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高频设计LC振荡电路

2017-10-25 14页 doc 168KB 23阅读

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高频设计LC振荡电路高频设计LC振荡电路实习报告LC谐振放大器学校.专业通信工程.班级.学号.姓名.日期2012年1月2日.目录目录..............................................................................................................................................2摘要....................................................................
高频设计LC振荡电路
高频LC振荡电路实习报告LC谐振放大器学校.专业通信.班级.学号.姓名.日期2012年1月2日.目录目录..............................................................................................................................................2摘要..............................................................................................................................................3第一章引言..................................................................................................................................4第二章整体系统..................................................................................................................4第三章方案选择..........................................................................................................................53.1无源衰减网络..................................................................................................................53.2LC谐振放大模块.............................................................................................................5第四章理论分析与计算..............................................................................................................64.1无源衰减网络..................................................................................................................64.2LC谐振放大电路.............................................................................................................74.3增益计算..........................................................................................................................74.4带宽与矩形系数计算......................................................................................................8第五章电路设计..........................................................................................................................95.1无源衰减网络..................................................................................................................95.2谐振放大模块..................................................................................................................95.3AGC电路……...........……..........……..........……..........……..........……..........10第六章测试方案与测试结果....................................................................................................106.1谐振频率........................................................................................................................106.2通频带............................................................................................................................106.5所用仪器........................................................................................................................11第七章总结................................................................................................................................12参考文献........................................................................................................................................12附录................................................................................................................................................132【摘要】高频小信号谐振放大器在通信、广播等设备中有广泛的应用,可以利用三极管放大信号、LC并联谐振回路谐振选频,从而放大特定频率的信号。三极管共基极放大电路中不存在密勒电容效应,而且BJT的输入电阻(即发射结的正向电阻)很小,所以共基极放大电路具有比较好的高频响应特性,利用两级单调谐电路将原始微弱信号增益大于40dB,并利用LC并联谐振回路将15MHZ的信号选出。表现高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率f,谐振电压放大倍数A,0V0放大器的通频带,,及选择性(矩形系数,)的计算。r0.1【关键词】,,;谐振;品质因数;通频带;矩形系数;高频;小信号LC谐振放大器设计要求:(1)放大器指标:a)谐振频率:f0=38MHz;允许偏差?100kHz;b)增益:不小于40dB;c)?3dB带宽:2Δf0.7=300kHz;带内波动不大于2dB;d)输入电阻:Rin=50Ω;e)失真:负载电阻为500Ω,输出电压1V时,波形无明显失真。(2)放大器使用5V稳压电源供电(电源自备)。尽可能减小功耗。(3)设计一个自动增益控制(AGC)电路。AGC控制范围大于20dB。AGC控制范围为20log(Vomin/Vimin),20log(Vomax/Vimax)(dB)(4)在-3dB带宽不变条件下,提高放大器增益到大于等于60dB。(5)在最大增益情况下,尽可能减小矩形系数Kr0.1。现有的设计方法需要大量复杂的运算,且对放大电路部分输入、输出匹配电阻的确定需应用作图方法来确定,硬件设计结束才可测定指标,设计中不易保证电路设计的可靠性。所以本设计采用由分立元件构成的高频小信号放大器的结构。3第一章引言在高频传输中,传输的一般为高频微弱信号,本设计中用衰减网络来产生一个高频的微弱小信号,按照目要求相当于设计一个接收机的前端放大电路,在生活生产中都有较为广泛的应用。第二章整体系统方案本设计按题目要求,利用衰减网络将输入的15MHz的5mV信号衰减100倍,得到50uV的同频微弱小信号,再由放大电路将信号放大50dB,中间为了减少干扰,最好加上38MHz的带通滤波器。其整体方框图如下图所示:+12V直流电源电源滤波器-40dB衰38MHz两级LC减网络带通滤谐振放波大图1整体模块框图4第三章方案选择3.1无源衰减网络方案一,直接电阻分压衰减法,电路结构、参数设计简单,计算方便。但是因为在下一级输入及引线都存在分布电容,对被测信号的高频分量有严重的衰减,造成信号高频失真,所以仅采用电阻分压不能做到在整个通频带内衰减的分压比均匀不变。方案二,基于方案一的基础,在分压电阻上并联补偿电容,可以使分压比在整个通频带内是均匀的。方案三,选择经典的三种π型衰减器、T型衰减器和桥型衰减器,衰减效果较好,但是对于高频小信号,无源衰减网络选择π型或T型网络更加适合,因此选择π型网络做衰减,选择方案三。3.2LC谐振放大模块方案一,分立元件直接搭出放大电路,可以实现输出较大电压,但是参数设计计算较繁琐。而且受电路分布参数影响,调试难度大,带宽难以保证。方案二,利用一个单片集成运放或者利用两个单片集成运放级联,通过不同反馈电阻选择,电路设计简单,但是对运放的增益带宽积要求高,但是设计要求用+3.6V电源供电,大多数芯片的供电电压在此电压之上,因此此方案不可行。方案三,利用DC-DC转换电路将+5V的电压转换到可以给芯片提供电压,但实际上设计要求中的功率不高于360mV不允许采取此种。综合上述三种方案,只有利用分立元件搭电路进行测试,故选择方案一。5第四章理论分析与计算4.1无源衰减网络如图2所示:图2π型衰减网络由图,可以得出以各个的元件的关系:(1)[||]||RRRRR,,0121I(2)RRRRR,,[||]||0121IRRR,||210(3)UU,I0RR||10RRR||,122(4)UU,I0RR||I1U0R,(1)0UIR,(5)1U0,1UI2,,U0,1,,UI,,RR,(6)20U02UI因此,衰减40dB时,和的阻值分别为51欧和2.5k欧。64.2LC谐振放大电路本题要求对进入输入信号LC谐振放大器信号的小信号放大,谐振频率为38MHz,-3dB带宽:2?f0.7=300KHz。如图3所示:并联谐振电路图3LC谐振电路只要将电容C1和电感L2选用适当,可得到谐振频率,其公式是:(7)4.3增益计算放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为:(8)的测量电路如图3-2-1所示,测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下:(9)74.4带宽与矩形系数计算由于谐振回路的选频作用,当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压放大倍数下降,习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数的0.707倍,其表达式为:时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW(10)式中,为谐振放大器的有载品质因素。分析表明,放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为:(11)上式说明,当晶体管确定,且回路总电容为定值时,谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示,矩形系数为电压增益下降到0.1时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比。即BW0.1K=(12)0.1BW0.78第五章电路设计5.1无源衰减网络图4无源衰减网络电路图22K,1100,1R2,Z,,502499.75(Ω),实际取2.5K,02,1002KK,1100,1R3,R4,Z =51.01(Ω),实际取51Ω。50,,0K,1100,15.2谐振放大模块此模块中,采用两级放大模式,前一级贡献增益,后一级主要用来调整前一级一下一级放大模块的匹配,实现在很大增益情况下不出现明显失真和自激,提高了系统的稳定性。9图5谐振放大模块第一级放大:?发射极电阻的确定:为提高放大器的增益及电源的利用率Ue?0.2Ec,根据经验公式取Ue取0.2Ec=1V.Ic取10mA则R9=Ue/Ie?Ue/Ic=1V/10mA?100Ω?基极偏置由电阻R7、可调电阻R10来确定:基级电压控制在1.7V左右,偏差?0.1V.R7取1K,再通过可调电阻R10来调节基级电位Ub使得保持在1.7V.第二级放大:?发射极电阻的确定:为提高放大器的增益及电源的利用率Ue?0.2Ec,根据V.经验公式取Ue取2.4Ic取12mA,则R8=Ue/Ie?Ue/Ic=2.4V/12mA?200Ω?基极偏置由电阻R1、电阻R5来确定:?0.1V.基级电压控制在3,1V左右,偏差R1=5.6KR5=2K,则Ub=Ec×R5/(R5+R1)=3.15V5.3AGC电路该设计采用峰值-延迟AGC电路,延迟AGC工作原理:静态工作状态下9018的Ube,为微导通状态。随着输出信号的进一步增强,三极管9018发射极节点的为0.46V电压也在不断的升高,当9018的发射极电压升到某值时,也就是放大器输出信号达到某值时,发射结由微导通转向正常导通,使得第一级高放管基极电位被抬高,第一级高放管9018开始起控增益下降,从而实现了延迟AGC的自动增益控制10第六章测试方案与测试结果6.1谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率。的测量与调谐方法是:谐振频率用扫频仪为测量仪器,测出电路的幅频特性曲线,幅频特性曲线的峰值对应的频率即为放大器的谐振频率;若测出的谐振频率与规定的谐振频率不符,可调节可变电容和电感大小使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点上。但由于设计直接加入38M的中周,振荡出来的理论是38MHz。测得,谐振频率为=38.02MHz,在允许偏差100kHz内,所以满足指标要求。6.2通频带由于谐振回路的选频作用,当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压增益下降,习惯上称电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率偏移Au0称为放大器的通频带BW。0.7通频带的测量方法是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法BW0.7可以是扫频法,用扫频仪找出0.707倍点,得到两个频率点,差的绝对值即为通频带。B=fH-fL=38.25-37.75=0.5MHz=500KHz表4最终测试表fH37.75MHzfL38.25MHz通频带B500KHz400mw功耗38.02MHz谐振频率50dB电压增益40dB固定定衰减器衰减量不明显输出幅度2.5mV、5mV、10mV失真度116.3所用仪器稳压电源数字式万用表扫频仪示波器高频信号发生器第七章总结这次课程设计是2011年电子设计大赛的题目,这次的设计是老师减低了部分要求,使得课程设计变得相对好做点,对比比赛,这次设计是相对成功的,也能大部分达到设计要求,在此过程中不断的锻炼了我的动手能力,通过这次课程设计,我也不断提高了自己设计的经验,在以后的设计道路上我会更加努力去对待~参考文献[1]高吉祥.高频电子线路(第二版).北京:电子工业出版社,2009.[2]华成英.模拟电子技术基础.北京.清华大学出版社,200612附录:整体电路、PCB图:13元件清单14
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