调谐放大器

仪器设备

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。

简介

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。

主要质量指标

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。

应用范围

调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。空间总是同时存在着各种各样的电磁波，我们所需要接收的只是我们感兴趣的有用信号，而其它不需要的电磁波对接收机来说就是干扰，如何更有效地选择信号并抑制干扰是接收机的重要任务之一。因此，调谐放大器在接收机中被广泛使用，这种放大器对于调谐频率附近的信号有较大的放大倍数，对于离调谐频率较远的信号放大倍数较小甚至将它衰减。在接收机中，它主要用来对小信号进行电压放大，所以大多工作于甲类放大状态。在发射机中它主要用来放大射频功率，因而大多工作于丙类或乙类状态（见功率放大器）。

调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。它可以通过互感与下一级耦合,也可以通过电容与下一级耦合。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。单级调谐放大器的增益与带宽的乘积受到放大器件参数的限制。在器件已选定时，放大器的增益越高，带宽就越窄。为保证有足够的增益和适当的带宽，往往采用几级调谐放大器级联。有时将两级（或三级）放大器的回路分别调谐到两个（或三个）不同的频率上，构成参差调谐放大器。这种放大器具有较宽的频带，总增益较高，但放大器的调整较麻烦。雷达接收机的中频放大级常采用这类放大器。

放大器件的杂散参量对调谐放大器的性能有影响。例如由于晶体管集电结电容CC的反馈作用，可能使放大器工作不稳定，甚至产生自激振荡。通常可用中和的方法加以消除。图3是带中和电路的调谐放大器，CN是中和电容器。输出信号由回路电感L经CN反馈至放大器的输入端,以抵消极间电容CC的内反馈。

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