电子信息工程 电路设计竞赛 衰减器共射级放大电路LC谐振放大电路部分等系统.docx

1、电子信息工程 电路设计竞赛 衰减器共射级放大电路LC谐振放大电路部分等系统北 京 工 业 大 学电子工程设计报告学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期：2011年 11月 8日 目录1. 系统方案论证与比较 11.1 系统总体构成 11.2 工作原理简述 21.3 衰减器部分 21.4放大器部分 31.5谐振部分 42 理论分析与计算 42.1阻抗匹配： 42.3选择性： 62.4低功耗： 73 系统电路设计 74 测试方案与测试结果： 74.1 测试方法及结果 85结论： 8参考文献 9附录1 主要元器件清单 91. 系统方案论证与比较1.1 系统总体构成 本系统设计包括

2、三大部分：衰减器、共射级放大电路、LC谐振放大电路部分等系统构成，总体结构方框图如图2.1所示。图1.1.1 系统总体结构方框图因为考虑到我们使用分立原件式而不是集成式，所以将对各部分进行比较1.2 工作原理简述信号源输出50mV交流信号，经衰减器输出进入第一级共射级放大器，经过两级放大后放大倍数为40dB。再经过LC谐振放大电路，放大10倍。整体放大器对信号放大40DB（实际测得值）。1.3 衰减器部分方案一：采用T型电阻网络，如图所示： 图1.1.2 T型衰减网络图如图1.1.2所示电路可以在不改变等效阻抗的前提下实现对电压信号的衰减，图中输入输出两个电阻可以保持等效电阻不变。方案二：采用

3、型电阻网络，如图所示： 图1.1.3 型衰减网络图如图1.1.3所示电路也可以在不改变等效阻抗的前提下实现对电压信号的衰减。根据我们多次测试，型比T型可实现性稍高些，因此选用型衰减网络图。 图1.1.4 型衰减电路图1.4放大器部分方案一：选用低功耗集成运算放大器AD356做两级比例放大电路，每级放大后再级联。共放大60DB。后经中心频率为15M的LC谐振电路选频。方案二：选用三极管9018做两级共射极放大电路以及一级LC谐振放大电路。两三级级联，共放大60DB,每一级放大20DB，即10倍左右。方案分析：方案一中AD356搭建的比例放大电路简单明了。但在3.6伏供电15M频率是的带宽以及增益

4、线性度不够好。 方案二由9018搭建的分立元件电路相比较方案一复杂。但是能有效地满足3.6V供电以及低功耗的条件，且增益及带宽够好。 最终选择方案二 图1.1.5 9018组成的放大电路图1.5谐振部分LC回路有选频特性。理由：回路的等效阻抗Z=(-J/C)/(R+JL),可知，阻抗Z与信号频率有关。不同频率的信号电流（同等大小的电流）在通过回路时，产生的电压是不同的。只有一个频率的信号电流产生的电压最大，就是当信号角频率=0=1/LC时。2 理论分析与计算2.1阻抗匹配：由于高频小信号放大器工作在非线性状态，工作的时候电子器件的内阻变动剧烈：通流的时候，内阻很小；截止的时候，内阻接近无穷大。

5、因此输出电阻不是常数。所以对于高频功率放大的阻抗匹配概念是：在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，使电子器件送出额定的输出功率至负载，即达到了匹配状态。如图所示：图2.1.2放大电路图由公式： ，以及又由公式Q=WCR可得R=Q/WC=0.5/WC其中频率为15MHZ，要求带宽300KHZ,可求得品质因数为0.5，信号源内阻Rs和负载电阻Rl将使并联回路的损耗加大，使回路的品质因数Q值减小，导致回路的选择性下降，通频带加宽，即Rs,Rl-Q下降-B增大。要满足带宽和中心频率的要求，可采用 升阻状态的L型阻抗匹配电路，或者是射级跟随电路。2.2增益分配：根据电压放大倍数的定义，利用晶体管B

6、级电流对C级电流的控制关系，可得： Au=Uo/Ui在RC放大器中在负载电阻一定下，选取晶体管是决定放大倍数的主要因素。在LC谐振放大器中如图所示为谐振放大器等效电路图： 图2.1.2 谐振等效电路图其中P1为晶体管的集电极接入系数式中，N2为电感L线圈的总匝数：P2为输出变压器的副边与原边匝数比式中N3为副边总匝数。谐振回路带宽为放大器的谐振回路谐振时所对应的频率表达式为L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；式中Q为品质因数，其表达式为： 2.3选择性：谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示，矩阵系数为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.07Vac时

7、对应的频率偏移之比，即：上式表明，矩形系数越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。单调谐的K值，参差调谐的K值是： 通过以上公式可以看出要想提高谐振回路的选择性，就需要提高谐振放大器的中心频率。2.4低功耗：题目要求低压低功。，谐振放大器增益很高，功耗小的特点，功率利用率高。而且在电源电压部分要求幅值3.6V，功耗不超过360mW,在其他部分，也按照低功耗的要求选择元器件，没有选择用芯片搭建AGC，而是用单片机控制，尽量地降低功耗。3 系统电路设计本设计将此部分电路分为两级：衰减部分和放大部分。衰减部分采用衰减器由型电阻网络组成，实现衰减40DB即100倍的功能，其中特性阻抗为

8、50欧姆。放大器电路是由三级放大构成，主要应用9018三极管，两级共射级放大，以及一级LC谐振放大器构成，增益在40DB，带宽在300KHZ左右，输入电阻50欧姆；当负载电阻为200欧姆，输出电压1V，波形无明显失真；此放大器使用5V稳压电源供电。 4 测试方案与测试结果： 图4.1.1 测试方案图4.1 测试方法及结果 衰减器测试 ：输入信号输出信号5.0mv50uv3.4mv34uv 放大器测试 ：输入信号输出信号48.2uv500mv32.5uv320mv21.0uv214mv4.1测试用的仪器名称与型号数字示波器 DS5000E 模拟信号源 DG1022 稳压电源 万用表5结论：本系统

9、是低功耗的LC谐振放大器，由衰减器、共射级放大电路、谐振放大电路部分组成。谐振放大部分由分立元件组成，搭建两级谐振放大电路构成参差调谐放大器，实现了15MHz的选频和40dB的放大。满足要求衰减器指标：衰减量402dB，特性阻抗50，频带与放大器相适应。放大器指标：谐振频率：f0 =15MHz；允许偏差100kHz；3dB 带宽：2f0.7 =300kHz；带内波动不大于2dB； 输入电阻：Rin=50；输出电压1V 时，波形无明显失真。6心得体会：通过本学期电子工程课设的学习，让我对电子工程方面有了一个更深的了解，从最初设计电路、设计仿真、方案论证一直到最后做出成果，这些都是必不可免的步骤，

10、而且这也是与理论课程所不一样的地方。这门课程主要考察我的动手能力，应用理论实践能力，和发现问题解决问题的能力，这些都是以后能让我们在职场上拼搏的前提。然而在工程上会遇到的问题还不止如此，故需要增加自身的阅历，多问多练，并积极在实践中发现问题，并解决问题，提高自身经验。 同时经过这次课程设计，还锻炼了我的团队合作能力。每个设计都是在小组成员的共同作用下完成的，我深深地的体验到集体团结的作用，在实验过程中遇到的问题通过组内成员间的讨论，最终我们还是成功地完成了这次实验。通过4年的学习，我对电子工程方面有了一个更深的了解，比如:我们如果想设计一个电路，必需要通过设计仿真、方案论证、解决设计中所出现的

11、问题从而得到最后的成果，这是与理论课程所不一样的。它主要考察们我的动手能力，应用理论实践能力，发现问题解决问题的能力，它为我们以后设计产品或研究课题打下了坚实的基础。然而工程中所出现的问题依靠经验去解决往往有很多，故增加自身的阅历，多问多练，必须要亲力亲为这样对以后的课题研发甚至在今后的工作当中将会起到很大的作用。在此真心的感谢严老师在日常学习中对我们耐心的教导与纠正，在我们成长的路上照明了方向。严老师，谢谢您。参考文献1 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.3 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程M.北京：电子工业出版社，2007.4 孙景琪.通信广播电路原理与应用M.北京：北京工业大学出版社，2010.5 童诗白 华成英 康华光.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006 .6 周惠潮.常用电子元件及典型应用M. 北京：电子工业出版社，2005.附录1 主要元器件清单主要元器件清单见表1.1所示。序号名称或型号备注封装19018三极管TO-922LM317稳压芯片DIP3中轴电感4磁芯电感