对收音机中频放大器的参数指标及决定因素折腾记

夕阳光

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      对收音机中频放大器的参数指标及决定因素折腾记

前言

     本人是一个非电子专业的业余爱好者，对中放电路深层次的认知，难免有误，所述内容仅供参考。关于中频放大器的读本有两类，一类是科普读本，定性的讲解中频放大器的工作原理，一类是教科书和工程设计读本，重在讲解理论计算，对于业余爱好者，对于理论计算公式的理解有一定的难度。作为一个老DIY收音机的爱好者，会出现不满足将超外差收音机制作成功，要追求DIY出高指标的超外差收音机。本文是我为追求DIY出高指标的超外差收音机，对中频放大器参数指标的研究、学习、计算和测量的折腾总结。感觉是DIY收音机的人非常关心的话题。将其分享给有兴趣的读者。

      此文内容对中放的选件、设计、制作和调试具有可借鉴性，意在提高DIY中放电路的档次，例如：档次较低的制作和调试，采用他人成品中放电路的数据和商品中周数据，在调试中频的谐振曲线时，只调出中心频率为465KHz，图形对称为好，至于中放的其他参数指标，任他自然生成，我等无能为力。高档次的制作和调试，不但要调准中频，还要调出中放的参数指标：通频带、选择性、电压增益和动态等，达到想要的标准，若达不到要求，修改相关参数。

概述

      超外差收音机的中放电路对灵敏度和选择性起着关键性的作用。他的主要参数指标是：通频带、选择性、电压增益和动态。DIY收音机的电子爱好者，最关心的是如何实现这些参数达到自己所需要的目标，要想实现自己需要的目标，就得知道这些参数指标受那些因素制约。

制约中放电路参数指标的两个关键元件：三极管和中周，他们的参数对中放参数指标起着关键性的影响，若这两个元件的参数指标能够满足设计指标，接下来就可以通过人为的设计三极管集电极静态电流和中周的匝数比，方可达到设计指标。

一、 两个关键元件三极管和中周

      能否完成所需的中放参数指标，要看三极管的最大功率增益（功率放大倍数βp）、输入阻抗、输出阻抗和中周的空载Q值能否满足。

     选件涉及测量，我制作的“收音机检测仪”基本满足测量要求，测量结果虽比不上较高级的专用测量工具，但能满足DIY设计要求。

三极管

    中放三极管的几项重要指标：输入阻抗，输出阻抗，传输导纳，最大功率增益，这些参数是工作在465KHz条件下的参数，不是直流参数。

1、三极管的传输导纳Yfe

    Yfe是表示给三极管基极加一个交流电压ΔUb跟三极管集电极输出的交流电流ΔIc的比值，即Yfe=ΔIc/ΔUb，Yfe是由三极管自身参数决定的，与外界因素无关，主要由三极管的Ie、rbb和在工作频率下的交流放大倍数β决定。当β大于40，放大倍数对Yfe的增大影响不大，所以β（β≥40）对电压增益影响不大。

计算公式：Yfe=β* Ie*1000/( rbb* Ie+(β+1)*26) 单位：uA/V

2、输入阻抗

    计算公式：Rb=rbb+β26/Ie

    β是随工作频率的升高而较小，所以计算高频输入阻抗，需要高频的β

3、三极管输出阻抗Rce

    输出阻抗是很难用万用表测准的，用万用表电阻档测量的三极管集电极和发射极的直流电阻跟输出阻抗Rce是两回事。三极管共发应用时，输出阻抗是Ie的函数，又是工作频率的函数，随Ie的增大而减小，随工作频率的升高而减小。

   三极管的输出阻抗可以通过三极管的Y参数Yce中查出（也有标Yoe的），Rce=1/Yce。

      输出阻抗计算公式：

gm=Ie/26    gce=1/Rce   gbc=1/Rcb  gbe=1/Rbe

     三极管的输出阻抗对中放的增益，选择性，Ie的变化引起中谐振曲线变化等影响是很大的，输出阻抗越大越好，随Ie变化越小越好

     上述输入阻抗和输出阻抗的计算都是忽略三极管的结电容计算的。

4、三极管高频交流放大倍数的计算

计算公式：

公式中：

β0是低频放大倍数，

β是在工作频率下的放大倍数

fT特征频率

f工作频率

5、三极管工作在中频时的最大功率增益（功率放大倍数βp）

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计算公式：

    从计算公式可看出三极管的最大功率放大倍数与负载无关，是由三极管自身的参数决定的。

     三极管的功率增益，对于小信号的中放，采用电压增益衡量参数指标来说，虽无重要意义，但会影响最大电压增益。电压增益虽然可以通过改变负载和中周匝数比来提高，但必须有足够的功率驱动才行。中放电路，不但输入电压很小，输入功率也很小，所以必须有足够的功率放大倍数，才能得到足够的输出功率。中放最后的输出电压提供给检波负载是需要一定的驱动功率的，只靠匝数比提高电压是无法驱动所需功率大的负载的，如一只220V5W的电源变压器，次级输出12V，他是无法使12V100W的灯泡正常工作的。

6、三极管的实际功率增益

计算公式：

   实际功率增益跟负载电阻有关，电压增益跟Yfe有关，随yfe增大而增大。yfe随Ie增大而增大，Rb1和Rc随Ie增大而减小，所以实际功率增益随Ie增大而增大，当Ie增大某一数值时，实际功率增益等于最大功率增益时，进入饱和状态，实际功率增益不再随Ie变大而变大，保持一个恒定值。

中周

     对于中周希望空载Q值越大越好。对于现在的10×10商品中周框架，空载Q值能做到140 ，基本就是极限了。中周磁芯、磁帽，框架结构我们无法改变，中周磁帽跟磁芯的相对位置对空载Q值影响较大，这是我们能够改变的。

   有关三极管的参数和中周参数的测量和计算，在本文后面逐步的涉及到。

待续  

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夕阳光

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二、中放放大器的选择性和通频带

（一）级别和决定因素：

决定因素：中周个数、耦合系数、有载Q值、各中周谐振频率的参差。

提高选择性，中周的空载Q值很关键，若能把空载Q值做出大于200，可以调出切比雪夫型，是向往的幅频曲线。

总幅频曲线是三级中周的有机合成，在两级双中周和一级单中周的中放电路中，前两级双中周必须过耦合，第三级单中周必须有载Q值相对很低才能调出“平顶型”幅频曲线。

不同等级对选择性的要求

中周的个数要根据选择性的要求而定，三级收音机的选择性要求大于20分贝，三只单中周能够满足要。二级收音机的选择性要求大于26分贝，要选取4—5只中周。一级收音机的选择性要求大于36分贝，通常选取5只中周，对中周空载Q值要求较高，因为对中周的有载Q值要求高，若空载Q值较低的话，对三极管最大功率增益要求高。特级收音机的选择性要求大于46分贝，若选取5只中周，对中周的空载Q值要求很高。

     三级收音机中周有载Q值要求不小于50，空载Q值大于70就能满足选择性和增益的要求。

二级收音机的两级双中周有载Q值要不小于75，计算中的耦合电容数值是按两中周都没有抽头的热端耦合计算的，实际的耦合电容连接第一只中周是有抽头的，所以耦合电容要比计算的数值要大些。

一级收音机的两级双中周有载Q值要不小于95，计算中的耦合电容数值是按两中周都没有抽头的热端耦合计算的，实际的耦合电容连接第一只中周是有抽头的，所以耦合电容要比计算的数值要大些。由于一级收音机频响要求100—4000Hz，通常低频要设计音调调节电路。

一级收音机的两中周的有载Q值大于120，调成双峰曲线，使矩形系数变得更高。

双中周的有载Q值达到120，可以调出特级收音机46分贝的选择性，通频带可做到6KHz

双中周的有载Q值达到180，可以实现调出切比雪夫型向往的幅频曲线，既有高选择性，又有较宽的通频带

制作实验：

我通过采用超声波中周框架，3股0.08漆包线绕制，能够做出空载Q值达到160，调出选择性大于40分贝，通频带越6KHz的幅频曲线。

待续

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梁伟才

% U7 ^# I7 G, R; R; i, h多谢分享，点赞了。

小白请教

多谢常老师分享，点赞了。

叶叶黄

坛中业余爱好者折腾出楼主这个水平的应该不多吧？

天天笑

不仅坛中，我相信在国内像常老师这水平的应该不多。

共由光军

感谢老师分享

夕阳光

（二）决定中周有载Q值的因素：

    中周初级线电感、中周谐振阻抗、三极管的输出输入阻抗及阻抗变换（中周匝数比）。

由于三极管的输出阻抗和输入阻抗随三极管的Ie改变，所以谐振曲线会随Ie改变。

（三）Ie改变对谐振曲线的影响

中周的空载Q值与有载Q值的差越小，影响越小。三极管的输入阻抗和输出阻抗越大，影响越小。

  电路中若遇到高空载Q值中周和低输出阻抗的三极管，幅频曲线受Ie影响之大，难以接受。

   要想幅频曲线随Ie变化小，1选用输入阻抗和输出阻抗高的三极管或阻抗随Ie变化小于三极管，共基使用的三极管输出阻抗随Ie变化很小。2利用中周的阻抗变换，将三极管的输出阻抗和输入阻抗变大后加给中周，其阻抗变得越大，幅频曲线受Ie变化影响越小。

计算例：

    1、应用TTF-2-1和TTF-2-2随三极管Ie变化对幅频曲线的影响

Ie=0.5mA时

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Ie=0.01mA时

幅频变化随Ie变化可以接受

  2、应用TTF-2-7和TTF-2-8的三极管Ie变化对幅频曲线的影响

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Ie=0.5mA时

Ie=0.01mA时

幅频变化随Ie变化可以接受

3、应用TTF-2-7和TTF-2-8随三极管Ie变化对幅频曲线的影响

   遇到了高空载Q值的中周和三极管输出阻抗很低的情况。

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Ie=0.5mA时

  Ie=0.01mA时

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幅频变化随Ie变化难以接受

待续

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梁伟才

多谢常老师分享，点赞了

夕阳光

（四）两级双中周+单中周电路，三级中周的有载Q和耦合系数的有机配合。

如配合不好，很难调出平顶型曲线，看下面的计算

配合1，两级双中周有载Q=80，耦合系数1.5，单中周有载Q=56的幅频曲线，对于满足二级收音机，选择性和通频带都很理想

配合2，两级双中周有载Q=80，耦合系数1.5，单中周有载Q=87的幅频曲线，幅频曲线不理想，顶部太尖。

要想得到平顶型幅频曲线，两级双中周必须耦合系数大于1，是双峰型，通过最后的单中周适当的有载Q值配合调出平顶型曲线，后级单中周有载Q值要明显的低于双中周的有载Q值。

刨析平顶型曲线的每级中周的谐振曲线

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单级双中周的曲线

单中周的曲线

两级双中周合成曲线

待续

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矿坛美格

多谢常老师分享，辛苦了，收藏。。。。。。。。。。。。

矿坛阿福

这样的理论分析太需要了，常老师上课，我搬个小板凳好好学习，正需要这方面的理论补习，谢谢！

夕阳光

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一、 中放增益和匹配

（一）增益

中放电路不复杂，制作和简单的调试成功也很容易，但中放电路有诸多参数相互制约，要想理清相互制约关系，并不容易。若不从整体考虑，不明确以什么参数为自变量（X轴），不明确输入输出点及各参数的组合情况，去断言中放增益，会导致判断失误。如：三极管放大倍数越高中放增益就越高，采用共发—共基两管组合，增加了中放增益，中周损耗会降低中放增益，所以从增益角度讲，采用双中周不如采用单中周等。

中放电路放大的是微电压和微功率，当Ie一定时，三极管的放大倍数对本级的电压增益影响较小，但对功率增益影响较大，三极管放大倍数虽对本级电压增益影响不大，但能对后级提供了较大的功率输出，可以通过改变后面的中周次级匝数来提高电压增益。

1、增益概念   

2、三极管电压增益的计算公式

条件：从三极管的输入电压为起点，从三极管集电极连接的中周次级为终的电压增益计算公式

此条件下电压增益的决定因素：三极管的传输导纳Yfe，三极管的输出阻抗，中周谐振时的阻抗（大小跟空载Q值有关），负载阻抗（通常是下一级三极管的输入阻抗），中周的匝数比。

(1)总体电压增益的计算公式和公式符号物理意义：

式中P1=N1/N    N1中周初级抽头匝数，N中周初级总匝数

       P2=N2/N    N2中周次级匝数，N中周初级总匝数

       g=1/R   R中周空载谐振阻抗

       goe=1/Roe   Roe前级三极管输出阻抗

       gie=1/Rie   Rie后级三极管输入阻抗

       “-”表示输出反向。

      gΣ是中周的总损耗电导，是总损耗电阻的倒数，可能此公式不太好懂，将其分解消化，可能会读懂。见下图：给三极管输入一个交变电压ΔUb，三极管会输出一个交变电流ΔIc，输入电压与输出电流的比值就是三极管的传输导纳Yfe=ΔIc/ΔUb。

三极管的输出电压：ΔUc=ΔIc×R总

Yfe×R总=（ΔIc/ΔUb）×R总=ΔUc/ΔUb

由公式推导可看出传输导纳Yfe×R总等于三极管输出的电压增益，此电压ΔUc经过中周电压变换就得到了中周次级电压ΔU次=ΔUc×N3/N2

（2）Yfe与Ie的变化关系

提示：此Yfe与Ie的变化关系的计算公式与实际测试的差异：此运算公式中的三极管放大倍数是恒定的，实际三极管的放大倍数随Ie而改变，所以会有有一定的误差，但误差不大。

  Yfe=ΔIc/ΔUb

ΔIc=β*ΔIb

  ΔIb=ΔUb/（rbb+(β+1)*26/Ie）=ΔUb*Ie/[rbb*Ie+(β+1)*26]

所以  ΔIc==β*ΔUb*Ie/[rbb*Ie+(β+1)*26]

Yfe=ΔIc/ΔUb={β*ΔUb*Ie/[rbb*Ie+(β+1)*26]}/ΔUb

    Yfe=β* Ie*1000/( rbb* Ie+(β+1)*26)

   乘以1000是单位变换，变成mA/V.

当β>>1  Ie小于1毫安时，可以忽略rbb* Ie

再将分母中(β+1)的1忽略

化简的传输导纳计算变为

Yfe≈Ie/26×1000（单位mA/V）

简化的公式跟放大倍数β无关。

Yfe决定因素：Ie  β  rbb

   公式中的放大倍数β指的是中频或高频的交流放大倍数，过去的收音机中放通常用3AG1B，常用的有黄点，低频放大倍数40—55，绿点，低频放大倍数55—80，计算出工作在465KHz时，黄点和绿点的中频交流放大倍数为32—45

待续

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