LC谐振放大器李军组Word格式.docx
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采用晶体三极管放大器。
优点是功耗较低，电路成熟，缺点是噪声较大和输入输出电阻较低，影响Q值和矩形系数。
方案三：
采用场效应管放大器。
优点是功耗低、噪声小，输入输出阻抗高。
根据系统对放大器高增益和低功耗的要求，选择方案三。
通过构建共源-共栅多级级联放大器，在保证电路稳定性的前提下，尽可能提高增益；
其较高的输入输出阻抗，也能进一步减小对LC负载回路的影响，提高回路选择性。
依据200Ω负载电阻的测试要求，在多级级联放大电路之后设计了一级甲类谐振功率放大器，以提高放大器带负载的能力。
1.2AGC电路的选择
采用栅极电压反馈式AGC。
优点是电路简单，控制范围大；
缺点是对接入栅极的LC谐振回路影响较大，易使系统幅频特性发生改变。
采用反馈分流式AGC。
采用反馈电压控制三极管导通电流，从而改变共源-共栅放大器幅度，且不对LC谐振回路产生影响。
经综合比较，选择方案二。
为了达到更大的增益控制范围，采用多级级联式AGC，以尽可能宽的控制谐振放大器工作范围。
1.3系统工作描述
本系统的基本工作过程如下：
输入信号经60dB衰减（含探头20dB衰减），送多级级联LC谐振放大器放大，各级共源-共栅谐振放大器组成参差调谐放大电路（中心频率15MHz、带宽300kHz），以获得较小的矩形系数，放大后的信号经宽带功率放大，达到输出指标要求。
2理论分析与计算
2.1增益分析
根据指标要求，系统整体增益欲达到80dB以上，需采用多级级联放大方式。
由于共源-共栅放大器中共源电路的谐振电压增益为
故共栅电路电压增益决定了该复合放大电路的增益，考虑到单级共源-共栅放大器谐振电压增益较低，本设计采用了7级级联放大电路，每级放大器增益约15dB左右。
2.2带宽与矩形系数分析
多级级联放大器带宽与矩形系数可由下式计算
不难看出，级联后放大器通频带将随级数的增加而缩减，同时矩形系数随级数增加改善有限，极限值2.56仍与理想矩形相差较大。
本电路指标要求放大器在15MHz谐振频率下，保证300kHz带宽和较小的矩形系数，带内维持较好的平坦度，因此，不宜采用多级相同参数放大器级联的方式，而应采用参差调谐的方案，如图2所示。
多级级联幅频特性参差调谐幅频特性
图2幅频特性对比示意图
2.3AGC电路分析
反馈分流式AGC对放大器的控制作用相对较弱，但若采取级联方式逐级控制，也可以获得较好的增益控制效果。
AGC的主要质量指标是动态范围，包括输入信号振幅或有效值Vi的动态范围、输出信号振幅或有效值VO的动态范围以及增益控制动态范围。
现分别定义如下：
输入信号动态范围：
或
输出信号动态范围：
增益控制动态范围：
式中，
为系统最大增益，
为系统最小增益。
动态增益控制范围常用dB数表示：
根据指标对AGC控制范围大于40dB的要求，即可推算各级AGC的控制范围。
2.4衰减器与匹配网络分析
衰减器可按40dB要求构成T型网络或π型网络，由于其特性阻抗为50Ω，需要考虑与放大器之间的匹配问题。
通过采用1:
5高频中周，并在次级谐振电路上并联1.25kΩ电阻，达到阻抗匹配的目的。
图3衰减器与阻抗匹配网络
3电路设计
3.1谐振放大电路设计
各级谐振放大电路如图4所示。
采用7级参差调谐放大器，各级负载均为LC谐振回路，放大管与负载通过变压器耦合连接，这样既能减小回路损耗，同时也可以调节线圈匝数比确定每级的增益大小。
各级供电均串入高频扼流圈，防止高频损耗和放大器自激。
图4单级共源-共栅LC谐振放大器
3.2宽带功率放大电路设计
本设计在参差调谐放大器之后设置了一级宽带功率放大电路，在满足功耗指标要求的前提下，提高了放大器带负载的能力，满足测试需求。
宽带功率放大器采用甲类放大方式，尽管负载回路仍采用LC谐振回路，但由于200Ω测试负载的接入，会大大降低回路Q值，使得功率放大电路的频带远比前级谐振放大器宽，所以可以视为宽带放大器。
同时较低的负载电阻也会降低放大器的增益，因此本级放大器增益并不高，电路如图5所示。
图5甲类谐振功率放大器
3.3整体电路
系统整体电路见附录。
4测试方案与测试结果
4.1测试仪器
测试仪器：
TektronixTDS1012数字示波器、南京新联EE1251数字化扫频仪、石家庄数英SU3080合成信号发生器、胜利VC890数字万用表。
4.2测试方法与结果
1、基本部分指标测量
（1）增益指标
改变输入信号频率，并保持5mV电平不变。
输入信号频率（MHz）
负载电压（mV）
增益（dB）
15.2
300
95.5
15.15
627
101.96
15
884
107.6
14.85
626
101.95
14.8
295
95.4
（2）通频带、矩形系数及带内波动指标
通过数字化扫频仪观察放大器的幅频特性曲线，记录各观测点的相对电压值。
相对电压（mV）
15（谐振点）
15.15（-3dB）
140.85（-3dB）
15.29（-20dB）
89
14.71（-20dB）
88
3dB带宽（B0.7）
301kHz
20dB带宽（B0.1）
572kHz
矩形系数（Kr0.1）
1.9
带内波动（dB）
1.4
（3）失真度指标
由于各级放大器均采用LC谐振放大器，输出电压1V时，无明显失真。
（4）功耗指标
输出为1V，输出端接入200Ω负载。
电源电压（V）
电源输出电流（mA）
功耗（mW）
3.6V
49
176
2、发挥部分指标测量
（1）AGC电路指标
探头附加20dB衰减，输入15MHz、5V信号，使输出饱和，测量此时AGC控制直流电压VK；
输入15MHz、5mV信号，断开AGC采样电路，测量输出电压，并计算增益G1；
外加AGC控制直流电压VK，逐渐增加输入信号幅度，当输出无明显失真时，记录此时输入信号Vin和输出信号Vo，并计算增益G2；
由此得到AGC控制范围ΔG=G1-G2。
AGC直流控制电压VK（V）
0.573
信号输出电压（V）
1.2
增益G1（dB）
外加VK控制下的输入电压Vin（V）
1.31
外加VK控制下的输出电压Vo（V）
0.94
外加VK控制下的增益G2（dB）
57.1
AGC控制范围ΔG（dB）
50.5
3、测试结果分析
通过对本系统的测试，衰减器符合指标要求，放大器工作中心频率为15MHz，最大谐振增益达到107.6dB，带宽为300kHz，带内波动＜1.5dB，矩形系数达1.9，功耗＜200mW，各项指标达到或超过发挥部分要求；
AGC电路能够有效控制电路增益，控制范围达50dB。
测试中，因受仪器精度的影响和其他因素，实测数据难免存在误差，由于我们的工程经验不足，系统还存在很多改进空间。
（正文完）
参考文献
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