isys谐振回路晶体管Ciegieioe'goe'Coe'G0CL3负载gL'CL'1

图1.5 谐振放大器电路等效电路B

其中is，ys为信号源，p1?n12为晶体管的集电极接入系数，式中n13为电感线圈n13n45为输出变压器的副线圈与n13的总匝数，n12为晶体管的集电极接入电感线圈匝数；p2?原线圈的匝数比，式中n45为电感副线圈的匝数。G0为LC回路本身的损耗电导，L为谐振回路电感。其它参数如下所示：

gie?1 (1-8) rb'eCie?C? (1-9)

ioe'?p1ioe?p1yfevbeyoe'?py?goe'?j?Coe'2221oe (1-10)

其中goe'?p12goe,Coe'?p12CoeyL'?gL'?j?CL'?pgL?j?pCL22 (1-11)

gL'?j?CL'为谐振放大器输出负载的电导，通常小信号谐振放大器的下一级，仍为

晶体管谐振放大器，则yL'将是下一级晶体管的输人电导gi和电容Ci。

晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流、电流放大系数?有关外，还与工作角频率ω有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测量条件一定的情况下测得的。

如在f0?30MHz，IE?2mA，VCE?6V条件下测得3DG47的Y参数

gie?1.2ms，Cie?12pF，yfe?58.3ms，goe?400?s，Coe?9.5pF

（二） 主要性能指标及测量方法

表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0， 放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等，采用图1.6所示的测试电路可测量各项指标。实验电路被设计成多个实验通用。对于本实验来说，电路由晶体管Q1，谐振回路C2A,C2B,T1等构成。本实验的谐振频率由C2BC6是输出耦合电容，R6是负载电阻。

调节，由于C2B的容量有限，故加固定电容C2A以增大总电容。图中输入信号由高频信号发生器提供，示波器监测输入端J1和负载RL端J3的波形。谐振放大器的各项性能指标及测量方法如下。

L1+12VC10C2AC2BR1R4Q1C3123T145C9C5R8J1C1J2R2R3C4C6J3R6LED 图1.6高频小信号谐振放大器测试电路

1．谐振频率的测试 放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。

图1.1所示电路的f0表达式为

f0?11 (1-12) ?222?LCT2?L(C?p1Coe?p2CL)式中，L为谐振回路电感线圈的电感量，CT为谐振回路的总电容，Coe为晶体管的输出电容、CL为负载电容。

在实际的谐振放大器设计过程中，常常是根据上式估算出各电容及电感的数值，然后在实际调试中，通过改变电感或某个电容的值，达到电路谐振在设计频率上的目的。谐振频率f0的调整步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为f0，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变C或电感线圈L的磁芯位置使回路谐振。LC并联回路谐振时，示波器显示的输出波形幅度最大，且无明显失真。这时回路的谐振频率就等于高频信号发生器的输出频率。

2．电压增益的测试 放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Av0称为谐振

放大器的电压增益（放大倍数）。Av0的表达式为：

Av0??p1p2yfeGT??p1p2yfe2(G0?p12goe?p2gL) (1-13)

要注意的是，yfe本身也是一个复数,所以谐振时输出电压Vo与输入电压Vi的相位差为 (180??fe)。只有当工作频率较低时，?fe?0，Vo与Vi的相位差才等于180。 Av0的测量电路如图1.6所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。当回路谐振时，分别从电源的指示器上记下输入端电压Vi的读数及示波器上读出输出端的读数Vo，

则电压放大倍数Av0由下式计算：

Av0?Vo/Vi (1-14) 用分贝表示为

Av0?20lg(Vo/Vi)dB 3．频率特性的测试

通频带BW

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压放大倍数下降，电压放大倍数随信号频率f变化的曲线，叫做放大器的谐振曲线，如图1.7所示。

电压放大倍数

Av1 (1-15) ?2Av01?(2QL?f/f0)习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Av0的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW?2?f0.7?f0/QL (1-16)

式中QL为谐振回路的有载品质因数

QL?11?2?0LGT?0L(G0?p12goe?p2gL) (1-17) Q01?,(其中Q0?)gg?LG2L001?p12oe?p2G0G0分析表明，放大器的谐振电压放大倍数Av0与通频带BW的乘积满足关系式

|yfe|f0|yfe|?0/2?|yfe| (1-18) GBP?|Av0|?B?p1p2??p1p2??p1p2GTQLGT?0CT/GT2?CT上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容CT为定值时，谐振电压放大倍数Av0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。由式(1-19)可得通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式(1-19)可知，除了选用yfe较大的晶体管外、

Av/Avo10.7BW0.1fLf0fH2△f0.1图1.7 谐振放大器的频率特性曲线 f还应尽量减小调谐回路的总电容量CT。

可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带BW。测量方法有逐点法和扫频法。逐点法测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数Av0，然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压Vi不变)，并测出对应的电压放大倍数Av。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以可以得到如图1.7所示的谐振特性曲线。扫频法测量步骤是调节频响特性测试仪，产生频率在某个范围内变化的信号（扫频信号），此时仪器自动记录并显示在该频率范围内的输出幅度，即频率特性曲线。因此，该方法比较方便的测量出电路的频率特性。

矩形系数 谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示，如图1.7所示。

矩形系数 为电压放大倍数下降到0.1Av0 时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Av0时对应的频率偏移之比，即

Kr 0.1?2?f0.1/2?f0.7 (1-19)

矩形系数Kr0.1越接近1，邻近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。一般单级单调谐振放大器的矩形系数Kr0.1等于固定值10，远大于1，与回路参数无关，所以选择性较差。因此，为提高放大器的选择性通常采用多级谐振放大器。可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数。

二、仿真分析

2.1 实验一

仿真实验目的：

（1）测试单调谐放大器的电压放大倍数

（2）测试单调谐放大器的幅频特性和相频特性 （3）测试单调谐放大器的回路谐振曲线

仿真电路图：