高頻課程設(shè)計報告(LC諧振放大器)

高頻電路課程設(shè)計實(shí)習(xí)報告LC 諧振放大器學(xué)校：專業(yè)：通信工程班級：學(xué)號：姓名：日期：2012/1/7目錄1.序言 22.設(shè)計課題 23.實(shí)踐目的 24.設(shè)計要求 35.系統(tǒng)方案 45.1.衰減器方案 45.2.RLC諧振放大電路方案 55.3.系統(tǒng)理論分析與計算 56.原理設(shè)計 66.1.π型衰減器的設(shè)計 66.2.單調(diào)諧放大器的設(shè)計 76.3.AGC電路設(shè)計 86.4.電路設(shè)計 96.5.元件清單 107.測試結(jié)果與分析 108.總結(jié) 119.參考文獻(xiàn) 1210.附錄 1310.1.電路原理圖 1310.2.電路PCB圖 14序言隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會發(fā)展步入了信息時代，隨著信息時代對人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢，人們的生活水平提高，對精神文明生活的要求也跟著提高，這對電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求。在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號，這種信號具有窄帶特性。而且，通過長距離的通信傳輸，信號受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需要通過高頻小信號放大器來完成。這種小信號放大器是一種諧振放大器。高頻小信號放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測量儀器等設(shè)備中。高頻小信號放大器可分為兩類：一類是以諧振回路為負(fù)載的諧振放大器；另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。它們的主要功能都是從接收的眾多電信號中，選出有用信號并加以放大，同時對無用信號、干擾信號、噪聲信號進(jìn)行抑制，以提高接收信號的質(zhì)量和抗干擾能力。高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩，同時頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。設(shè)計課題LC諧振放大器實(shí)踐目的諧振放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)中，如在發(fā)射設(shè)備中，為了有效地使信號通過信道傳送到接收端，需要根據(jù)傳送距離等因素來確定發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率，這就要用諧振放大器將信號放大到所需的發(fā)射功率；在接收設(shè)備中，從天線上感應(yīng)到的信號是非常微弱的，一般在級，要將傳送的信號恢復(fù)出來，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號諧振放大器來完成。本次設(shè)計要達(dá)到以下目的：1、進(jìn)一步理解諧振放大器理論中，增益、通頻帶、諧振、功率、效率、晶體管工作狀態(tài)等概念及相關(guān)的計算；2、掌握諧振放大器的設(shè)計與調(diào)試方法；3、學(xué)會多級級聯(lián)諧振放大器電路的分析。設(shè)計要求設(shè)計并制作一個低壓、低功耗LC諧振放大器，電路框圖見圖1?；疽螅?）放大器指標(biāo)：a）諧振頻率：f0=15MHz；允許偏差±100kHz；b）增益：不小于40dB；c）?3dB帶寬：2Δf0.7=300kHz；帶內(nèi)波動不大于2dB；d）輸入電阻：Rin=50Ω；e）失真：負(fù)載電阻為500Ω，輸出電壓1V時，波形無明顯失真。（3）設(shè)計一個自動增益控制（AGC）電路。AGC控制范圍大于20dB。AGC控制范圍為20log(Vomin/Vimin)－20log(Vomax/Vimax)（dB）。（4）放大器使用5V-12V穩(wěn)壓電源供電（電源自備），盡可能減小功耗。（5）在-3dB帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于60dB。（6）在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數(shù)。系統(tǒng)方案衰減器方案方案一、采用T型衰減器。圖2T型衰減器由T型衰減器的原理計算可知，當(dāng)衰減的分貝數(shù)較大時，在T型衰減器中R1將很小，由于受引線和焊點(diǎn)的影響，阻值過小很難保證其精度，從而影響衰減的準(zhǔn)確度。方案二、采用π型衰減器。圖3π型衰減器對于π型衰減器根據(jù)計算可得，在50Ω，衰減40dB的要求下，R1≈Ω，R2=R3≈51Ω，在現(xiàn)有的條件下采用精度為0.1%的金屬膜電阻可以達(dá)到要求。因此，我們采用的是π型衰減器。RLC諧振放大電路方案方案一選用集成運(yùn)放對小信號進(jìn)行放大，如OP37、AD603等，運(yùn)放的增益較大容易實(shí)現(xiàn)題目要求的40dB的增益。輸入阻抗通過衰減器進(jìn)行阻抗匹配也能實(shí)現(xiàn)題目的要求。但是采用集成運(yùn)放帶寬要求較難實(shí)現(xiàn)，集成芯片成本較高，短時間內(nèi)購買不方便。方案二選用分立元件，分立元件電路相對會比較復(fù)雜一點(diǎn)，但是，分立元件的功率要小很多，增益的調(diào)節(jié)范圍會比較大，元件基本都是常用的元器件，獲取比較方便，價格也會比較低。綜合考慮，本設(shè)計采用方案二。系統(tǒng)理論分析與計算系統(tǒng)總體框圖原理設(shè)計π型衰減器的設(shè)計設(shè)信號源的輸出阻抗和負(fù)載阻抗均為R0，電壓衰減倍數(shù)為AT=Vin/Vout，Vin和Vout分別為衰減器的輸入電壓和輸出電壓，R2=R3=R，如下圖所示：圖4π型衰減器的計算虛線框內(nèi)是為了計算方便虛加的。這樣已知R0和AT，要確定R1和R的值。根據(jù)阻抗匹配條，從Vin往右看對地阻抗等于信號源的輸出阻抗R0，即：R//（R1+R//R0）=R0π型衰減器的計算公式：20lgAT40dBAT=100R=(100+1/100-1)x50=51ΩR1Ω經(jīng)計算可得如下圖參數(shù)圖5π型衰減器設(shè)計單調(diào)諧放大器的設(shè)計以第二級三極管為例，三極管選擇9018，如圖6所示：圖6單調(diào)諧放大器（1）發(fā)射極電阻的確定：為提高放大器的增益及電源的利用率Ue≤0.2Ec，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式取Ue取Ec=VVBIc取12mA，Ie≈Ic=12則R8=Ue/Ie≈Ue/Ic=V/12mA=200Ω，則R8取200Ω。IBQ=Ie/β=12mA/60=0.2mAI1=(5~10)IBQ=8x0.02=1.6mAR1=(Vcc-VB)/I1ΩΩ根據(jù)分壓比算出R3=2KΩ其它級的參數(shù)計算同上AGC電路設(shè)計首級單調(diào)諧放大電路三極管9018的基極的電壓由AGC電路提供，調(diào)節(jié)滑動變阻器使之工作在靜態(tài)工作點(diǎn)，交流信號加在基極，由三極管放大，LC調(diào)諧放大，經(jīng)中周耦合到下一級。 圖8AGC自動增益控制電路電路設(shè)計元件清單名稱型號數(shù)量電阻512電阻1001電阻2001電阻5101電阻1K2電阻2電阻1電阻1電阻15K1電阻62K1可調(diào)電阻50K1電解電容1uF1瓷介電容10pF2瓷介電容100pF2瓷介電容1000pF4可調(diào)電容5/30pF2磁珠1中周38012三極管90183排針6測試結(jié)果與分析中心頻率：f0≈7.5MHz,B≈350KHz節(jié)點(diǎn)電壓第一級第二級AGCVcVeVbUbe總結(jié)這次課程設(shè)計主要是對高頻電路中LC諧振放大器這部分知識的應(yīng)用。通過設(shè)計高頻放大器，進(jìn)一步將理論轉(zhuǎn)化成實(shí)踐，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)理論。本次課程設(shè)計，是設(shè)計一個LC諧振放大器。通過這短短一周半的學(xué)習(xí)，可能學(xué)到的僅僅是皮毛而已。如果說，以前做高頻實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了我的動手能力，那么，這次的電路設(shè)計更加增強(qiáng)了對高頻LC諧振放大器性能的了解。更加明白了為什么電路的放大倍數(shù)和通頻帶互相制約和影響，為什么集電極輸出電流為余弦脈沖而真正的輸出信號卻和輸入信號頻率相同。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，是發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次的高頻課程設(shè)計，加深了我對電子電路理論知識的理解，并提高了實(shí)踐動手能力，具備了高頻電子電路的基本設(shè)計能力和基本調(diào)試能力。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正學(xué)到屬于自己的知識，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。課程設(shè)計是一個理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的過程，在這個過程中有很多問題需要注意。首先，在進(jìn)行PCB排版的時候應(yīng)該盡量縮短導(dǎo)線長度，如果考慮引腳長度，有條件的可以選擇貼片元件，要有良好的接地保證，要考慮避免不同元件間的干擾。其次，在制板的時候，高頻板PCB圖上有大量的覆銅面積，采用熱轉(zhuǎn)印法大面積的覆銅首先打印就存在問題，在轉(zhuǎn)印的過程中也比較難做到大面積的油墨能完全轉(zhuǎn)印到覆銅板上，這些問題將導(dǎo)致做出來的電路板覆銅部分面積也被腐蝕掉，這對于高頻電路是存在較大影響的。而如果采用感光法制作便可以避免這些問題。感光法制作流程較為復(fù)雜，成本較高，但是可以保證做出來的電路板的質(zhì)量。最后，在調(diào)試過程中有齊全的工具，古人云：“工欲善其事，必先利其器?！彼裕胍蔀橐粋€合格的工程人員首先要學(xué)會解決工具問題，有現(xiàn)成的可以通過購買得到，沒有現(xiàn)成的要學(xué)會在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造甚至自己去創(chuàng)造。比如，在調(diào)節(jié)中周的時候要用到無感螺絲刀，普通金屬制成的螺絲刀會對電路調(diào)試造成影響，需要一些特殊材料制成的無感螺絲刀。市場上現(xiàn)有的質(zhì)量較好的均用氧化鋯制成的，但是其最小型號為4mm的刀口寬度，寬度相對于中周來說太大了無法調(diào)節(jié)。氧化鋯硬度為7.5，比普通鋼材的硬度還大，想要改造是比較困難的。取而代之的我們用竹片削成螺