LC谐振功率放大器的设计

第1页共17页LC谐振放大器（D题）【本科组】摘要：该LC谐振放大器大体由电源电路，衰减电路以及主要的LC谐振放大电路三部分组成。其电源电路部分采用直流稳压的技术输出稳定的3.6V电压，为谐振放大电路提供电源；再采用高精度的电阻拼接形成40dB的固定衰减器在放大器的输入端插入以便于测试；LC谐振放大电路是基于高频放大合成技术，这部分的制作利用了相关电路为辅助工具来调试放大电路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题，难以准确的调谐问题和实现放大器与前后级的阻抗匹配问题。同时也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作高频放大器。多次的实验结果证明了方法的有效性。从而使LC谐振放大器到达低压，低功耗的设计要求.关键词：稳压电源，衰减，LC谐振放大，自激振荡，阻抗匹配第2页共17页目录1、系统设计........................................................................................................................................31.1设计要求................................................................................................................................31.1.1任务...........................................................................................................................31.1.2要求...........................................................................................................................31.1.3说明..........................................................................................................................41.2设计的总体方案...........................................................................................................................41.2.1设计思路.............................................................................................................................41.2.2方案的论证与比较...................................................................................................52、单元电路设计................................................................................................................................62.1电源电路的设计....................................................................................................................62.2衰减电路设计........................................................................................................................72.3谐振放大电路设计................................................................................................................82.3.1高频LC谐振放大器的原理电路图.........................................................................82.3.2高频功率放大器的特性曲线....................................................................................92.3.3高频功率放大器的外部特性.................................................................................112.3.4技术指标.................................................................................................................112.3.5谐振放大器的质量指标.........................................................................................113、系统测试......................................................................................................................................133.1测试主要仪器......................................................................................................................133.2测试的主要方法..................................................................................................................133.3测试结果及分析..................................................................................................................134、结论..............................................................................................................................................135、心得体会......................................................................................................................................14参考文献............................................................................................................................................15附录1、主要元器件清单..........................................................................................................15附录2、电路原理图及印制板图..............................................................................................16第3页共17页1、系统设计1.1设计要求1.1.1任务设计并制作一个LC谐振放大器1.1.2要求设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器；为便于测试，在放大器的输入端插入一个40dB固定衰减器。电路框图见图1图1电路框图基本要求（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。（2）放大器指标：a）谐振频率：f0=15MHz；允许偏差±100kHz；b）增益：不小于60dB；c）−3dB带宽：2Δf0.7=300kHz；带内波动不大于2dB；d）输入电阻：inR=50Ω；e）失真：负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。（3）放大器使用3.6V稳压电源供电（电源自备）。最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗。第4页共17页1.1.3说明（1）图2是LC谐振放大器的典型特性曲线，矩形系数Kr0.1=7.01.022ff。图2谐振放大器幅频特性示意图（2）放大器幅频特性应在衰减器输入端信号小于5mV时测试（这时谐振放大器的输入Vi50μV）。所有项目均在放大器输出接200Ω负载电阻条件下测量。（3）功耗的测试：应在输出电压为1V时测量。（4）文中所有电压值均为有效值。1.2设计的总体方案1.2.1设计思路题目要求设计一个LC谐振放大器。设计分为电源电路，衰减电路以及主要的谐振放大电路。电源部分采用直流稳压的技术输出稳定的电源电压；衰减部分采用高精度的电阻拼接组成一个40dB的固定衰减器插入到放大器的输入端，方便于测试；谐振放大电路以晶体管为核心，以LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。但要注意的是放大电路是由输入信号的频带来确定，为了不放大地失真，要求放大电路的通频带应大于信号的频第5页共17页带。为了尽量地使LC谐振放大器达到低压、低功耗，必须采取有效的措施。1.2.2方案的论证与比较（1）衰减模块的方案论证与选择方案一：采用特定的输入阻抗。将特定阻抗高的通过在输入端简单的串联一个电阻来实现对信号的衰减，如图3所示，R用来衰减进入设备的信号电压，但是它导致从源端看进去的输入阻抗为RRI50图3简单的衰减器方案二；电路在不改变等效阻抗的前提下实现对信号电压的衰减，图中增加的两个电阻可以保持等效电阻不变。其电路设计如图4所示图4T型网络衰减器方案的选择：根据电路的分析，方案一的方法会让你容易会导致信号的不匹配，而方案二的电路可以在不改变等效阻抗的前提下就可以实现对信号电压的衰减，这种方法的衰减效果既好又可以达到题目要求。故本系统选用方案二。（2）谐振放大模块的方案论证与选择方案一：制作一个直流稳压电源电路为谐振放大电路提供电源，用低频放大第6页共17页实现电路的放大，高效率的输出，从而完成放大器的制作。方案二：同样利用直流稳压电源电路为谐振放大电路提供电源，利用LC振荡电路为辅助，来消除放大器的自激振荡和实现准确地频率选择，另加一些辅助电路，实现放大器的一些阻抗问题。方案的选择：由于低频功放的负载不能采用调谐负载，而要用电阻，变压器等非调谐负载。而高频功放的工作频率很高，可由几百千赫到几百兆赫，甚至几万兆赫，同时，在高频电路中利用LC振荡电路为辅助，还可以消除放大器的自激振荡和实现准确的频率选择。因此应该