eetopcn2011年电子设计大赛D题LC谐振放大器设计报告.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流eetopcn2011年电子设计大赛D题LC谐振放大器设计报告.精品文档.目 录目 录1摘 要2第一章 引言3第二章 整体系统方案3第三章 理论分析与计算43.1 无源衰减网络43.2 LC谐振放大模块4第四章 理论分析与计算54.1 无源衰减网络54.2 LC谐振放大电路54.3 增益计算64.4 带宽与矩形系数计算6第五章 电路设计75.1 无源衰减网络75.2 谐振放大模块8第六章 测试方案与测试结果86.1 谐振频率86.2 电压放大增益86.3 通频带116.4 选择性矩形系数116.5 所用仪器11第七章 总结12参考文献13附录

2、14摘 要本系统主要由型电阻衰减模块将一个小信号衰减为较微弱的信号，再由小信号高频谐振放大电路模块将信号放大。其中，完成了衰减器衰减量40dB2，特性阻抗50欧姆。放大器谐振频率为15MHZ，增益60dB以上，测试条件下输出负载为200欧姆，采用三级级联的方式，每一级都需考虑与其它级之间的匹配，综合多种干扰因素，将信号放大到预定的倍数，并且满足了电压输出有效值1V时无明显失真等基本要求。且电源供电时经过滤波处理，减少对小信号的干扰，而且使功耗小于360mW。除电源外，各模块由分立元件连接组合而成，在布局上，各元件考虑了兼容性，抑制了高频自激，系统工作可靠，稳定，而且成本低，效率高，较好的完成了

3、基本部分的要求。用于放大器的核心元件为晶体管9018适用于较高频率的半导体元件。关键字：高频，小信号，谐振放大，晶体管9018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，按照题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60dB，中间为了减少干扰，最好加上15MHz的带通滤波器。其整体方框图如下图所示：+3.6V直流电源电源滤波器-40dB衰减网络三级LC谐振放大1

4、5MHz带通滤波图1 整体模块框图第三章 理论分析与计算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，无源衰减网络选择型或T型网络更加适合，因此选择型网络做衰减，选择方案三。3.2 LC谐振放大模块方案一，分立元件直接搭出放大电路

5、，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+3.6V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不允许采取此种设计方案。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。第四章 理论分析与计算4.1 无源衰减网络如图2所示：图2 型衰减网络由图，可以得出以各个

6、的元件的关系： （1） （2） （3） （4） （5） （6）因此，衰减40dB时，和的阻值分别为51欧和2.5k欧。4.2 LC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15MHz，-3dB带宽：2f0.7=300KHz。如图3所示：并联谐振电路图3 LC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）4.4 带宽与矩形系数计算

7、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倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为： （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K= （12）第五章 电路设计5.1 无源衰减网络图4 无

8、源衰减网络电路图5.2 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。图5 谐振放大模块第六章 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。 谐振频率的测量与调谐方法是：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。测得，谐振频率为=15.0143MHz,在允许偏差100kHz

9、内，所以满足指标要求。6.2 电压放大增益放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数称为调谐放大器的电压放大增益。的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量输出信号及输入信号的大小，则电压增益为 (13)先测一级放大情况如下：表1 一级放大测试表输入电压/mV输出电压/mV增益5.010220.406.012520.837.014620.868.017021.259.019221.3310.021421.4011.023421.2712.025621.3313.027821.3814.030021.4315.031821.2016.034221.3817.037422.001

10、8.038621.4419.041221.6820.043621.80平均增益21.31再测试加上衰减器后的放大情况如下：表2 衰减器测试表输入电压/mV输出电压/mV衰减（dB）6011.441.017013.241.068014.841.239016.841.1510018.241.3711020.041.3712022.041.3113023.641.3914025.441.4015027.441.3316029.241.3417031.041.3518032.841.3519034.841.3220036.441.37平均衰减41.29整体测试如下：在不失真的条件下，输出电压最大峰峰值

11、为3.30V，满足题目要求的有效值达到1V的要求。表3 系统整体测试表输入电压输出电压5mV456.43mV10mV879mV15mV1.2V20mV1.7V25mV2.1V30mV2,58V35mV2.9V40mV3.30V6.3 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称为放大器的通频带BW。 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。表4 通频带测试表fH15.300MHzfL14.80

12、0MHz通频带500KHz6.4 选择性矩形系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K= （14）测试与通频带相似，找出0.1倍对应的两个点，频率差的绝对值与通频带之比即为矩形系数。6.5 所用仪器示波器 DS1102E 双通道100MHz GSa/s/信号发生器 DG1022 双通道 20MHz 100MSa/s稳压电源 EM1715A数字式万用表 FLUKE 17B扫频仪Q表第七章 总结电子设计是培养学生综合运用所学知识，是发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实际能力的重要环节

13、，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。这次的高频课程设计，加深了我对电子电路理论知识的理解，具备了高频的基本设计能力和基本调试能力。回顾起此次电子设计大赛，至今我仍感慨颇多。的确，从理论到实践，从不会到会，在这段日子里，可以说的是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到的知识。通过这次电子设计大赛使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说的是多如牛

14、毛，因为基础不牢固，再加上缺乏实际设计及动手的经验，所以难免会遇上各种问题。同时在设计的过程中我也发现了自己的很多的不足之处，比如说发现自己对以前所学的知识理解不够深刻。不过，这次试验的最大收获就是锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系，这就要求我在设计过程中必须认真思考，决不能马虎，否则，算出来的可能就是错误的答案。而参数不对，最终将直接影响到最后的结果。虽然我现在已经初步学会了如何设计符合要求的小信号谐振放大器，但是离真正能够利用已学的知识自由设计还有一段的距离。这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的时间，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。参考文献1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002. 5 谢红. 模拟电子技术基础.哈尔滨工程大学出版社,2008 6 全国电子设计竟赛组委会.全国电子设计竟赛获奖作品汇编.2004附录附录1 无源衰减网络附录2 谐振放大电路附录三 三级级联放大电路