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lc谐振放大朱欢
LC谐振放大器
摘要:本系统利用π形电阻网络对输入的高频小信号进行40dB衰减,将衰减后的高频小信号经过三级调谐放大器放大60dB,再由高频功率放大级带动200欧姆负载。在确保放大器增益与带宽满足系统设计要求的同时,采用了3.6V稳压电源供电,并保证了功耗小于360mW,实现了系统的低压、低功耗。整个系统采用了多种形式的抗干扰措施,抑制信号链路及电源噪声,改善电路稳定性,较好的完成了系统设计的各项要求。
关键字:高频小信号 LC谐振放大 AGC目录
1.方案设计及论证 1
1.1衰减器 1
1.2谐振放大器 1
1.3高频功率放大器 1
1.4总体方案 1
2.理论分析 2
2.1衰减器 2
2.2LC谐振放大器 2
2.2.1谐振电路分析 2
2.2.2增益分析 3
2.2.3带宽与矩形系数 4
2.3AGC 4
3.电路模块电路设计 4
3.1衰减器 4
3.2谐振放大电路 4
3.2.1参差谐振放大器 4
3.2.2功率放大器 5
4.系统测试及分析 5
4.1测试器件 5
4.2测试数据及结果分析 5
4.2.1衰减器衰减量测量 5
4.2.2放大器频带与增益测试 6
5.总结 6
6.参考文献 6
附录: 7
1.方案设计及论证
1.1衰减器
方案一:采用集成器件实现,如VCA810或者AD603进行程控衰减,可以很好的满足衰减精度、特性阻抗等指标,但成本较高,且容易产生噪声。
方案二:采用运放搭建衰减电路实现衰减40dB,可以达到衰减目的,但电路较繁复且易在信号链路中引入噪声。
方案三:采用分离的电阻网络直接搭建衰减器,成本低廉,采用无源网络无功耗且不会引入噪声信号,而且能满足衰减精度、特性阻抗等指标。
综上考虑,又由于系统对衰减器精度要求相对较低,所需衰减的信号小,为达到衰减目的且尽量完好的保持信号纯净,选用方案三。
1.2谐振放大器
方案一:采用单管单调谐放大器实现谐振放大,电路简单且参数易于设置,但矩形系数较大且一级放大分贝太大使系统稳定性差,容易引入噪声信号,选频的的效果差,而且一级也不能实现放大60dB的效果。
方案二:采用多级参差调谐放大器,增大了放大器的总带宽,增加了放大倍数,同时得到边沿陡峭的频率特性,使矩形系数大大减小,对噪声的信号进行很好的衰减。
综上考虑,选频把15MHZ的50uv的小信号放大60dB而且带宽为300HZ,矩阵系数要很小,因此采用方案二。
1.3高频功率放大器
方案一:采用高频功放芯片,带负载能力强,电路易于构建,但功耗相对较高,而且会引入噪声信号。
方案二:采用分立元件搭建谐振功率放大器实现,电路可以完全满足系统设计所需的所有要求,功耗极低,但电路较为复杂且匹配网络要求较高,但能很好的完成系统要求。
综合考虑,负载为200欧,不是很大,因此需要的功率也不是很大,采用分立的三极管采用甲乙类推挽功放即可实现题目的要求,故采用方案二。
1.4总体方案
图1-1
本系统的系统框图如下图1所示,系统主要由四个模块组成:衰减器、谐振放大器、谐振功率放大器及电源模块。输入信号经衰减器衰减后得到小于5uV的小信号,再通过谐振放大器放大60dB以上后由高频功率放大器驱动200欧姆负载。整个系统中采用3.6V电源供电。
2.理论分析
2.1衰减器
设信号源输出阻抗和负载阻抗为(即),电压衰减倍数为,和分别为衰减器的输入电压和输出电压,令,如下图所示:
图2-1
根据阻抗匹配条件,从往右看对地阻抗等于信号源的输出阻抗,即有:
由此可得: (1)
由已知与,所以, (2)
把(1)式代入(2)式得到: (3)
由(2)式得:
把(3)式代入上式得:
因此,可以得到:
2.2LC谐振放大器
2.2.1谐振电路分析
如图2-2所示为一典型高频小信号谐振放大器的实际电路,其Y参数等效电路及高频等效电路分别如图2-3、图2-4所示:
图2-2
图2-3 图2-4
设Yoe:基极和发射极交流短路时输出导纳;Yie:集电极和发射极交流短路时的输入导纳;Yfe:集电极和发射极交流短路时的正向传输导纳;Yre:基极和发射极交流短路时的反向传输导纳。
Y参数等效电路的参数方程: (4)忽略管子内部反馈, 即令
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