年全国电子设计大赛d题lc谐振放大器设计报告
2011年全国大学生电子设计竞赛D题
LC谐振放大器设计一、系统方案设计的论证与比较根据设计要求,电路设计框图如下:衰减器部分:采用π型电阻网络来实现40dB衰减,连接示意图如下:衰减器的特性阻抗应要求为50Ω,衰减量40±2dB,频带与LC谐振放大器相对应,中心频率为15MHz。
LC谐振放大器部分:高频小信号放大器的特点:(1)频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz,故必须用选频网络。
(2)小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)即工作在线形放大状态。
(3)采用谐振回路作负载,即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益,对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降,即具有选频放大作用。
高频小信号调谐放大器简述:高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。
按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器,而最常用的是窄带放大器,它是以各种选频电路作负载,兼具阻抗变换和选频滤波功能。
对高频小信号放大器的基本要求是:(1)增益要高,即放大倍数要大。
(2)频率选择性要好,即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强,通常用Q 值来表示,其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7,品质因数Q=fo/2Δf0.7.(3)工作稳定可靠,即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响,内部噪声要小,特别是不产生自激,加入负反馈可以改善放大器的性能。
(4)前后级之间的阻抗匹配,即把各级联接起来之后仍有较大的增益,同时,各级之间不能产生明显的相互干扰。
谐振频率的确定:高频放大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值,使电路谐振。
谐振时有ωC=1/ωL,通过计算可以确定LC的值,但实际电路与理论计算往往相差很大,甚至能相差十几倍到几十倍,这就需要一定的操作技巧。
多次实验表明,实际振荡频率一般小于计算的频率,这就要用调节的法来确定放大器的谐振频率。
二、电路图连接衰减器电路图:其中R2为后级电路的输入阻抗。
LC谐振放大器设计报告
2011年全国大学生电子设计竞赛LC谐振放大器(D题)【1407组】作品类别:D类2011年9月2日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(即发射节的正向电阻)很小,所以共基极放大电路具有比较好的高频响应特性,利用三级级单调谐电路将原始微弱信号增益大于80dB,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AV0,放大器的通频带BW及选择性(矩形系数K1.0r)的计算。
LC谐振放大器设计要求:(1)衰减器指标:衰减量40±2dB,特性阻抗50Ω,频带与放大器相适应。
(2)放大器指标:a)谐振频率:f0 =15MHz;允许偏差±100kHz;b)增益:不小于60dB;c)−3dB 带宽:2Δf0.7 =300kHz;带内波动不大于2dB;d)输入电阻:R in=50Ω;e)失真:负载电阻为200Ω,输出电压1V 时,波形无明显失真。
(3)放大器使用3.6V 稳压电源供电(电源自备)。
最大不允许超过360mW,尽可能减小功耗。
(4)在-3dB 带宽不变条件下,提高放大器增益到大于等于80dB。
(5)在最大增益情况下,尽可能减小矩形系数Kr0.1。
(6)设计一个自动增益控制(AGC)电路。
AGC 控制范围大于40 dB。
AGC 控制范围为20log(V omin/V imin)-20log(V omax/V imax)(dB)。
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。
本文基于这一点介绍了由分立元件构成的高频小信号放大器的结构,利用multisim软件提供的BJT管模型得出其输出特性以确定所需的匹配电阻,简化了设计过程,并从电路的功能要求和算法分析完成了整个电路的设计,并利用multisim软件进行了性能仿真和分析。
LC谐振放大器的实验报告
LC谐振放大器设计报告(D题)内容摘要:本文介绍了LC谐振放大器的设计原理,分析了有可能影响LC 谐振放大器的因素以及采取的针对性措施。
在此设计中我们运用衰减器来减小输入电压的值进而方便了放大器电路的测量。
中周电感和聚酯电容来提取频率为15MHz的波。
用三极管来放大电路,并使用其他措施来减小电路误差。
整个系统的-3dB带宽为300kHz。
在较低的外部电压下,放大器电路的整体功耗很小。
关键词:LC谐振放大器衰减器中周电感第一章绪论1.1:设计任务设计并制作一台LC谐振放大器。
设计的大体示意图如下所示:1.2:设计要求1.2.1:基本要求(1)衰减器指标:衰减量40±2dB,特性阻抗50Ω,频带与放大器相适应。
(2)放大器指标:(a)谐振频率:f0=15MHz;允许偏差±100KHz;(b)增益:不小于60dB;(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200Ω,输出电压1v时,波形无明显失真。
(3)放大器使用3.6v稳压电源供电(电源自备)。
最大不允许超过360mW,尽可能减小功耗。
1.2.2:发挥部分(1)在-3dB 带宽不变条件下,提高放大器增益到大于等于80dB。
(2)在最大增益情况下,尽可能减小矩形系数Kr0.1。
(3)设计一个自动增益控制(AGC)电路。
AGC控制范围大于40dB。
AGC控制范围为20lg(Vomin/Vimin)-20lg(Vomax/Vimax) (dB)。
(4)其他。
附录:图二是LC谐振放大器的特性曲线,矩形系数Kr0.1=2Δf0.1/2Δf0.7第二章方案的比较与论证本系统主要有以下几个模块:自制电源衰减器LC谐振放大器等三大功能模块。
2.1自制电源模块:方案一:线性稳压源。
采用效率较高的串联电路,尤其是采用集成三端稳压器,输出电压波纹小,可靠性高,性价比高。
可为后面的谐振放大电路提供不失真保障。
LC_谐振放大器设计论文
LC 谐振放大器(D题 )设计论文摘要本系统以LC谐振放大电路为核心,以π型衰减电路为衰减器网络电路,以9018三极管为主要放大器件;通过衰减器对输入电压进行调整衰减,然后经过两级调谐放大电路放大,并使用LM317芯片控制稳压电路为芯片3.6v供压,完成了LC谐振放大器的设计;通过运用Multisim11仿真软件仿真,从而顺利地实现了题目要求的指标:衰减量达到39.77dB,特性阻抗50Ω,且频带与放大器相适应放大指标:中心频率也能够很好的稳定在15MHz,放大增益理论可达60dB之多,输入内阻基本达到50Ω,并且焊接出实物作品。
本作品通过实验完成,在仿真软件模拟下电路完全能够达到题目要求。
整个作品制作成本低、稳定性好、功耗小,除个别指标未能达到完美设计要求外,其它全部达到设计要求。
关键词:小信号放大电路 LC谐振放大器低功耗π型衰减网络目录1. 系统方案论证 (2)1.1. 衰减器设计方案论证 (2)1.2. 系统谐振放大器设计方案论证 (4)1.3. 后级放大电路的比较与选择 (4)2. 系统整体设计方案 (5)2.1. 衰减器网络设计 (5)2.1.1. 衰减器的原理 (5)2.1.2. 衰减器的理论设计 (5)2.1.3. 衰减器模块的设计制作 (7)2.2. LC谐振放大网络设计 (9)2.2.1. 高频LC谐振功率放大器原理及特性分析 (9)2.2.2. 高频LC谐振功率放大器电路设计 (13)2.3. 电源系统设计 (14)3. 系统测试及仿真 (16)3.1. Multisim11仿真软件简介及概述 (16)3.2. 功率衰减器的仿真及处理 (19)3.2.1. 衰减器电路原理图及设计分析 (19)3.3. 高频谐振功率放大器电路的仿真与分析 (20)3.3.1. 中心频率的确定 (21)3.3.2. 输入内阻Rin的确定 (22)3.3.3. 放大增益的确定 (23)3.3.4. 负载特性 (24)3.4. 电源系统电路设计电路图 (25)3.4.1. 电源系统仿真结果 (25)4. 参考文献 (26)5. 结束语 (27)1.系统方案论证1.1.衰减器设计方案论证实际应用中,有固定衰减器和可变衰减两大类,我们本实验需要的是固定衰减器,常用的固定衰减器有T 型网络衰减器和π型衰减网络结构,故可以有以下方案。
LC谐振放大器报告
2011全国大学生电子设计竞赛LC谐振放大器(D题)设计报告2011年9月3日LC谐振放大器(D题)摘要本设计采用三级管两级放大实现一个低压、低功耗的LC谐振放大器。
该放大器实际上是一个高频小信号谐振放大器,其核心元件是高频小功率晶体管和LC并联谐振回路。
无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是(μV)到几毫伏(mV),而接收电路中的检波器(或鉴频器)的输入电压的幅值要求较高,最好在1V左右。
这就需要在检波前进行高频放大和中频放大。
为此,高频小信号放大器,完成对天线所接受的微弱信号进行选择并放大,即从众多的无线电波信号中,选出需要的频率信号并加以放大,而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制,以提高信号的幅度与质量。
关键词:高频小功率晶体管 LC并联谐振回路高频小信号放大器AbstractThis design uses the level 3 tube two stage amplifier achieve a low pressure, low power consumption LC resonance amplifier. The amplifier is actually a high frequency amplifier, small signal resonance its core element is high frequency small power transistors and LC parallel resonant circuit. Wireless communication receiving equipment receiving antenna receive from space of electromagnetic waves came out and induction of high frequency signals of voltage amplitude is (u V) to several millivolt (mV), and the detectors receiving circuit (or is popularly used implement) input voltage amplitude the demand is higher, the best around 1 V. This needs to be in the detection of high frequency amplifier and before medium frequency amplifier. Therefore, high frequency amplifier, small signal of the antenna to complete a weak signal and amplified, namely to choose from so many of the radio signal, elected in the frequency of the signal and the need to be amplified, and for other useless signal, interference and noise control, in order to improve the signal amplitude and quality. Keywords: high frequency small power transistors LC parallel resonant frequency small signal amplifier circuit1、系统方案论证与比较系统总体设计框图1.1衰减器的设计方案方案一:采用纯电阻电路网络使输入电压衰减40dB,有两种电阻衰减器的结构:T型和PI型,都是对称结构。
LC谐振放大器(D题)
2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告题目:LC谐振放大器 (D题)队号:512077LC谐振放大器摘要:本系统以高频小信号LC谐振放大电路为核心,设计制作了振荡频率为15MHz的谐振放大器。
系统第一部分输入信号通过型电阻网络衰减电路实现信号衰减的功能,同时完成电路阻抗匹配,使信号能够很好的传给下一级放大电路。
综合考虑功耗、通频带、选择性噪声影响及工作稳定等因素,第二部分设计了两级高频小信号单调谐放大电路相串联来完成60dB的放大。
每级高频小信号放大电路均采用分立元件搭建而成,使用三极管S9018作为高频放大管,谐振负载采用LC并联谐振回路。
通过各个模块间的配合使用,实现了谐振频率达15MHz,上下偏差不超过100KHz,并且系统带宽为,带内波动不大于,同时又降低了整个系统的成本及提高了系统的可实现性。
总的来说,本系统基本符合指标的要求。
关键词:衰减器谐振回路高级小信号放大阻抗匹配目录一、系统方案论证 11、衰减器方案论证 12、LC谐振放大器方案论证 1二、理论分析与计算 1三、电路设计 21、衰减电路设计 22、LC谐振放大电路设计 3四、系统测试 41、放大性能测试 42、通频带测试 43、矩形系数 54衰减电路测试 6五、总结 6一、系统方案论证经过仔细地分析和论证,根据题目要求,将本次谐振放大器由分为两大部分:即衰减电路和LC谐振放大电路。
1、衰减器方案论证方案一:采用集成运放构成有源衰减器,但这种衰减器输出容易产生超调或振荡现象,这种衰减器用常于自动增益和斜率控制电路中,电路比较复杂,不容易实现。
方案二:采用型电阻网络衰减器,这种衰减器又称为无源衰减器。
利用这种衰减电路不仅可以对信号进行准确衰减而且还能进行阻抗匹配,从而提高测量准确度。
型衰减器可以在规定的频率范围内实现较理想阻抗变换而且型衰减器尺寸小、成本低、功耗低、电路简单、易于实现等诸多优点。
因此在本设计中,我们选择型衰减器。
LC谐振放大器的设计
制噪声 , 具 有 中心 频 率 容 易调 整 、 稳 定 性 高 的特 点 。 电路 经 实 际 电路 测 试表 明 具 有低 功耗 、 高增 益 和 较 好 的 选择 性 。
关键 词 :谐振 放 大 器 ; 选 频 ;自激 ; A G C 电路
中图分类号: T N 7 2
文献标识码 : A
( B e i j i n gI n s t i t u t e o fT e c h n o l o g yZ h u h a i C a m p u s , G u a n g d o n g 5 1 9 0 8 5 , C h i n a )
Ab s t r a c t : Ba s e d o n t h e d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n u s i n g d i s c r e t e c o mp o n e n t s o f t h e L C es r o n a n c e a mp l i i f e r c i r c u i t c a n b e u s e d f o r t h e f r o n t e n d c i r c u i t o f t h e c o mmu n i c a t i o n r e c e i v e r , ma i n l y b y t h e a t t e n u a t o r ,t h e es r o n a n c e a mp l i i f e r , AGC c i cu r i t , a n d a p o w e r s u p p l y c i cu r i t i s c o mp o s e d o f f o u r p a r t s . T h r o u g h t h e r a t i o n a l a l l o c a t i o n o f g a i n a t a l l l e v e l s nd a a v a ie r t y o f
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电路滤波目录1.前言: (3)2.总体方案设计: (3)3.单元模块设计: (5)(1)40db衰减器设计: (5)(2)谐振放大器设计 (6)1).谐振频率 (10)2).电压放大倍数 (10)3).通频带 (11)4).选择性——矩形系数 (12)(3).自动增益调节AGC设计 (16)1).AGC的作用 (16)2).AGC的组成框图 (16)4.测试方法和仪器: (16)5.系统功能、指标参数: (17)6.设计总结: (18)7.参考文献: (19)8.附录: (20)1.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。
毕业设计LC谐振放大器
毕业设计LC谐振放大器LC谐振放大器是一种常用的电子放大器电路,可以实现信号放大和滤波的功能。
在毕业设计中,我们可以针对LC谐振放大器进行深入研究和实践,例如设计和优化不同类型的谐振放大器电路,比较它们的性能等。
首先,毕业设计的开篇可以从对LC谐振放大器的介绍开始。
可以介绍LC谐振放大器的基本原理,即如何通过谐振频率实现信号放大和频率选择的功能。
同时,可以讨论谐振放大器的优势和局限性,例如其在特定频率附近的放大和滤波性能较好,但在其他频率下可能出现衰减。
接着,可以进行LC谐振放大器的设计和优化。
设计过程中需要确定放大器的增益目标和工作频率范围。
根据需求,可以选择并优化不同类型的谐振放大器电路,如平行谐振放大器、串联谐振放大器和并联谐振放大器等。
同时,需要选取适当的电感和电容值,以满足谐振频率条件和对信号的放大要求。
在设计过程中,可以利用MATLAB或其他电路仿真工具进行性能分析和参数优化,比较不同方案的优劣并选择最佳方案。
在设计完成后,可以进行LC谐振放大器的实验验证。
可以使用实际的电子元器件进行电路搭建,并通过信号发生器和示波器等设备进行测量和分析。
实验过程中需要注意电路稳定性、功率控制以及噪声抑制等问题,并根据实际测量结果进行电路优化和参数调整。
最后,可以对设计和实验结果进行总结和讨论。
可以分析LC谐振放大器的增益特性、频率响应和抗干扰能力等性能指标,并与设计目标进行对比。
同时,可以讨论LC谐振放大器在实际应用中的局限性和改进方向,例如如何提高谐振放大器的带宽和线性度等。
此外,还可以讨论不同类型的谐振放大器电路在不同应用场景中的适用性和优势。
总的来说,毕业设计的LC谐振放大器可以涵盖电路设计、参数优化、实验验证和性能分析等方面。
通过此次设计,不仅可以提高对谐振放大器的理解,还可以培养实际电路设计和实验技术。
全国大学生电子设计竞赛D题射频宽带放大器
2013年全国电子设计竞赛射频宽带放大器(D题)射频宽带放大器设计报告摘要:本系统采用可控增益宽带放大器VCA820和固定增益宽带放大器THS3202,进行合理的的级联和阻抗匹配,在加入后级功率输出,全面提高了增益带宽积。
应用单片机STC89C52对增益进行预置和控制,可实现0到60dB可调。
而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号以及使用屏蔽罩等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。
经测试,本方案完成了全部基本功能和部分扩展功。
Abstract: The system uses controllable gain broadband amplifiers VCA820 and fixed-gain broadband amplifiers THS3202, a reasonable cascade and impedance matching, power output level after joining, and comprehensively improve the gain-bandwidth product. Applications SCM STC89C52 preset and control the gain can be achieved from 0 to 60dB adjustable. And comprehensive application of the capacitive decoupling, filtering, use a shielded cable transmission signal and the use of shields and other measures to reduce interference and to suppress high frequency noise amplifier self-excitation. After testing, the program completed all the basic functions and some extended functionality.目录1.方案设计与论证....................................................1.1 可控增益放大器方案 ...........................................1.2 固定放大器方案 ...............................................1.3高频带通滤波器方案............................................1.3 稳压电源方案 ................................................. 2.理论分析与计算....................................................2.1带宽增益积....................................................2.2 通频带内增益起伏控制 .........................................2.3 放大器稳定性 ................................................. 3.电路与程序设计....................................................3.1硬件电路设计..................................................3.1.1 系统框图 ................................................3.1.2 前级放大电路 ............................................3.1.2 增益调控放大电路 ........................................3.1.3带宽控制器...............................................3.1.4各级电源设计.............................................3.1.5主控制器电路.............................................3.1.6抗干扰处理...............................................3.2 程序设计 .....................................................3.2.1主程序流程...............................................3.2.2中断程序流程.............................................3.3.3源程序...................................................4. 测试方案与测试结果 ...............................................4.1 测试仪器 .....................................................4.3 相关测试数据 .................................................5. 总结..............................................................5.1 本作品达到的指标如下: .......................................5.2 存在问题及改进措施 ........................................... 参考文献:........................................................... 附录1:.............................................................1.方案设计与论证经过仔细地分析和论证,我们认为此次射频宽带放大器可分为可控增益放大器,固定增益放大器,LC滤波,功率放大等模块。
全国电子设计大赛LC谐振放大器
LC谐振放大器摘要高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出,而且通信距离越远,要求输出功率越大。
所以为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。
由于高频功率放大器的工作频率高,相对频带窄,所以一般采用选频网络作为负载回路。
本次设计先是对高频功率放大器有关理论知识作了一些简要的介绍,然后在性能指标分析基础上进行单元电路设计,最后设计出整体电路图,在软件中仿真验证是否达到技术要求,对仿真结果进行分析,最后焊接并调试电路。
关键词:高频谐振功率放大器谐振回路耦合回路工作状态AbstractHigh frequency power amplifier is an important part of the equipment to send one of communication, circuit, in order to make up for in process of wireless transmission signal attenuation requirements with greater transmitter output power and communications, the farther the distance, the greater the output power requirements. So in order to get enough high frequency output power, must use high frequency power amplifier. Due to the high frequency power amplifier high frequency band, relatively narrow, so the general use of the web as a load circuit choose frequency.The first design of the high frequency power amplifier theory knowledge about some briefly introduced, and then the performance index analysis in based on the circuit design, and in the end the design unit circuit diagram, a whole in software simulation verify whether attain the technical requirements of the simulation results on analysis, the final installation and debugging circuit circuit.Keywords:High-frequency resonant power amplifier Resonant circuitCoupling Loop Working condition一、方案比较与论证1.基本方案根据要求,需要设计并制作一个低压、低功耗的LC谐振放大器;为了便于测试,在放大器的输入端插入一个40dB的固定衰减器。
全国大学生电子设计竞赛D题射频宽带放大器
方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
所以本系统采用方案三。
方案一:用分立元件,此方案元器件成本低,易于购置。但是设计、调试难度太大,周期很长,尤其是短时间内手工制作难以保证可靠性及指标,故不采用此方案。
方案二:为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用高速乘法器型D/A实现,比如AD7420。利用D/A转换器的VRef作信号的输入端,D/A的输出端做输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。此方案简单易行,精确度高,但经实验知:转化非线性误差大,带宽只有几kHz,而且当信号频率较高时,系统容易发生自激。
方案二:采用无源RC滤波器,电路简单,衰减太大。
方案三:采用无源滤波
无源LC的优点是电路结构简单,不需要直流电源供电,可靠性高,缺点是在同频带内会对信号有衰减。
经比较采用方案三。
为了使通带尽量平坦滤波器的设计,我们选用了比较熟悉的巴特沃兹滤波器。同时在滤波器后加入固定增益放大器,弥补信号通过滤波器时的幅度衰减。
全国大学生电子设计竞赛D题射频宽带放大器
2013年全国电子设计竞赛
射频宽带放大器(D题)
射频宽带放大器设计报告
摘要:本系统采用可控增益宽带放大器VCA820和固定增益宽带放大器THS3202,进行合理的的级联和阻抗匹配,在加入后级功率输出,全面提高了增益带宽积。应用单片机STC89C52对增益进行预置和控制,可实现0到60dB可调。而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号以及使用屏蔽罩等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。经测试,本方案完成了全部基本功能和部分扩展功。
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年全国电子设计大赛d题l c谐振放大器设计报告 Prepared on 22 November 2020全国电子设计大赛LC谐振放大器方案设计报告2011-9-3课题名称:LC谐振放大器指导老师:孙继昌小组成员:朱培军,赵磊,蔡翔目录摘要 (3)Abstract (3)一、系统方案 (5)1、整体方案的论证与比较 (5)2、系统设计方案 (6)二、设计与论证 (6)1、理论分析 (6)三、单元电路的分析 (10)1、系统组成 (10)2、衰减器模块的设计 (11)3、“高感磁芯”选频模块的设计 (12)4、运放级联放大模块的设计 (13)四、系统测试 (14)1、使用的仪器和设备 (14)五、过程中遇到的困难和注意事项 (14)六、参考文献 (15)附录(元件清单、电路图) (16)摘要本文采用自制的电源对系统供电,系统经过衰减器后,输入信号通过“高感磁芯”(具有高品质因数)构成的选频网络选择出符合题目要求的频率(15MHZ)与带宽(300KHZ),且此选频网络对信号有一定的放大作用;再将得到的信号经过双运放OPA2354正向放大接入以达到放大60DB 以上的指标。
完成以上基本要求后就是对发挥部分的操作(此题发挥部分基本上为对几根要求部分指标的提高);在设计系统时满足LC谐振放大器低压、低功耗。
关键字:衰减器、选频网络、LC谐振、高品质因数、低压、低功耗AbstractIn this paper, homemade power supply system, the system through the attenuator, the input signal through the “high sense of core”(high quality factor) consisting of frequency-selective network choose topics that meet the requirements of frequency (15MHZ) and bandwidth (300KHZ), and this election has a certain frequency network signal amplification; then get the signal through the OPA2354 dual op amp in order to achieve positive amplification amplified 60DB access more indicators.After completion of the above is the basic requirement to play a part of the operation (play part of this problem is basically a few requirements for the improvement of some indicators); to design a system to meet the LC resonant amplifier voltage, low power consumption.Keywords: attenuators, frequency-selective network, LC resonance, high quality factor, low-voltage, low power consumption一、系统方案1、整体方案的论证与比较(1)中周选频法利用市场上可买到的中周,对其先进行测试,计算得出其电容和电感数值,然后对原中周铜线的匝数进行增减以达到15MHZ。
然后再连续接三级用作放大,但在实际操作中发现中周的品质因数太低,很难经过选频达到15MHZ;并且由于采用多级级联,频率的微小波动会对整个电路有大幅度的漂移,造成电路紊乱,故此法不可行,不采用次方案。
(2)“高感磁芯”选频接多级运放放大方案由于“高感磁芯”具有很高的品质因数,经我们小组测试,“高感磁芯”的品质因数比普通的中周高出大约2/3.所以我们决定用一个“高感磁芯”来作为选频网络,可以达到15MHZ的频率;后面我们接上OPA2354高频率运放,加上“高感磁芯”本身对信号有一定的放大,这样就可以很轻松的达到放大100倍的要求。
如下图,全部电路有两大部分组成——衰减器和LC振谐放大。
首先,由左下角两个电阻组成的衰减器,根据要求,衰减40dB。
接着通过第一级放大,第一级放大由三极管和偏置电阻组成。
在三极管的集电极接LC振荡回路,通过变压器把信号传输到另一端。
接着,通过第二级放大,第二级放大和第三级放大都是采用反向放大,通过三级放大来完成所需的指标。
所以,采用了该方案。
二、系统设计方案二、设计与论证1、理论分析与计算图2-1如图所示,简单的的晶体管谐振放大器。
图中,R1,R2是直流偏置电阻;R0是为提高工作点的温度稳定性而接入的直流反馈电阻;C1,C0是信号频率的旁路电容;LC并联谐振回路构成了晶体管BG的集电极负载阻抗。
输入信号Vs经过变压器耦合到BG的基射之间,放大后再由变压器耦合到外接导纳负载Yl上。
谐振放大器的特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻,而是由电感电容组成的并联谐振回路。
因此我们分析LC并联谐振回路的基本特性和主要参数。
上图式集电极负载的等效电路。
Rl 和rc 分别表示电感和电容上的等效电阻。
通常有W L>>r L,1/Wc>>rc。
回路两端的总阻抗为:r = rc+rl当X = WL – 1/WC =0时,即当 W =W0=1/时,回路达到谐振,此时,信号的角频率W=W0称为回路的固有谐振角频率,其值由回路的L,C决定。
回路谐振是,器阻抗为最大且是纯电阻。
这个阻抗称为“谐振阻抗”。
符号表示为R oe:R oe = L / rC从上式不难看出,当WL>1/WC,即X>0,这说明回路阻抗呈容性;当WL<1/WC,即X<0,这说明回路阻抗呈感性;它们的阻值都小于谐振的阻抗。
回路谐振时,电感和电容的电抗相等,这个阻抗成为回路特性阻抗,用符号ρ表示:ρ= W0L = 1/ W0C =。
品质因数 Q= ρ/(rl+rc)Q称为回路的“品质因数”,它标志着谐振回路质量的优劣。
所谓质量的优劣,包含两层意义:其一是说回路谐振时阻抗的大小,当回路特性阻抗ρ给定后,谐振阻抗就完全由回路的品质因数Q决定。
Q值越大(即回路的等效损耗电阻r越小),则谐振阻抗也越大,回路质量就越好。
反之,质量就差;其二是说回路阻抗Z随讯号角频率衰减的速度。
Q值越大,则回路阻抗Z随讯号角频率衰减就越快,回路质量就越好。
反之,质量就差。
如图所示,特性阻抗和谐振频率相同(ρ=1kΩ,f0=465kHz),但品质因数不同(分别为Q1=100,Q2=50)的两个谐振回路的回路阻抗的模数|Z|随角频率而变化的曲线(此曲线亦称回路的谐振曲线)。
由图可知,对于Q1=100的回路,其谐振阻抗R oe1=Q1ρ=100kΩ,而对于Q2=50的回路,其谐振阻抗只有R oe2=Q2ρ=50kΩ;此外,从曲线形状显而易见,品质因数大的回路,其阻抗|Z|随角频率衰减的速度比品质因数小的回路要快得多,亦即谐振曲线越尖锐。
除了用品质因数来描述谐振回路的特性外,还常用到通频带的概念。
所谓振谐回路的通频带,是指回路阻抗的模| Z|和其最大值R oe之比d(|Z|/R oe)下降到某一给定值时所对应的那段频带宽度,一般用符号B表示。
如无特别指明,通频带B指的是回路阻抗| Z|下降到R oe/√2时(即d=1/√2)的那段频带宽度。
对图Q1=100的回路,其通频带B1=2Δf1=;而Q2=50的回路,器通频带B2=2Δf2=。
这说明了,回路的品质因数越高,谐振曲线越尖锐,通频带越窄。
反之,品质因数越低,则谐振曲线越平坦,通频带越宽。
LC谐振电路是调谐放大器(又称选频器)和LC自激振荡放大器的主要组成部分。
谐振电路在选频器中的作用是在众多接收来的不同频率的正弦信号中,把f0(f0=1/2π√LC)信号的幅值提高Q (Q 为品质因数)并经变压器耦合到下一级;而LC自激振荡器中的作用是在本身产生的多个不同频率的正弦信号中,把f0 信号的幅值提高Q且经变压器反馈到三极管的输入端继续放大; 并最终把幅值足够大的f0 信号耦合到下一级。
可见欲提高选频器的选频能力和增加LC自激振荡器的起振能力,就必须增大Q值。
由式Q=1/R*√L/C和L=N2/l*μS知,提高磁导率μ和降低LC回路的电阻R 是提高Q值最有效的办法( l、S 和C均受结构等因素限制难以得到大幅改变,而提高匝数N 的同时会使R 增加) ,前者靠紧密耦合的铁芯变压器可得以解决, 而后者则受外界因素影响较大,可采用变压器中间抽头的办法加以解决。
三、单元电路的分析1、系统组成系统包括电源、衰减器、高感选频网络、多级运放放大模块。
将220V的电压经过自制的电源降成为系统供电,信号经衰减器衰减掉40dB,以使频带与放大器想适应;再经过高感选频网络得到谐振频率为15MHZ,增益不小于60dB,并保证在-3dB带宽时,2∫=300KHZ的信号;再经过运放得到最终满足要求的信号。
系统组成示意图3-12、衰减器模块的设计方案一、利用场效应管电压实现可变衰减器。
优点:在DC一20 GHz带宽内插入损耗小于3 dB,最大衰减量22 dB,根据要求的所要达到的40dB,所以可利用二级衰减。
输入输出端口驻波比小于2.0,衰减动态范围在10 dB以内时衰减平坦度小于1 dB。
衰减器采用单电压源控制衰减量变化,具有可控的和显着的低功耗优点。
采用GaAs FET设计VVA电路所依据的半导体器件原理为:工作在线性区的FET,具有受栅压控制的可变电阻特性,基于此可构建Tee型、Pi型或桥接Tee型结构的衰减网络。
缺点:器材购买途径比较繁琐,最大衰减量较小,如衰减倍数较大则需多级,价格不菲。
方案二、电阻网络构成固定衰减器。
优点:电路简单,线性度好,高精密电阻器材易于购买,价格便宜衰减倍数没有太多限制。
基于此可构建Tee型、Pi型或桥接Tee型结构的衰减网络。
3、“高感磁芯”选频模块的设计方案一:利用晶体管谐振放大器三级放大,每级放大10倍,已达到60dB的增益。
LC谐振回路进行选频。
选频网络虽然能达到所要求的15MHZ,宽带也还行,但是窄带,不补能达到指标的要求,即-3dB带宽时,2Δ=300KHZ,带内波动不大于2dB。
由于放大器部分要使用稳压电源,功率不超过360mW,意味着电流最大100mA,芯片选择要慎重,选用三极管放大,一定要减少三级管得数量,所以不可能做到多级放大,而且做到后面部分,漂移较大,不宜控制。