调谐放大器是指以谐振回路作负载的放大器,即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。当要求其中心频率能在某个频率范围内任意调节时,可由机械调谐(可变电容器或可变电感器)或电调谐(变容二极管)实现。
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,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。
衡量调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面:
谐振频率
放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率,理论上,对于LC组成的并联谐振电路,谐振频率的表达式为:
式中,L为调谐回路电感线圈的电感量;C为调谐回路的总电容。
谐振增益(Av)
放大器的谐振电压增益放大倍数指:放大器处在在谐振频率f0下,输出电压与输入电压之比。
Av的测量方法:当谐振回路处于谐振状态时,用高频毫伏表测量输入信号Vi和输出信号Vo大小,利用下式计算:
另外,也可以利用功率增益系数进行估算:
通频带
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,习惯上称电压放大倍数Av=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW,通常用2Δf0.1表示,有时也称2Δf0.1为3dB带宽。通频带带宽:
式中,Q为谐振回路的有载品质因数。
当晶体管选定后,回路总电容为定值时,谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为一常数。
频带BW的测量方法:根据概念,可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法,也可以是逐点法。
扫频法:即用扫频仪直接测试。测试时,扫频仪的输出接放大器的输入,放大器的输出接扫频仪检波头的输入,检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线,从曲线上读取并记录放大器的通频带。
逐点法:又叫逐点测量法,就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小,利用得到的数据,做出信号大小随频率变化的曲线,根据绘出的谐振曲线,利用定义得到通频带。
具体测量方法如下:
a、用外置专用信号源做扫频源,正弦输入信号的幅度选择适当的大小,并保持不变;
b、示波器同时监测输入、输出波形,确保电路工作正常(电路无干扰、无自激、输出
波形无失真);
c、改变输入信号的频率,使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值;
d、描绘出放大器的频率特性曲线,在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时,可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振,记下此时的谐振频率fo及电压放大倍数Avo,然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压不变),并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降,所以放大器的谐振曲线如图1-1所示。
增益带宽积
增益带宽积BW·G也是通信电子电路的一个重要指标,通常,增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄,BW越大,增益越小。二者是一对矛盾。
不同电路中,放大器的通频带差异可能比较大。如:在设计电视机和收音机的中频放大器时,对带宽的考虑是不同的,普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz,而电视信号的带宽需要6.5MHz,显然,要获得同样的增益,中频放大器的带宽设计是完全不同的。
选择性
放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号,排除干扰信号的能力,称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中,定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10%所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移2Δf0.1之比,即:
同样还可以定义矩形系数,即:
显然,矩形系数越接近1,曲线就越接近矩形,滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。
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