LC谐振放大器李军组Word格式.docx

1、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200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。1.2 AGC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

2、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，

3、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

4、特性 参差调谐幅频特性图2 幅频特性对比示意图 2.3 AGC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型网络或型网络，由于其特性

5、阻抗为50，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1.25k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

6、。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200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：Tektronix TDS1012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5m

7、V电平不变。输入信号频率（MHz）负载电压（mV）增益（dB）15.230095.515.15627101.9615884107.614.85626101.9514.829595.4（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）8914.71（-20dB）883dB带宽（B0.7）301kHz20 dB带宽（B0.1）572 kHz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

8、压1V时，无明显失真。（4）功耗指标输出为1V，输出端接入200负载。电源电压（V）电源输出电流（mA）功耗（mW）3.6V491762、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G = 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

9、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）57.1AGC控制范围G（dB）50.53、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 1 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京：北京航天航空大学出版社，2006. 2 张肃文高频电子线路M北京：高等教育出版社，2004.3 谢自美电子线路设计实验测试武汉：华中科技大学出版社，2006 4 高吉祥高频电子线路设计北京：电子工业出版社，20075 谢嘉奎电子线路（非线性部分），第4版北京：高等教育出版社，20006 谢自美电子线路综合设计武汉： 7 市川裕一著，卓圣鹏译高频电路设计与制作北京：科学出版社，2006 8 铃木宪次著，何中庸译高频电路设计与制作北京：科学出版社，2005附录1：附录2：