LC谐振放大器

LC谐振放大器（D题）摘要谐振放大器，就是采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作为负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于偏离谐振频率的信号，增益迅速下降。所以谐振放大器不仅有放大的作用，而且也起着滤波或者选频的作用。本系统输入信号很小，小于50μV，放大倍数很高，超过80dB，再加上对低压低功耗的要求，所以采用分立元件进行多级谐振放大，加入反馈防止自激电路，AGC电路，使电路更加可靠，稳定。关键词：谐振放大器选频自激AGC电路滤波2目录1.前言：....................................................................................................32.总体方案设计：.....................................................................................33.单元模块设计：.....................................................................................5（1）40db衰减器设计：...................................................................5（2）谐振放大器设计........................................................................61）.谐振频率...............................................................................102）.电压放大倍数.......................................................................103）.通频带...................................................................................114）.选择性——矩形系数...........................................................12（3）.自动增益调节AGC设计........................................................161).AGC的作用..............................................................................162).AGC的组成框图......................................................................164.测试方法和仪器：..............................................................................165.系统功能、指标参数：......................................................................176.设计总结：..........................................................................................187.参考文献：..........................................................................................198.附录：..................................................................................................2031.前言：小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。1）高频小功率晶体管与LC并联谐振回路①高频小功率晶体管高频小信号放大电路中采用的高频小功率晶体管与常用电路低频小功率晶体管不同，主要区别是工作截止频率不同。低频晶体管只能工作在3MHz以下的频率上，而高频晶体管可以工作在几十到几百兆赫兹，甚至更高的频率上。目前高频小功率晶体管工的作频率可达几千兆赫，噪声系数为几个分贝。高频小功率晶体管的作用与低频小功率晶体管一样，工作在甲类工作状态，起电流放大作用。②LC并联谐振回路在接收机的各级高频小信号放大器中，利用LC并联谐振回路的选频作用，对谐振点频率的电流信号呈现较大的阻抗，而且是纯电阻性的，将电流信号转换成电压信号输出，而对失谐点频率的电流信号呈现很小的阻抗，抑制失谐点频率电流信号的输出，起到选择出所需接收的信号，抑制无用的信号和干扰的目的。2）小信号谐振放大器的分类按调谐回路划分：单调谐回路放大器、双调谐回路放大器和参差调谐回路放大器。按所用器件划分：晶体管放大器、场效应管放大器和集成电路放大器。按器件连接方式划分：共基、共射与共集电极放大器或共源、共漏与共栅极放大器。2.总体方案设计：包括方案比较、方案论证、方案选择（以方框图的形式给出各方案，并简要说明）①衰减器：方案一：固定衰减器。精度高，性能好，但价格较贵。4方案二：分立元件自搭的衰减器。例如π型和T型网络，精度不高，但衰减效果不错，性价比高。综上所述：分立元件衰减器网路完全能满足系统的要求，其性价比高，故选择方案二②谐振放大电路：方案一：单调谐回路放大器。结构简单，调试方便，但矩形系数大，选择性较差。方案二：双调谐回路放大器。选择性好，频带较宽，有效解决单调谐回路谐振放大器的增益与通频带之间的矛盾，但调试复杂。据题目要求增益很高，综上所述，选择方案一。③稳压电源：方案一：线性稳压电源。是指调整管工作在线性状态下的稳压电源其中包括并联型和串联型两种结构。并联型电路复杂，效率低，仅用于调整速率和精度要求较高的场合；串联型电路比较简单，效率较高，尤其是若采用集成三端稳压器，更是方便可靠。方案二：开关稳压电源。具有效率高的，但对于高频的电路系统，开关电源会带来很大的干扰。方案三：现成的直流稳压源，稳定性好，短路保护过流保护措施完善。依题目要求，不需要自制稳压电源，而且最大功耗不大于360mW，综上所述，提高系统的稳定性，选择方案三。53.单元模块设计：图a：系统总体框图A是5mv的正弦波信号输入，产生于高频信号发生器，5mv的信号经过40db的衰减器之后进入谐振放大器，最后输出信号Vo在1v以上。（1）40db衰减器设计：衰减器是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。比如在接收机前加个衰减，可以避免过大的信号功率损坏接收机，或者在传输线路中加入衰减，模拟长距离传输的线路损耗，等等。衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种。有源衰减器与其他热敏元件相配合组成可变衰减器，装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中。无源衰减器有固定衰减器和可调衰减器。无源衰减网络有T型网络（图a）和π型网络（图b）。40db衰减器LC谐振放器ABViVo自动增益调节AGC6Rs1Rs2RpZ1Z2RsRp1Z1Z2Rp2(a)(b)T型网络π型网络图b系统的要求特性阻抗为50欧姆，运用简单的衰减器计算器很容易得到参数，设计一个π型网络。（2）.LC图c：谐振放大器设计（2）谐振放大器设计原理：图d所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。7在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图d：小信号调谐放大器放大器在高频情况下的等效电路如图1-2所示，晶体管的4个y参数yie，yoe，yfe及yre分别为输入导纳ebebbbebebiejwcgrjwcgy'''''1（1-1）输出导纳ebebebbbebbbmoejwcjwcgrjwcrgy''''''1（1-2）正向传输导纳ebebbbmfejwcgrgy'''1（1-3）8反向传输导纳ebebbbebrejwcgrjwcy''''1（1-4）图e：放大器的高频等效回路式中，gm——晶体管的跨导，与发射极电流的关系为SmAIgEm26（1-5）gb’e——发射结电导，与晶体管的电流放大系数β及IE有关，其关系为SmAIrgEebeb261''（1-6）rb’b——基极体电阻，一般为几十欧姆；Cb’c——集电极电容，一般为几皮法；Cb’e——发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流IE，电流放大系数β有关外，还与工作频率ω有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V条件下测得晶体管的y参数为：mSrgieie21pFCie12mSrgoeoe25019pFCoe4mSyfe40uSyre350如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计采用工程估算的方法。图1-2中所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即211/NNP式中，N1为中间抽头绕线匝数。N2为初级级线圈的总匝数，。P2为输出变压器T的副边与原边的匝数比，即232/NNP式中，N3为副边（次级）的总匝数。gL为调谐放大器输出负载的电导，gL=1/RL。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则gL将是下一级晶体管的输入导纳gie2。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导g的表达式为GjwLjwcgpgpgieoe12221GjwLjwcgpgpLoe12221式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响可以忽略。调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：101）.谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为LCf210式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，C的表达式为ieoeCPCPCC2221式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容。谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。2）.电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为GgpgpyppgyppuuAieoefefeiV2221212100式中，gΣ为谐振回路谐振时的总电导。因为LC并联回路在谐振点时的L和C的并联电抗为无限大，因此可以忽略其电导。但要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压u0与输入电压ui相位差为（180o+Φfe）。AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中RL两端的电压u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：AV0=u0/u