PN结实验中为什么要用电压放大器

PN结实验中为什么要用电压放大器
PN结实验中为什么要用电压放大器

PN结实验中为什么要用电压放大器
超外差式收音机：是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程.如果把收音机收到的广播电台的高频信号,都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变,而其信号包络仍然和原高频信号包络一样）,然后再对此固定的中频进行放大,检波,再加上低放级,就成了超外差式收音机.这种接收机中,在高频放大器和中频放大器之间须增加一级变换器,通常称为变频器,它的根本任务是把高频信号变换成固定中频.而由于中频频率（我国采用465千赫）较变换前的高频信号（广播电台的频率）低,而且频率是固定的,所以任何电台的信号都能得到相等的放大量.另外,中频的放大量容易做得比较高,而不易产生自激,所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高.由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率才能通过中频放大回路,所以可以提高收音机的选择性.一般的超外差式收音机组成方框图如图1所示.
主要构造
图1
一、变频级
从图1中可以看出,超外差式收音机的变频级包括混频器和本机振荡器两个部分.接收天线收到的高频调幅信号经调谐输入回路的选择,送入变频级的混频器.本机振荡器（由变频级本身产生一个等幅的高频信号）产生的高频等幅振荡电流也送入混频器.通常本机振荡的频率高于外来信号的频率,而且高出的数值要保持一定值,即中频频率.两种信号在混频器中混频的结果,产生一个新的频率信号,也就是混频器的根本功用是把输入信号的载波频率同本机振荡器的载频频率进行差拍在其输出端得到一个“差频”信号,即“中频”信号.这就是“外差作用”.我国收音机中频频率规定为465千赫.465千赫的差频信号仍属高频范围,只是因为它比外来信号的载波频率低,才称为“中频”信号.外来的高频调幅信号,经过变频以后只是变了载波频率,要求原来信号的调制规律不能改变,仍然调制在新的中频信号,所以变频级输出的中频信号仍然是调幅信号.
如图2所示的变频电路是本实验套件的收音机线路中的变频电路.
图2
现对此电路工作过程叙述如下：
Lab是绕在磁性棒上的线圈,Lab、Ca、Cat组成了高频调谐回路,Lb、Cb、Cbt、C3组成本机振荡回路.磁性天线接收到的高频调幅信号,经高频调谐回路的选择,由耦合线圈Lcd加到变频管的基极和发射极之间；本机振荡器产生的高频等幅信号（比外来信号频率高一个固定中频）通过C2、C1和R2也加到变频管的基极和发射极之间.我们知道半导体三极管的发射结（发射极和基极之间的P-N结）是非线性元件,所以当外来信号和本机振荡信号加在发射极--基极回路时发生混频,产生了我们需要的差频（465千赫）.我们再通过接在集电极回路中的L3组成的中频谐振回路（俗称中周）,将被放大了的中频信号选取出来,由L3次级输出送至中频放大器.为了使本机振荡的频率和调谐回路的高频谐振频率之差始终为一固定中频（465千赫）,在改变调谐回路的谐振频率时（选择所要收听的电台时）,必须同时调整振荡回路的振荡频率,这叫“统调”.为了简化使用时的调谐手续,在收音机中,上述两个回路是采用一只同轴双连可变电容（Ca、Cb）进行调整的.常用的双连可变电容是等容式的.例如有270PF×2、365PF×2等规格.使用等容双连可变电容时必须在本机振荡回路中的可变电容Cb上并联一个小电容Cbt,适当地选取Cbt,以便使两个回路得到较好的统调,C3是垫振电容用以补偿波段高低端的统调偏差.
电阻R1、R2组成偏置电路.L2是中波振荡线圈.L3是“中周”.
二、中频放大极
中频放大器是超外差式收音机的极其重要的组成部分,中放级的好坏对收音机的灵敏度、选择性和保真度等主要指标有决定性的影响.
收音机里的中频放大器其工作频率为465千赫,用谐振回路作负载,这样可大大提高收音机的灵敏度和选择性.本实验套件的收音机中频放大器电路如图3所示.
经过变频级变换成465千赫的中频信号通过中频变压器L3耦合至Q2基极,经过Q2放大后由第二只中频变压器L4耦合到Q3进行第二次中频放大,Q3既是第二中放的放大管,又是检波级,经Q3放大后的中频信号利用Q3的be极的PN结的单向导电特性进行检波.
图3
R3是第一中放管Q2的偏置电路,C4的任务之一是旁路中频信号；R4、R3、W1是第二中放管Q3的偏置电路.C5、C6是旁路电容,音频信号通过C7耦合到低放级.
各极中频放大器之间采用中频变压器进行耦合.由于三极管输出阻抗较低,考虑阻抗匹配,所以电源供给从中频变压器初级中心头接入.同时次级大多数是不调谐的且圈数很少,以便与下一级所接的三极管输入阻抗小的特点相适应.
三、检波和自动增益控制
在超外差式收音机中,通常采用二极管检波器.在图3中利用Q3的be极单向导电特性作为检波二极管用,C5、C6是中频滤波电容,W1是检波负载,兼音量控制电位器,检波后的音频信号由电位器的滑动臂经隔直电容C7送至低频放大器.
收音机在接收强弱不同的电台信号的时候,音量往往相差很大.电台信号过强,甚至引起失真.装上自动增益控制后,就能避免出现这些现象.自动增益控制电路由R3、C4组成.检波后,音频信号的一部分,通过R3送回到第一中放管Q2的基极.由于C4的滤波作用,滤去了音频信号中的交流成分,保留了直流成分.实际上送回到Q2基极的是音频信号中的直流成分.当检波输出的音频信号增大的时候,Q3的IC3增大,Q3的集电极电位就降低,通过R3,就会使Q2的基极电位降低,Q2的集电极电流减小,Q2的放大倍数就会下降,从而保持检波输出的音频信号大小基本不变,这样就达到了自动增益控制的目的.
四、功率放大电路
本实验套件的收音机功放电路见图4所示：
Q4是推动级,它的集电极电流较大,能输出一定的音频功率,推动末级功率放大工作.输入变压器L5起阻抗匹配和倒相的作用,它输出大小相等、相位相反的信号推动三极管Q5、Q6做乙类推挽功率放大.
Q5、Q6串联成无输出变压器（OTL）推挽功率放大电路.R7、R8、R9、R10是偏置电阻,使Q5、Q6在没信号输入时,也有一定的集电极电流,用来消除交越失真.由L5次级提供的倒相信号使Q5和Q6交替导通,在Q6的集电极上输出放大了的完整的信号,通过隔直电容C9耦合到扬声器上.
图4
五、超外差式六管收音机整机电路分析
磁性天线感应来的信号送到谐振回路Lab、Ca中去（参见图2线路标注）,将Lab、Ca调谐在接收的信号频率上,其它干扰信号相应地被抑制.然后通过Lcd的耦合将高频信号送到变频级Q1的基极.变频级的振荡电压通过C2注入Q1的发射极.Lb、Cb组成振荡回路,反馈是由Lc来实现的,因此,这是一个振荡电压由发射极注入,信号由基极注入的变频级.R1、R2是偏置元件,C1作高频旁路之用.经变频之后,信号变换成465千赫的中频信号,由谐振于465千赫的中频变压器L3取出送至由Q2组成的第一中频放大级.第一中放级加有自动增益控制,由R3、C4组成,C4是一个容量较大的电解电容器,其主要作用是滤除检波后的音频电流.经过Q2放大后的中频信号由L4取出后送到第二中频放大级.R4、R3、W1是第二中放级的偏置电阻,C5、C6是旁路电容.经过二级中放后的信号由Q3的be极单向导电特性进行检波.在电位器W1上的音频信号通过C7耦合到Q4组成的前置低放级.检波后的直流分量通过R3加到中频放大器Q2的基极作自动增益控制.Q4放大后的音频信号,经L5送到由Q5、Q6组成的推挽功率放大级,最后输出较大的音频功率推动扬声器发出声音.R5是Q4的偏置电阻；R7、R8、R9、R10是Q5和Q6推挽放大级的偏置电阻.C10、R6、C11组成电源退耦电路；电容C8用来改善音质；Cat、Cbt为双联可变电容器顶端的微调电容；本机的中频变压器L3、L4的谐振电容与中频变压器做在一起,因此,在印刷电路板中不再设计有谐振回路电容的位置；L5是输入变压器,JK是外接耳机插口.