电路中,电容有一个可变电容可以改变回路总的电容值,电感由初级回路和次级回路组成,中间有铁芯耦合,实验箱上电感的初级回路和次级回路封装在中周中,调节中周里的铁芯位置可以改变电感值和耦合强度,从而改变LC谐振回路的谐振频率。滑动变阻器RW1是阻尼电阻,可以改变回路的品质因素和电压增益。 根据晶体管工作在甲类放大时的电压的要求,我们再确定分压电阻R2、R3、R4 的阻值(如仿真图),选择Ie=2mA,又可进一步算出R1的阻值。
我们取输入信号的参数为 f=10.7MHz,幅值为50mV ,按照上面的仿真图,仿真出来的结果为
由游标示数我们可以知道此电路的放大倍数为 其他各表的示数如下:
基极电压Vb 射极电压Ve 集射电压Vce
4
注:红线代表输入信号; 黄线代表输出信号;
射极电流: ,由这些参数我们可知三级管处于正常的甲类放大 状态。 另外我们还测得的幅频特性如下:
通过测量,可得到通频带约为10.819MHz-10.655MHz =0.164MHz。 对照着仿真要求我们一步步进行仿真:
1.改变直流电流Ie,研究Ie逐渐增大时小信号放大器电压增益的变化 Ie/mA Av/dB 0.979 18 1.858 21 2.558 21.5 3.412 23 由此说明Ie逐渐增大时小信号放大器的电压增益也逐渐的增大,当然这样的增大也是有一定范围的,如果Ie过大,将会导致输出波形的失真。 2.改变谐振回路的中心频率,观察小信号放大器电压增益的变化情况 注:对于改变谐振频率,只要改变C的值就可以了,所以我们此处用C值的改变来表示谐振频率的改变 C/nF Av/dB 2.08 8.54 2.18(f0) 21.07 2.28 13.66 2.68 -2.72 3.18 -8.98 通过观察我们发现,谐振频率偏离中心频率越远,其电压增益越小。
5
3. 改变集电极回路中阻尼电阻的阻值,观察小信号放大器电压增益的变化情况,通频带的变化情况。 R5/KOhm Av/dB 1 20.052 3 21.542 0.165 5 21.788 0.163 7 21.885 0.159 9 21.936 0.157 通频带/MHz 0.169 由此可知,当集电极回路中阻尼电阻的阻值逐渐增大,也即回路的品质因数逐渐变大时,小信号放大器的电压增益也在小幅度增大,而通频带则小幅度变小,这也从而说明了一个问题就是电路的“增益带宽积=增益*通频带”并没有改变,符合理论推导。
4. 改变交流负反馈电阻阻值,观察小信号放大器电压增益的变化情况,通频带的变化情况 R6/Ohm Av/dB 10 24.508 20 22.341 0.163 30 20.579 0.167 40 19.102 0.169 50 17.833 0.172 通频带/MHz 0.156 由此可见,随着交流负反馈电阻阻值的增大,小信号放大器的电压增益在逐渐减小,相反通频带则是随之逐渐变大。
原因解释:该电路属于串联负反馈,引入这样的反馈后电路的电压增益表达式就变为 ,当反馈电阻的阻值越大时,反馈系数F就越大,由公式表明,随着F的增大, 是逐渐减小的,此即解释了随着R6的增大,电压增益 是减小的,再由增益带宽积是恒定的这一概念,我们显然可以知道同频带会增加。 仿真过程中对问题的一些思考:
问题一:在仿真的过程中我们发现输出波形不那么稳定,总是在不停的变大然后再变小再变大,需要经过比较长的一段时间它才会稳定下来。 解决方案:①将输入和输出耦合电容该小,都改为了100pF. ②改变谐振电路的L和C的值(只要保证两者乘积不变) 原因分析:①可能是由于耦合电容的分布电感之类的影响。高频放大器的耦合电容Cin和Cout主要作用就是隔离直流,且不宜过大,否则放大电路将对信号源或上级电路产生反射。在高频电路中它们的值一般取1nF以下。而我们之前的电路中取的是100nF ,取的过大了,放大电路对信号源产生了反射,从而导致
6
输出不稳定,需要进一步减小偶合电容值以降低放大器与信号源之间的耦合程度。 ②可能是由于负反馈放大电路产生了自激;由于电路的LC取得不合理,使电路的稳定裕度(稳定裕度的概念见文末补充知识)离稳定电路的要求差别比较大,从而产生自激,因此只要调整下L、C的值就可以。
问题二:这个此次仿真的电路的通频带较小,应如何修改参数使得电路的通频带变大些?
法一:显然,由带宽增益积不变的关系,我们知道降低电路的增益可以实现增大通频带的目的,根据增益的计算公式 大即可,即将分压电阻的阻值变小。
法二:通过推导,我们可以得到电路的带宽增益积的表达式如下:
,我们可以在保持 不变的情况下通过降低谐振电容的容
,我们只要将G的变
值来提高通频带,通过仿真,我们将C从2.18nF改成了100nF (当然相应的电感值也应同时改为2.18uF),通频带随即就从0.164MHz变成了1.139MHz,可见此方法比较简单可行。
五、实验内容及步骤
仿真做完后,就应该把理论用于实践了,下面是运用实验箱进行的实验步骤及数据记录
1.静态工作点与谐振回路的调整
⑴ 在实验箱主板上插上小信号调谐放大器实验电路模块。接通实验箱上电源开关,指标灯点亮。用高频信号源产生10.7MHz信号由IN1端接入小信号调谐放大器实验电路,幅度在50 mV左右。
⑵ 在OUT端用示波器观测到放大后的输入信号,调整电位器RW2和微调电容CV2,和中周铁芯的位置,使输出信号幅度最大且失真最小,也即使电路达到谐振状态。
2.放大器的放大倍数及通频带的测试。 ⑴空载放大倍数测试
断开J2,J3,连接J1,用示波器分别测出IN1端电压Ui和OUT端电压Uo,放大倍数为:A?U0Ui
7
相关推荐: