LC諧振放大器分立元件電路題目分析報告

ID:140725 · 發(fā)表于 2017-3-10 02:38

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LC諧振放大器題目分析報告

報告填寫注意事項

（1）任務描述和要求描述是按照題目將任務和要求闡述，可以直接參考原題目

（2）關鍵詞解釋分析是將任務和要求中的重點專業(yè)名詞先進行理論解釋和原理說明，設計中采用的實現(xiàn)方法是針對理論和原理在系統(tǒng)中采用的實現(xiàn)手段，包括方法選擇，器件要求，功能設定

參賽隊員：

題目：LC諧振放大器

任務分析

任務描述：設計并制作一個低壓、低功耗 LC 諧振放大器；為便于測試，在放大器的輸入端插入一個 40dB 固定衰減器。

任務關鍵詞解釋分析

關鍵詞：衰減器

名詞解釋：功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內部含有電阻性材料。衰減器廣泛用于需要功率電平調整的各種場合。

設計擬采用的實現(xiàn)方法：有兩種方案，運用集成運放或者無源電阻衰減網絡�？紤]到題目要求的低功耗，集成運放不滿足且受帶寬增益積的限制，很難達到頻帶與放大器相適應的要求。而無源電阻衰減網絡電路簡單，功耗小，噪聲小，幅度呈線性衰減。故采用無源電阻衰減網絡。

關鍵詞： LC諧振放大器

名詞解釋：LC諧振放大器由主要由電容和電感組成，在交流電的作用下，電容電感不斷充放電，當達到諧振頻率時，電路感抗等于容抗，呈電阻性，電源電壓全部加在電阻上（對串聯(lián)諧振而言），此時電容兩端電壓可以加到很大，實現(xiàn)放大。

設計擬采用的實現(xiàn)方法：有兩種方案，運用分立元件組成放大器和集成運放放大器。雖然集成運放簡單，但不容易滿足題目給的增益、功耗、諧振頻率等要求。用分離元件雖復雜，但較為靈活，成本也低。因此采用分立元件放大電路進行放大。

要求分析

基本要求（可將幾個簡單要求合并，如果要求繁多，可依此擴展）

（1）要求描述：衰減器指標：衰減量 40±2dB，特性阻抗 50Ω，頻帶與放大器相適應。

關鍵詞解釋分析：

A.衰減量特性阻抗：衰減量指接入衰減器后的輸出功率與未接衰減器的輸出功率之比的dB值。特性阻抗指從衰減器輸入端看進去的輸入電阻。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：

搭建衰減電阻網絡，采用對稱Pi型。
計算參數(shù)：A=-40dB

電路圖如圖：

*注意：要使用千分之一精密電阻，提高精度，減小溫漂等。

B．頻帶與放大器相適應：

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：

為了使衰減器的頻帶與放大器相適應，在信號衰減后接LC選頻。

（2）要求描述：諧振頻率：f0=15MHz；允許偏差±100kHz；

關鍵詞解釋分析：

C. 諧振頻率：放大器的調諧回路諧振時所對應的頻率f0稱為放大器的諧振頻率

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：

要滿足

，，L為調諧回路電感線圈的電感量；C為調諧回路的總電容。當f0=15MHz，如果取L=4.7uH，則理論上C=24pF。

*注意：經查閱相關資料，發(fā)現(xiàn)實際諧振頻率小于計算的頻率，理論和實際有所差別，有時候會差幾十倍。因此要找另一種方法輔助確定諧振頻率�？梢栽诜糯笃鬏斎攵思右环群愣ǖ男盘�，然后改變其頻率，用示波器觀察輸出信號在哪一頻率下最大，從而找到諧振頻率，然后進一步確定所需頻率的調諧回路的電感電容值的大小，反復調試。

（3）要求描述：增益：不小于 60dB；

關鍵詞解釋分析：

D.增益：放大器諧振時，輸出電壓和輸入電壓之比。放大60dB就是放大起碼1000倍。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：采用分立元件搭建，第一級電路圖如下：

*注意：因為要實現(xiàn)較大放大倍數(shù)，而單級三極管放大倍數(shù)有限，所以輸入處先放大一定倍數(shù)，主電路要采用二級放大，級與級之間可用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓，保證后級輸入信號穩(wěn)定性。不使用運放是因為不容易滿足題目給的增益、功耗、諧振頻率等要求。

（4）要求描述：−3dB 帶寬：2Δf0.7=300kHz；帶內波動不大于 2dB；

關鍵詞解釋分析：3dB帶寬指幅值等于最大值的二分之根號二倍時對應的頻帶寬度。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：在輸出加上一個中心頻率15MHz頻率，-3dB帶寬300KHz的帶通濾波器。

（5）要求描述：輸入電阻：Rin=50Ω

關鍵詞解釋分析：輸入電阻是從放大電路輸入端看進去的等效電阻，定義為輸入電壓有效值Ui和輸入電流有效值Ii之比。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：調節(jié)第一級放大電路的偏置電阻。偏置電阻采用滑阻。

（6）要求描述：負載電阻為 200Ω，輸出電壓 1V 時，波形無明顯失真。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：根據(jù)輸出波形，微調工作點等等。

（7）要求描述：放大器使用 3.6V 穩(wěn)壓電源供電（電源自備）。最大不允許超過 360mW，盡可能減小功耗。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：為了使電源輸出的電壓盡可能穩(wěn)定且紋波很小，因此初步計劃購買3.6V鋰電池。

(3) 基本要求總結：

編號	要求類型	數(shù)值或功能	設計要點	系統(tǒng)具體實現(xiàn)方法（硬軟件）
1	衰減器指標	衰減40dB，阻抗50歐	電阻網絡的選取	采用pi型衰減電阻網絡，Rs=2.49K，R1=R2=51歐
2	諧振頻率	f0=15MHz	滿足諧振方程	暫時電感4.7uH, 電容30pF
3	放大增益	放大60dB	三極管個數(shù)的選取，放大倍數(shù)與功耗的權衡	三極管選兩級（三級會自激，單級不夠），輸入端先做少許放大
4	輸出帶寬	2Δf0.7=300kHz	通過濾波選頻使曲線更加符合要求	輸出端接中心頻率15MHz的帶通濾波器
5	輸入電阻	Ri=50歐	調節(jié)偏置電阻	輸入處設滑阻，在保證工作在放大區(qū)前提下調節(jié)
6	輸出波形	不失真	微調靜態(tài)工作點	邊觀察波形邊調靜態(tài)工作點
7	電源	3.6V穩(wěn)壓	打算購買	購買3.6V鋰電池

發(fā)揮部分（可將幾個簡單要求合并，如果要求繁多，可依此擴展）

（1）要求描述：在-3dB 帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于 80dB。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：盡量提高增益。

（2）要求描述：在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數(shù) Kr0.1。

關鍵詞解釋分析：

A.矩形系數(shù) ：矩形系數(shù)描述了濾波器在截止頻率附近響應曲線變化的陡峭程度，它的值是60dB帶寬與3dB帶寬的比值。矩形系數(shù)越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：多次濾波或調諧放大器。

（3）要求描述：設計一個自動增益控制（AGC）電路。AGC 控制范圍大于 40 dB。AGC 控制范圍為 20log(Vomin/Vimin)－20log(Vomax/Vimax)（dB）。

關鍵詞解釋分析：

B.自動增益控制（AGC）電路：自動增益控制(即AGC)的作用是當信號較強時，使其增益自動降低；當信號較弱時又使增益自動增高，從而保證輸出信號基本穩(wěn)定。

設計中的注意點和具體實現(xiàn)方法：

在末級輸出端前加濾波器，將信號濾為直流信號。
通過反饋電阻將該直流信號反饋至第一級輸入端，調節(jié)基極電位來調節(jié)靜態(tài)工作點。

(3) 發(fā)揮部分總結：

編號	要求類型	數(shù)值或功能	設計要點	系統(tǒng)具體實現(xiàn)方法（硬軟件）
1	放大增益	放大80dB	不破壞基本功能，盡可能減少功耗	在完成基本要求后再盡量發(fā)揮
2	矩形系數(shù)	減小矩形系數(shù)	在滿足增益前提下，盡可能減少中心頻率旁邊的噪聲	多次濾波或者參考網上的調諧放大。
3	自動增益制（AGC）電路	保證輸出信號穩(wěn)定	把輸出端的參數(shù)反饋給輸入	電壓負反饋調節(jié)偏執(zhí)電壓

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