LC谐振放大器设计

2011年全国大学生电子设计竞赛LC谐振放大器设计报告摘要：用LC谐振回路作为选频网络构成的选频放大器称为谐振放大器或调谐放大器，其用来从众多的微弱信号中，选出有用信号加以放大并对其他无用频率信号予以抑制，它广泛应用于通信设备的接收机中。高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数千赫兹到数百兆赫兹，LC谐振放大器的功能是实现对微弱信号的高频信号进行不失真的放大，所以本设计就是应50uv的小信号进行放大并保持频率在15MHZ左右不失真而产生的。2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）2一．总体框图本设计主要由衰减器、LC谐振放大和稳压电源电路四部分组成，系统框图如图1所示。图1二、设计方案论证1、衰减器方案一用4个PIN管组成的Pi型衰减器，电路图如图2所示。此方案构成的衰减器网络是对称的，而且偏置电路非常简单。R5和R6分别作为串联PIN管D7和D8的偏流电阻。R1、R2和R4将在串联与并联的PIN管之间提供恰当的电流分配，以保持在整个衰减动态范围内的良好的阻抗匹配特性。图2我们经过仿真得出，此方案元件的数量较多、所需的PIN管不是常用的，我们用常用的PIN管1N4007来代替，结果能达到12MHz的频率和小信号的输入的要求，但是衰减量达不到40dB的要求。方案二用∏型电阻网络来做衰减器，电路如图3所示。此方案电路非常信号源前置分压衰减器放大器3.6V稳压电源2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）3简单，实现起来也非常容易，只需要3个电阻就可以达到要求，所以我们选用方案二。图32、LC谐振放大电路方案一采用变容二极管来调频并实现放大，电路如图4所示。此方案是由调制信号控制并改变变容二极管的电容量，从而改变输出信号的频率，达到调频的目的。调制信号有耦合电容C5输入，经电感L2加到变容二极管的阴极。C5是耦合电容，调制信号通过它加到Vd上。此方案调制信号的频率范围是几百Hz到几十KHz，故达不到题目要求。图42011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）4方案二采用调频收音机原理实现调频放大，电路如图5所示。其中三极管V1为变频管，V2、V3为放大管，V4为检波管，自动增益控制用R7来实现抗干扰性能。检波器是由三极管Q4等元件组成的大信号包络检波器，在检波过程中，除了产生了所需的信号之外，还产生了反映输入信号强弱的直流分量，由检波电容之一C12两端取出后，经R7、C4组成的低通滤波器滤波后，作为AGC电压加到三极管Q2得基极，实现反向AGC。经分析此方法能产生很好的高频放大信号。所以我们采用此方案。图53、电源方案一采用220V市电来产生所需供电电源。先将220V市电用变压器降压，再经过整流桥整流，再将整流滤波后的电压用可调稳压管调到3.6V。此方案产生的信号虽能稳定到3.6V，但是所产生的信号特性很复杂，有很大的电路影响，功率损耗大。图6方案二采用4节1.5V的干电池串联来产生供电电路，电路如图7所示。此方案产生的信号就能达到题目所需的要求，功率损耗小。所以我们采用此方案。2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）5图7三、理论分析与计算1、增益增益的计算ViVoAvlg202、自动增益控制自动增益控制是由检波电容之一C12两端取出后，经R7、C4组成的低通滤波器滤波后，作为AGC电压加到三极管Q2得基极，实现反向AGC。当输入信号增强是，AGC电压降低，三级管Q2得基极偏置电压降低，工作电流将减小，三极管的增益随之降低，从而使得检波器输出的电平能够维持在一定的范围。此方案中的LC谐振能产生中频的信号，我们改变LC参数使之工作在中心频率为15MHz。3、带宽与矩形系数带宽矩形系数7.01.01.022ffKr四、测试方案与测试结果1、测试方法与仪器1）测试仪器：高频函数信号发生器、数字示波器、扫频仪、万用表。2）测试方法：用高频函数信号发生器产生15MHz的信号，再用数字示波器测量输出信号的相关参数（如频率、峰峰值等）。2、测试结果及分析1）衰减器本设计所用的衰减器能达到题目所需要求，即衰减量40dB，特性阻抗50欧，频率15MHz。2）放大器2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）6a）谐振频率：MHzf150；b）增益：dBAv50；c）-3dB带宽：kHzf30027.0；带内波动为1.5dB；d）输入电阻：50inR；e）失真：当负载电阻为200欧，输出电压为0.7V是，波形无明显失真；3）自制的3.6V稳压电源完全能满足题目所需要求，且稳定性非常好。4）其他稳压电源用4节1.5V干电池来产生，使产生的3.6V放大器所需电源具有很好的稳定性，且抗干扰能力很强。五、致谢我们能有如此的成绩，除了自己的努力外，大家的帮助是离不开的。值此之际，我们衷心感谢主办单位、承办单位和协办单位提供给我们这么好的机会；同时也感谢我们老师及同学们对我们的支持与帮助；对指导和关心、帮助和支持我们的老师及同学表示衷心的感谢，我们的每一步成长都离不开你们们的指引。最后由衷的感谢各位专家、评委的批评指正！参考文献1.《全国大学生电子设计竞赛系统设计》，黄智伟，编著，北京航空航天大学出版社2.《高频电子线路实验与课程设计》.杨翠娥.哈尔滨工程大学出版社3.《高频电子线路》（第二版），高吉祥，主编，电子工业出版社4.《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社5.《电子线路设计·实验·测试》第三版.谢自美主编.华中科技大学出版社6.《高频电子线路》.张肃文.高教出版社出版社7.《模拟电子线路》Ⅱ.谢沅清.成都电子科大出版社附件：1、设计总体原理图：2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）72、3.6V稳压电源原理图：3、Pi型衰减器输入输出波形：4、∏型衰减器输入输出波形：2011年全国大学生电子设计竞赛——LC谐振放大器（D题）8