LC谐振放大器郭2Word文档下载推荐.docx

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目录

摘要-------------------------------------------------------------1

关键词------------------------------------------------------------------------------------------------------1

1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------2

2方案设计-------------------------------------------------------2

2.1设计思路-------------------------------------------------2

2.2设计方案选择--------------------------------------------3

2.3系统整体结构设计----------------------------------------3

3设计实现-------------------------------------------------------3

3.1衰减器实现-----------------------------------------------3

3.1.1T型固定衰减器---------------------------------------3

3.1.2衰减器的参数计算-------------------------------------3

3.2LC谐振放大器电路实现-----------------------------------4

3.3克服自激设计实现----------------------------------------4

3.4自动增益控制（AGC）电路实现-------------------------------4

3.5射极跟随器的设计实现-------------------------------------4

4系统测试------------------------------------------------------5

4.1测试仪器------------------------------------------------5

4.2测试方法------------------------------------------------5

4.3测试结果------------------------------------------------5

4.4测试结果分析--------------------------------------------6

5结论----------------------------------------------------------6

参考资料---------------------------------------------------------7

附录1系统硬件原理图--------------------------------------------8

摘要：

本系统以LC谐振回路构成选频网络，以三极管S9018H作为放大器的核心元件，采用多级放大的方式，实现了低压、低功耗的LC谐振放大器的设计。

能够从众多的微弱信号中，选出相应频率的信号（15MHz）加以放大并对其他频率的信号予以抑制。

该LC谐振放大器采用S9018H作为放大器件，具有低功耗，小功率放大的特性，但由于其结电容Cbe的存在，致使放大器在高频工作时的输出和输入之间形成内反馈，而内反馈会造成谐振放大器的增益频率特性曲线变形，增益、通频带和选频性发生变化，严重时某个频率上满足自激条件，导致放大器产生自激振荡，失去放大性能，不能正常工作。

为解决LC谐振放大器的自激问题提高放大器的性能指标，本系统在设计时针对谐振放大器的稳定性做了详细分析，采取了克服自激振荡的有效措施，提高了放大器的稳定性。

关键词：

LC选频网络内反馈自激振荡稳定性

LC谐振放大器

1引言

谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在接收设备中，从天线上感应到的信号是非常微弱的，一般在μV级，要将传送的信号恢复出来，需要将信号放大。

根据题目要求，谐振放大器的输入Vi<

50μV,这使我们联想到收音机的接收电路。

低功耗是目前电子产业的发展趋势，为了达到题目所要求的低压、低功耗的性能指标，我们采用S9018H等低功耗的分立元件来设计电路，尽可能小的减小功耗。

经过精心计算和设计，整个LC谐振放大器系统达到了题目的所有要求。

2方案设计

2.1设计思路

题目要求设计一个低压、低功耗的LC谐振放大器，实现对微弱信号的放大作用。

设计分为衰减器、LC谐振放大器、宽频放大器以及自动增益控制（AGC）电路两大部分，方框图如图2.1.1所示：

Vi

Vo

图2.1.1设计思路方框图

具体要求为：

（1）增益要高，即放大倍数要大。

（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图2.1.2所示,带宽BW=f2-f1=2Δf0.7，品质因数Q=2Δf0.1/2Δf0.7。

图2.1.2谐振放大器典型频率特性

（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小。

（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。

（5）自动增益控制范围大于40dB。

2.2方案选择

方案一：

运算放大器加单调谐放大器级联以后进行高频小信号的谐振放大。

此方案可放大较大倍数，切电路简单方便调节，但由于题目要求低功耗，电源为3.6V。

大多运放芯片的工作电压远大于3.6V，且功耗较大，所以此方案不可取。

方案二：

三参差LC谐振放大器加高频谐振功率放大器。

此方案不仅能够实现较大的电压放大倍数，而且能够满足低功耗的要求，加以外围电路的配合，中心频率比较稳定。

因此我们采取方案二进行本次设计。

2.3系统整体结构

设计

3设计实现

3.1衰减器实现

3.1.1T型固定衰减器

常用的衰减网络结构有倒L型、T型、∏型和桥T等。

通过对比，T型电阻网络比较容易实现且性能比较稳定，因此我们选用T型电阻网络来实现固定衰减器的设计。

图3.1.1T型固定衰减器

3.1.2衰减器的参数计算

衰减量：

A=20lg|s21|（dB）端口匹配：

20lg|s11|=-∞

因为A=40dB,Z0=Z1=Z2=50Ω经过分析计算得出：

3.2LC谐振放大器电路实现

本设计采用三参差调谐放大器作为LC谐振放大器的前端电压放大器。

三参差谐振放大器是一种高频宽带放大器，由三级单调谐放大器组成，各级调谐回路的谐振频率是参差的，但当各放大级的谐振频率相同时，可实现对单一频率的选择性放大，实验电路就是将单级放大进行三级级联。

因为：

L采用的为92中周，约为4μH，f0=15MHz，可计算的C≈26.3PF。

由于电路元件的大小不是完全相同，各级的中心频率都会有一定的频偏，因此调试是借助L、C回路的可调电容和中周来校正中心频率，使其最终达到要求的15MHz。

3.3克服自激设计实现

本实验在调试过程中最大的问题是出现了自激现象，经分析发现，本系统放大器放大的倍数过于大，实现是是对微弱信号的放大，由于采用多级单调谐放大器级联，各级晶体管分布参数影响不能忽略，而且影响较大，使得电路出现较为严重的自激现象。

解决方法：

（1）采用中和法来减小晶体管结电容Cbc，外加耦合电容Cn=（N1/N2）Cbc（中周初级线圈无中心抽头N1：

初级线圈匝数，N2：

次级线圈匝数）。

（2）调试控制法：

自激现象是由于正反馈的存在，也可以说是放大倍数过大很容易造成自激现象，因此要严格控制各级放大量，在调试中我们适当减小第一级的放大倍数，第二三级引入负反馈，这样都可以有效减小自激情况。

（3）电源滤波，电源的开始供电的交流成分很容易引起自激，所以在电源的输入各级都要进行滤波处理。

3.4自动增益控制（AGC）电路实现

自动增益控制采用在第三级放大端加反馈回路，反馈到第二级，利用大电容的充放电和储存电荷的特点来控制第二级放大器的放大倍数，由于第二级发射机引入了负反馈，放大器的第三级输出对电容充放电，使其电位发生变化，从而改变三极管的静态工作点，当电压放大过大时，反馈增加，基极发射级电压减小，放大倍数减小，因此实现了放大倍数自动控制即自动增益控制，使其输出到功率放大器的电压能保持在某一定值，本系统设计值为1V，但由于调试原因，存在一定误差。

3.5射极跟随器的设计实现

为了保证放大电路的稳定工作，有合适的、稳定的静态工作点。

将射极跟随器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。

图3.5.1射极跟随器原理图

射极跟随器的原理图如图3.5.1所示，图中RB1、RB1是偏置电阻，C1、C2是耦合电容。

信号从基极输入，发射极输出。

晶体管的发射极接的电阻RE、RF，在电路中具有重要作用，它好象一面镜子，反映了输出、输入的跟随特性。

4系统测试

4.1测试仪器

信号发生器、示波器、数字万用表、稳压电源、宽带扫频仪等。

4.2测试方法

逐个模块单独调试，各模块级联后总体调试。

宽带扫频仪和示波器相结合，进行指标的测试。

4.3测试结果

4.3.1基本要求

序号

基本要求

实现情况

1

衰减器指标：

衰减量40±

2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应

实现

2

谐振频率：

f0=150MHz；

允许偏差±

100KHz

3

增益：

不小于60dB

4

-3dB带宽：

2△f0.7=300MHz；

带内波动不大于2dB

5

输入电阻：

Rin=50Ω

未实现

6

失真：

负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真

7

放大器使用3.6V稳压源供电（电源自备）。

最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗

4.3.2发挥部分

发挥部分

在-3dB带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB

在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1

设计一个自动增益控制（AGC）电路，AGC控制范围大于40dB。

4.4测试结果分析

本系统基本能实现题目的基本要求，选择性实现了发挥部分的指标，但由于本系统为高频小信号放大，干扰对系统的影响较大，所以个别指标不是很满足，但本设计的稳定性非常好，幅频特性曲线非常圆滑，输出信号无失真，抗干扰能力还是比较好。

5结论

高频LC谐振放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。

本设计在我们的努力下基本达到了所有的设计指标要求，而且在工艺上也已经尽可能的做到了经济，美观。

在制作中遇到的一些问题，比如增益不能达到设计指标的要求，中心频率不稳定，容易产生自激等。

经过大家齐心协力最终都得到了解决。

高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。

其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。

为了尽量增加放大系统的稳定性防止系统由于自激以及其他干扰带来波形失真，必须采取有效的措施。

本设计系统LC选频回路为基础，另加其它电路，来消除LC放大器自激振荡实现准确的频率选择，并实现了放大器与前后级的阻抗匹配。

参考资料

[1]罗杰，谢自美.《电子线路设计·

实验·

测试（第4版）》.北京:

电子工业出版社，2008.4

[2]阳昌汉.《高频电子线路》.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，2001.1

[3]高吉祥.《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》.北京：

电子工业出版社，2007.5

[4]曹才开，姚屏.《高频电子线路原理与实践》.长沙:

中南大学出版社，2010

[5]张金.《电子系统设计实践》.北京：

电子工业出版社，2011.1

[6]张海燕，苏新红.《高频电子电路与仿真设计》.北京：

北京邮电大学出版社2010.3

[7]黄志伟.《全国大学生电子设计竞赛系统设计（第2版）》.北京：

北京航空航天大学出版社2011.2

附录1系统硬件原理图