篇一 : LC谐振放大器
作者：殷习全 段娟 沈俊飞 辅导老师: 沈小丰 LC谐振放大器
摘要：本系统以三极管9018组建的高频谐振放大器为核心，外加AGC环路完成了一个低压、低功耗的LC谐振放大器的制作，它由2个基本模块组成，衰减器和LC谐振放大电路模块。［)衰减器采用多级∏型电阻网络，将输入的小信号固定衰减40dB。LC谐振放大器由多级双调谐回路组成，可实现谐振中心频率为15MHz且增益为80dB的放大。为解决放大器自激问题和减少噪声输出，本系统采用了多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，改善放大器的稳定性。
关键字：三极管 谐振放大器 衰减器
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一、方案论证
1、衰减器的实现方案
方案一：选用集成可控增益放大器VCA810，通过电压控制可以实现40dB的衰减，精度达到1dB,带宽为25MHz。［]但其控制和外围电路都较复杂。
方案二：选用电阻网络T型或π型实现衰减，在高频范围内不仅能实现对信号幅度的固定衰减，还能实现阻抗匹配，且精度高，稳定性很好。
本系统要求固定衰减量为40dB，特性阻抗为50Ω，并且供电电压只有3.6V，用VCA810较难实现特性阻抗50Ω的要求，并且在供电电压只有3.6V，频率达到15M高频时，VCA810难以实现对小信号准确衰减40dB,而电阻网络不需要考虑供电，且很容易实现阻抗匹配，衰减性能也很好，所以我们选择方案二。
2、LC谐振放大器的实现方案
方案一：采用9018三极管搭建高频LC谐振放大器， 在中心频率附近，有很大的增益，且功耗很低，但是外围电路的搭建比较复杂，三极管的稳定性有很高的要求。 方案二：选择高频集成运放，采用集中放大与集中滤波，把放大和选频两个任务分别由高频集成放大器和集中滤波器来担任，大大地简化了高频放大器的设计与调整。 由于本系统要求放大器的供电电压只有3.6V，功耗最大不允许超过360mW，.运用集成运放功耗较大，且供电较低，不利于集成运放很好的工作。所以本设计采用方案一，方案一虽然搭建和调试都比较复杂，但是只要选择合适的晶体管，保证其正常工作在放大状态，要实现谐振放大也不难，本设计采用各方面性能都较高的9018晶体管。
3、AGC的实现方案
方案一：采用单片机与AGC芯片AD603相结合的方式实现，AD603是一款低噪声，带宽可以达到90MHz的可控增益放大器，增益范围为40dB，能够满足题目15MHz信号40dB范围内的自动增益控制，而且精度可达±0.5dB，但是该方案还需要外加峰值检波电路，DAC电路，外接电路很复杂，不仅增加了电路功耗，还可能引入更多的干扰。 方案二：采用晶体管9018与低功耗的双通道运放LM358相结合的方式实现。LM358的最大直流增益范围100dB，在3.6V供电要求下功耗很低，另外该方案外围附加电路很少，电路简单，方便调试。
本系统要求AGC电路的控制范围为40dB，经上述两种方案的比较，本设计选择方案二。
二、系统总体方案
系统由三部分组成，衰输入输出减器，LC谐振放大器和
AGC电路。衰减器将输入
1mV的15MHz的小信号固定衰减40dB，LC谐振放大
器经过多级谐振放大器级联， 图1 系统框图
将小于50uV的微小信号放大10000倍以上，谐振中心频率为15MHz，－3dB带宽为300kHz,矩形系数可以达到2。AGC环路将放大器的输出电压稳定在1V有效值。系统总体框图如图1所示。
三、理论分析与计算
图2 T型衰减网络
对∏型衰减网络有：
2N N2?1
N?1R2?ZC 公式1 N?1
2、AGC的理论分析与计算
AGC环路在输入信号的变化范围很大时，保持LC谐振放大器的输出电压基本保持不变，AGC的输出动态范围为AGC限定的输出信号最大值与最小值之比，即m=Uomax/ Uomin；AGC的输入动态范围为AGC容许的输入信号最大值与最小值之比，即n=Uimax/ Uimin；则AGC的可控增益倍数是：N=m/n，N越大表明AGC电路输入动态范围大，而输出动态范围小，则AGC的控制性能越佳。一般要求AGC的可控增益倍数尽量大。
3、放大器的增益、带宽与矩形系数的分析
1）放大器的增益
系统要求放大器的增益达到10000倍以上，用一级谐振放大器难以实现，并且考虑到系统要求－3dB带宽有300kHz，故本设计采用3级双调调谐放大，各放大器谐振回路的谐振频率参差错开，保证电路的频带宽度，每一级至少放大20倍。
2）放大器的带宽
多级双调谐放大器级联之后的总频带要比单级的带宽窄，对于临界耦合的理想状态来讲，多级放大器的总通频带为公式2： R1?ZC1/m2?1BW0.7BW0.7)m=(f0?2Q? 公式2
题目要求－3dB带宽有300kHz，经计算，本设计3级级联系统中单级双调谐放大器的－3dB带宽应为454kHz。
3）矩形系数的分析
矩形系数定义为20dB带宽与3dB带宽的比，对于理想谐振回路，其矩形系数为1，矩形系数越接近1，选择性越好，对于m级双调谐放大器而言，矩形系数为公式3：
Kr0.12/m10?1?1/m2?1 公式3
根据公式计算，经过3级级联之后，理想的矩形系数为1.93。
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四、主要功能电路设计
1、衰减器电路设计
题目要求固定增益为40dB±2dB,特性阻抗为50Ω，在设计时还必须将后级放大器的输入阻抗考虑进去，所以本系统设置了6级∏型电阻衰减网络，每一级的衰减量为6.5dB,共衰减39.5dB。[）根据上述理论分析计算，设计出元件参数，电路图如图4所示，为了减少干扰和提高精度，提高系统稳定性，采用的是精密贴片电阻，另外还加了屏蔽罩避免干扰。
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3、AGC电路设计 本设计采用晶体管9018与低功耗运放LM358构成AGC电路，将放大10000倍以上的信号送入三极管经发射极滤波电路后变为直流信号与三极管的集电极产生的基准直流电压一起加到LM358的输入进行比较，将比较后的差值电压信号分别送给前两级谐振放大器的发射极，改变发射级的电阻从而相应改变每一级谐振放大器的放大倍数，从而使得系统最大不失真电压为某一固定值，LM358的直流放大范围可达100dB，能够满足题目要求的AGC控制范围大于40dB。［]具体电路图如图6所示。
