.

李祖宁，刘序俨，吴绍祖等.2007.台湾海峡两岸地壳相对运动分析.大地测量与地球动力学，27（5）：68-72.

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Elósegui P，Davis J L，Oberler D，et al.2006.Accuracy of high-rate GPS for seismology.Geophysical Research Letters，33（11），doi：10.1029/2006GL026065.

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高频小信号放大器实验 篇4

一、实验目的：

l．了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负 载变时的动态特性。

2．了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化和电源电压 Vcc变化时对功率放大器工作状态的影响。

3．比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点、功率、效率。

二、实验内容：

1．观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点

2．测试丙类功放的调谐特性

3．测试丙类功放的负载特性

4．观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。

三、实验基本原理：

丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验单元模块电路如图2—l所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中 VT1（3DG12）、XQ1与C15 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中 R2、R12、R13、VR4组成静态偏置电阻，调节VR4可改变放大器的增益。XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类功率放大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。VR6为射极反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管 VT3 be间的负偏压值时，VT3才导通工作。

四、实验步骤：

1．了解丙类工作状态的特点

1）对照电路图2—l，了解实验板上各元件的位置与作用。2）将功放电源开关S1拨向右端（＋12V），负载电阻转换开关S5全部拨向 开路，示波器电缆接于J13与地之间，将振荡器中 S4开关“4”拨向“ON”，即工作在晶体振荡状态，将振幅调制部分短路块J11连通在下横线处，将前置放大 部分短路块J15连通在“ZD”下横线处，将短路块J4、J5、J10均连在下横线处，调 整VR5、VR11、VR10使J7处为0.8伏，调VR4、VR6，在示波器上可看到放大后 的高频信号。（或从J7处输入0.8V，10MHZ高频信号，调节甲放VR4使JF.OUT（J8）为6伏左右。）从示波器上可看到放大输出信号振幅随输入电压振幅变化，当输入电压 振幅减小到一定值时，可看到输出电压为0，记下此时输入电压幅值。也可将短路环J5断开，使激励信号Ub＝0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。

2．测试调谐特性

使电路正常工作，从前置放大模块中J24处输入0.2V左右的高频信号，使功

放管输入信号为 6伏左右，S5仍全部开路，改变输入信号频率从4MHZ—16MHZ，记下输出电压值。

3．测试负载特性

将功放电源开关拨向左端（＋5V），使Vcc＝5V，S5全断开，将J5短路环断开,用信号源在J9输入Vb＝6伏左右f0＝10MHZ的高频信号，调整回路电容CT2使回路调谐（以示波器显示J13处波形为对称的双峰为调谐的标准）。

然后将负载电阻转换开关S5依次从l—4拨动，用示波器测量相应的Vc值和Ve波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。

4．观察激励电压变化对工作状态的影响

将示波器接入VT3管发射极J3处，开关S1拨向十5V，调整VR6和VR4，使J3处ie波形为凹顶脉冲。（此时S5全部开路）。然后改变Ub由大到小变化（即减小输入信号），用示波器观察ie波形的变化。5．观察电源电压VcC变化对工作状态的影响

将ie波形调到凹顶脉冲波形，用示波器在J3处可观察ie电流波形，此时可比较S1拨向十5V或十12V两种不同的情况下ie波形的变化。

6．实测功率、效率计算：

将 VCC调为12V，测量丙放各参量填入表 2—3，并进行功率、效率计算。

其中：Vi 输入电压峰-峰值

Vo：输出电压峰-峰值

Io ：发射极直流电压÷发射极电阻值

P=：电源给出直流功率（P==VCC*I。）

Pc：为管子损耗功率（Pc ＝Ic*Vce）

Po：输出功率（Po＝1/2*(Vo/2)2/RL）

五、实验报告要求

1．根据实验测量结果，计算各种情况下Io、Po、P=、η。

2．说明电源电压、输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响，并用实验参 数和波形进行分析说明。

第五章 高频功率放大器习题答案 篇5

一、简答题

1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B类、C类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B或C类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。

2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施

1）减小激励Ub，集电极电流Ic1和电压振幅UC基本不变，输出功率和效率基本不变。

2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC基本不变，输出功率和效率基本不变。

3）减小负载电阻RL，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC减小不大，因此输出功率上升。

4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC增大，输出功率也随之增大，效率基本不变。

3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？

解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻RP，而且调节LA和CA还能保持回路谐振时使RP等于放大管所需要的集电极负载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。

4．改正图示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。解：

改正后

二、计算题

1.已知集电极电流余弦脉冲iCmax100mA，试求通角120，70时集电极电流的直流分量Ic0和基波分量Ic1m；若Ucm0.95VCC，求出两种情况下放大器的效率各为多少？

解：(1)120，0()0.406，1()0.536

Ic00.40610040.6mA,Ic1m0.53610053.6mAL2C2E2c11()Ucm10.5360.9562.7%20()VCC20.406

(2)70，0()0.253，1()0.436

Ic00.25310025.3mA,Ic1m0.43610043.6mA10.436c0.9581.9%20.253

2.已知谐振功率放大器的VCC24V，IC0250mA，Po5W，Ucm0.9VCC，试求该放大器的PD、PC、C以及Ic1m、iCmax、。

解：

PDIC0VCC0.25246W PCPDPo651WCIc1mPo583.3%PD62Po250.463AUcm0.924

g1()2CiCmaxVCC120.8331.85,50 Ucm0.9IC00.251.37A 0()0.1833.一谐振功率放大器，VCC30V，测得IC0100mA，Ucm28V，70，求Re、Po和C。

解： iCmaxIc0100395mA

0(70)0.253Ic1miCmax1(70)3950.436172mA ReUcm28163Ω Ic1m0.17211PIU0.172282.4W oc1mcm22P2.4Co80%

PD0.130UBB0.3V，4.已知VCC12V，放大器工作在临界状态Ucm10.5V，UBE(on)0.6V，要求输出功率Po1W，60，试求该放大器的谐振电阻Re、输入电压Uim及集电极效率C。

21Ucm110.5255 解： Re2Po21UimUBE(on)VBB0.6(0.3)1.8Vcos0.511(60)Ucm10.39110.5C78.5%20(60)VCC20.21812

5.高频功率晶体管3DA4参数为fT＝100MHz，20，集电极最大允许耗散功率PCM ＝20W，饱和临界线跨导gcr＝0.8A/V，用它做成2MHz的谐振功率放大器，选定VCC＝24V，c700,iCmax2.2A，并工作于临界状态。试计算Rp、Po、Pc、c与P＝。

[1(700)0，0.43[6]0(70)0.253]。

icgcrvc,当vcvCmin时，ic＝icmax，因此得：vCmin＝iCmax2.2A2.75Vgcr0.8A/VVCMVCCvCmin(242.75)V21.25V解：

Icm1iCmax1(c)(2.20.436)A0.96A[1(700)0.436]11ICM1VCM0.9621.2510.2W22Ic0iCmax0(c)2.20.2530.557A[0(700)0.253]P0PVCCIC0240.55713.36W

小信号低频放大器的调整与测试 篇6

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。