D-LC谐振放大器(D题)9_3_1942

LC谐振放大器（D题）

摘要

本设计采用变容管作为调谐器件，采用三级参差调谐放大方式构成窄带谐振放大器，很好的实现了最大86dB的增益及300kHz的带宽,以及优良的矩形系数。采用分立器件搭建自动增益控制电路，并具有较高的增益控制范围。放大器最后输出采用低电压高速轨到轨输出运算放大来驱动负载200欧，实现了最大3V峰峰值输出无明显失真。经测试，整个系统功耗低于300mW。

关键词：变容管，参差调谐，矩形系数 ，自动增益控制

Abstract

Adopting the Varactor as the tuner, and utilizing three stage stagger-tuned amplification which compose the narrow-band resonant amplifier, this system can achieve a gain of 86dB , a bandwidth of 300kHz and a excellent square ratio. Besides, this system possesses AGC function with a control range. According to the testing, most of the indicators was met or exceed. We also finished the requirements of the extended part in the design tasks.

Key words: Varactor, stagger tuned, Square ratio, AGC

1. 系统方案选择与论证

1.1 总体设计方案

经过仔细分析和论证，我们认为此次LC谐振放大器可分为前置放大器，谐振选频电路，后级增益电路，AGC几个部分。系统框图如下：

图1：总体系统框图 1.2 方案选择与论证

1.2.1 固定衰减器选择

本系统要求设计特征阻抗50欧、40dB的衰减器。常用的衰减器可分LC网络衰减，电阻网络衰减等。考虑到制作难度，我们选择电阻式衰减网络，采用π型衰减网络，结构简单，元件取值方便。

1.2.2 前置放大器方案论证

本设计中由于放大的为微弱信号，整个放大器的噪声性能需要特殊考虑，根据级联放大器噪声系数公式：

NF NF1 NF2 1A1 NF3 1A1A2 ... NFN 1A1...AN 1，

放大器总噪声系数主要取决于前端一、二级，为达到较好噪声性能，需使用低噪声的放大器，同时适当增大一二级放大器增益可减少后面放大器噪声系数对总噪声系数的影响。

放大器可做成各种不同形式，既可选用运算放大器或专用集成放大芯片来完成，也可选择采用三极管等分立器件来搭建。从难易程度来说，集成放大芯片使用方便，线性度好。但分立器件相比之具有价格低廉，使用灵活度高的优势，我们选择使用三极管等来搭建此放大器，采用低噪声器件来完成。

1.2.3 谐振选频电路

在本题中要求使用电感电容构成谐振网络，对输入信号进行选择性放大，题中要求-3dB带宽为300kHz，同时要求较好的矩形系数。单级谐振回路难以高质量的完成这些指标。 为提高谐振网络矩形系数，可采用双调谐方式或多级单调谐电路参差调谐。双调谐方式由于两谐振回路相互影响，调试困难。而参差调谐方式由于级间隔离，只需改变各谐振回路谐振频率及Q值，即可达到比较满意的效果。因此，我们选用参差调谐方式来完成设计。

调谐元件既可以是可调电感（如使用中周骨架绕制），也可以是可变电容（如微调电容或变容管等）。无源元件调谐Q值高，选择性好，但其调节精度难以控制，且容易受振动等因素影响。而使用变容管作为调谐元件是，可利用电位器调

节其反向电压，控制精度高。

1.2.4 后级40dB放大器

考虑到总增益要求大于80dB，最终输出幅度要求达到2.8V峰峰值，前级已经具有40dB三极管放大电路。若此时再使用三极管搭建，则受到三极管放大器电源抑制比差的影响，很容易造成自激；同时由于供电电压只有3.6V，三极管饱和压降0.7V，最大输出2.8V峰峰值时，刚好使得三极管处在接近临界饱和状态下，由于三极管为非线性器件，很难实现波形无失真输出，因此我们选用运算放大器来完成此级增益。

1.2.5 AGC电路

我们参考MC1490内部电路结构，使用三级管搭建差分对管AGC电路。由AGC衰减器、AGC检波器构成，工作于反向AGC模式。

2. 理论分析与计算

2.1 增益

按照题目发挥部分要求，放大器的最大增益要大于等于80dB，即要求将输入电压至少放大1万倍。如此大的放大倍数，将分别由几个放大器共同承担。由于采用变容管作为调谐器件，受变容管非线性电容影响，变容管上谐振电压不能太大，否则会引起谐波失真。考虑到前级输入为小信号，并且有固定衰减器对信号进行40dB衰减，我们选择在前置放大器分配40dB增益。为顾及变容管非线性电容影响，参差调谐电路仅作为选频电路而不分配增益。给后级放大电路分配40dB增益。

2.2 AGC电路

AGC电路设置成衰减模式，即通过检测最终输出电压大小，从而控制AGC衰减器衰减倍数，使输出幅度基本恒定。AGC具体参数设计详见电路设计部分

2.3 带宽与矩形系数

单调谐回路的带宽跟其有载Q值密切相关，带宽2 f0.707 f0/QL，本题中要

求带宽300kHz，中心频率15MHz，所以要求QL 15/0.3 50。另外就单谐振回

路而言，选择性不是很好，矩形系数为9.95。我们采用的是三级参差调谐方式，原理如下图所示。

图2 三参差调谐原理

参考文献资料，有以下公式以供设计 ：f1 f0；f2 f0 0.43 f0.707；f3 f0 0.43 f0.707；Q1=f0/ f0.707；Q2=2*Q1；Q3=2*Q1

本题要求带宽300kHz，中心频率15MHz，代入公式得：

Q1=50；Q2=Q3=100；f1 15MHz；f2 15.129MHz；f3 14.871MHz。调

节各级中心频率及Q值则可达到比较理想的效果

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