毕业设计（论文）-带AGC的LC双调谐放大器的设计.doc

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1、浙江海洋学院本科生毕业论文 毕业论文（设计）毕业论文（设计） 题 目： 带 AGC 的 LC 双谐调放大器设计 学 院： 机电工程学院 学生姓名： xxx 专 业： 电子信息工程 班 级： A08 电信 2 指导教师： 纪玉川 起止日期：2011 年 12 月 16 日-2012 年 5 月 18 日 2011 年 5 月 15 日 浙江海洋学院本科生毕业论文 I 带带 AGCAGC 的的 LCLC 双调谐放大器的设计双调谐放大器的设计 Xxx （浙江海洋学院 机电工程学院，浙江 舟山 316000） 摘要摘要 LC 谐振放大器是高频电子线路和无线通信系统的重要组成部分，是超外差接收机的前 置

2、放大电路，主要用于高频小信号放大。由于采用谐振回路作负载，解决了放大倍数、通频 带宽、阻抗匹配等问题。就放大过程而言，电路中的晶体管工作在小信号放大区域中，非线 性失真很小。一方面可以对窄带信号实现不失真放大，另一方面又对带外信号滤除，有选频 作用。本设计主要由型衰减网络、LC 谐振放大器、自动增益控制（AGC）电路和电源模 块组成。系统以（低功耗）晶体管 9018 为核心设计并制作了一个以 3.6V（供电） ，中心频率 为 15MHz,带宽为 300KHz 的低功耗 LC 调谐放大器。系统首先通过一个 40dB 衰减器，再通过 晶体管 9018 级联构成 LC 调谐放大器，本系统能够有效地对

3、小信号进行 40db 增益控制的放 大，并加入以 AD8367 芯片为核心的自动增益控制电路，最后通过双调谐网络组成的带通滤 波器进行滤波后接入 200 输出。 关键词关键词：衰减器；LC 调谐放大器；双调谐放大器；AGC 浙江海洋学院本科生毕业论文 II ABSTRACT LC resonant amplifier is a high frequency electronic circuit and wireless communication system important constituent, is the super heterodyne receiver preamplifie

4、r circuit, mainly used for high frequency small signal amplification. Due to the adoption of resonant circuit as the load, solves magnification, wide frequency band, the impedance matching problem.On the amplification process, circuit of transistor working in small signal amplification region, nonli

5、near distortion is very small.A can on narrowband signal without distortion amplifier, on the other hand the out-of-band signal filter, a frequency selection function.Mainly by the design of type attenuation network, LC resonant amplifier, automatic gain control (AGC) circuit and a power supply modu

6、le.System (low power) transistor 9018 as the core of the design and implementation of a 3.6V (power supply), the center frequency is 15MHz, the bandwidth of 300KHz low power LC tuned amplifier.The system first through a 40dB attenuator, and then through the transistor 9018 cascaded LC tuned amplifie

7、r, this system can effectively to small signal 40dB gain control amplifier, and joined to the AD8367 chip as the core of the automatic gain control circuit, the double tuning network composed of band-pass filter access to 200output. KeywordsKeywords: : Attenuator; LC tuned amplifier; double tuned am

8、plifier; AGC 浙江海洋学院本科生毕业论文 III 目录 前言.1 第 1 章 绪论.3 1.1 系统总体设计方案.3 1.2 系统组成模块方案.3 1.2.1 衰减器方案.3 1.2.2 LC 谐振放大电路方案.5 1.2.电源方案6 1.2.4 AGC 控制电路方案.7 第 2 章 系统整体电路设计.9 2.1 衰减器网络设计.9 2.1.1 衰减器的原理.9 2.1.2 衰减器的理论设计.9 2.2 LC 谐振放大电路的设计.11 2.2.1 LC 谐振放大电路的谐振回路参数确定.12 2.2.2 LC 谐振放大电路的增益分析.13 2.2.3 LC 放大电路的带宽分析.15

9、2.2.4 LC 谐振放大电路的矩形系数分析.17 2.2.5LC 谐振放大电路的稳定性分析17 2.2.6LC 谐振放大器子系统框图与电路原理图18 2.3 电源模块设计.18 2.4共射放大电路设计19 2.4.1 共射放大电路的原理19 2.4.2 LC 谐振共射放大电路的理论设计.21 2.5射极跟随器的设计21 2.6 AGC 控制电路的设计.22 2.6.1 AD8367 简介.22 2.6.2 AGC 自动增益控制电路理论设计.23 浙江海洋学院本科生毕业论文 IV 第 3 章 开发工具、制作调试过程.24 3.1 PROTUES 简介 .24 3.2 PROTEUS 基本操作与

10、设置25 3.3 系统调试过程26 3.3.1 PCB 板前期制作.26 3.3.2 PCB 板后期制作和元器件焊接.26 3.3.3 硬件电路调试.27 结 论.28 鸣 谢.29 参考文献.30 附录 A 电路原理图及实物图.31 浙江海洋学院本科生毕业论文 0 前言前言 随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，社会发展步入了信息时 代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平 提高，对物质需要的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求，自动增益控制电路 越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。 在无线通信中，发射与接收的

11、信号应当适合于空间传输，谐振放大器广泛应用于通信系 统和其他电子系统中，如在发射设备中，为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根 据传送距离等因素来确定发射设备的发射功率，这就要用谐振放大器将信号放大到所需的发 射功率；在接收设备中，从天线上感应到的信号是非常微弱的，一般在级，要将传送的 0Au 信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器来完成。所以，被通信 设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过 长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号， 在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这

12、就需要通过高频小信号放大器来 完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。 高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器 可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频 放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无 用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。 高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，多 应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。从天线上感应的信号是 非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大

13、器理论非常简单，但实际制作却非常 困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。 自动增益控制线路，简称 AGC 线路，A 是 AUTO（自动） ，G 是 GAIN（增益） ，C 是 CONTROL（控制） 。对一个输入信号进行放大，以处理方便，需要保证输出有一定的幅度，但 同时这个幅度又不会饱和，由于输入信号的幅度通常变化较大，为了防止这种情形的出现，所 以不能采用一个简单的单一放大的倍数，AGC 就是根据输入信号来调整放大倍数，从而使输 出信号幅度一致，它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信 号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大

14、电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强 度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需 要。也就是说，AGC 功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收 机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较 小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接 收机发生饱和或堵塞。 目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自 动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。实现这种功能的电路简称 AGC 环。AGC 环 是闭环电子电路，是一个

15、负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部 浙江海洋学院本科生毕业论文 1 分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基 本部件是 AGC 检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。 AGC 电路广泛用于各种录音机、接收机、测量仪器中，在电路设计中，这种线路被大量 的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术 中存在的信号强度问题。它常常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电 平控制；而用于收音机或话音放大器时，又被称为自动音量控制。 自 70 年代以来人们对负阻放大

16、器电路进行了大量的研究。在滤波放大器的谐振腔中引 入双调谐腔回路是实现宽频波及毫米波负阻放大器的有效方法。在推导出了该电路的工作方 程之后，着重讨论了实现最大平坦增益特性的条件指出两谐振腔负载 Q 值是实现最大平坦增 益的决定因素，道出了获得最大平坦增益时，电路参数的解析表达式，从而为最大平坦增益 提供了理论依据。 浙江海洋学院本科生毕业论文 2 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 系统总体设计方案系统总体设计方案 从系统框图可以看出，本设计采用分立元件构成两级谐振放大器，然后由射极跟随器输 出。从输入端输入小于 5mV 的信号 Vi 经过衰减器，输出小于 50uV 的信号，信号通过以

17、 AD8367 为核心组成的 AGC 电路，得到一个 AGC 电压 Vf 控制谐振放大器的静态工作点，从 达自动增益控制的要求，然后信号再输入到双调谐放大器，进行选频滤波和阻抗匹配，最后 再经过单调谐放大器，补偿电路谐振频率特性，最终由射极跟随器输出经放大 40dB 左右的 无失真信号 V0。整个硬件电路系统，经过两级谐振电路，使得满足增益为 40dB 的要求。系 统组成总体框图如图 1.1。 5mV 信号 Vi 电阻 型 衰减器 双调谐 放大器 单调谐 放大器 射级 跟随 器 负 载 AGC 电路 图 1.1 带 AGC 的 LC 双调谐放大器组成总体框图 1.21.2 系统组成模块方案系统

18、组成模块方案 1.2.11.2.1 衰减器方案衰减器方案 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。衰减器是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入 衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。比如在接收机前加个衰减，可以避免过大的信 号功率损坏接收机，或者在传输线路中加入衰减，模拟长距离传输的线路损耗，等等。 按题目要求，对5mV以下的小信号进行衰减，衰减量为40dB2dB，特性阻抗50，频带 与放大器相适应，经LC谐振放大电路放大40dB，而题目

19、要求功耗测试时电压输出为1V，故衰 减器在输入10mV的信号能正常衰减100倍。 对于衰减器有以下几种方案: 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：用二极管或电阻构成无源衰减网络，此方案切实可行，虽然二极管构成的无源 衰减网络容易匹配，但考虑到二极管构成的无源衰减网络容易失真，故选择电阻衰减网络， 电阻网络不但匹配容易，并且不易失真。但是电阻衰减网络分为 型衰减器和 T 型衰减器， 而当衰减的分贝数较大

20、时，由于受引线和焊点的影响，阻值过小很难保证其精度，从而影响 浙江海洋学院本科生毕业论文 3 衰减的准确度。 T 型衰减器如图 1.2 所示。 图 1.2 T 型衰减器 以图 1.2 为例对 T 型网络的设计公式进行推导: 首先从输入端看进去的输入电阻应该等于 Ro ，所以可得 01210 RRRRR 又根据电路输入电压和输出电压的关系可得： 001 0 1 1 0 1 2 0 1 01 URR R U R R U R R U RR 联立方程和，可解得： 和 1 1 1 0 1 0 01 U U U U RR 1 2 2 1 0 1 0 02 U U U U RR 题目要求衰减量 402dB，

21、特性阻抗 50，可带入数据或者利用固定衰减器计算软 件算出 50 欧 40dB T 型衰减器：R1=49ohm，R2=1ohm。考虑到外围电路的设计及影响， 我们不采用此方案。 型衰减器如图 1.3 所示： 图 1.3 型衰减器 浙江海洋学院本科生毕业论文 4 以图 1.3 为例对 型网络的设计公式进行推导: 和 1 1 1 0 1 0 01 U U U U RR 1 0 2 1 0 02 2 1 U U U U RR 同理，带入数据或者利用固定衰减器计算软件算出 50 欧 40dB PI 型衰减器：R1=51 欧， R2=2496.8 欧。考虑到系统电阻使用及购买问题，我们采用此方案。 方案

22、比较：方案一虽然能精确衰减系数，但是阻抗匹配难，功耗高，不适宜采用。方案 二中提供了多种无源衰减网络，二极管和电阻都容易实现匹配，但是综合考虑，基于实验要 求的考虑，及便利之举，选择电阻 型衰减网络，不但容易实现，而且电路简单。 1.2.2 LC 谐振放大电路方案谐振放大电路方案 根据题目要求，LC谐振放大器工作在15MHz左右，带宽为300kHz， ，增益为40dB，输入 阻抗为50。 对于LC谐振放大器有以下几种方案： 方案一：选用集成运放对小信号进行放大，如 OP37、AD603 等，此方案的优点是电路实 现简单，指标和可靠性容易得到保证，易于电路分析和调试，运放的增益较大容易实现题目

23、要求的 40dB 的增益。输入阻抗通过衰减器进行阻抗匹配也能实现题目的要求。但是本题要 求精确度较高，集成器件电压要求较高，采用集成运放带宽要求较难实现，集成芯片成本较 高，而且 AD603 在 15MHz 的工作频率下，波形极易失真，并且功耗高。 AD603 是美国 ADI 公司的专利产品，是一款低噪声、电压控制型放大器，用于射频 (RF)和中频(IF)自动增益控制 (AGC)系统。它提供精确的引脚可选增益， 90 MHz 带宽 时增益范围为 -11 dB 至+31 dB，9 MHz 带宽时增益范围为 +9 dB 至+51 dB。用一个外部 电阻便可获得任何中间增益范围。折合到输入的噪声谱密

24、度仅为1.3 nV/Hz，采用推 荐的5 V 电源时功耗为 125mW。 AD603 增益以 dB 为线性，经过精密校准，而且不随温度和电源电压而变化。增益由高阻 抗(50 M)、低偏置(200 nA)差分输入控制；比例因子为 25 mV/dB，仅需 1 V 增益控制电压 便可获得中间 40 dB 的增益范围。无论选择何种范围，均提供 1 dB 的超量程和欠量程。对 于 40 dB 变化，增益控制响应时间不到 1 s。AD603 可以驱动低至 100 的负载阻抗，且 失真较低。对于采用 5 pF 分流的 500 负载，10 MHz、1 V 正弦输出的总谐波失真典型 值为-60 dBc。进入 5

25、00 负载的额定峰值输出最小值为2.5 V。 AD603 内部结构图如图 1.4 所示。AD603 由一个可通过外部反馈电路设置固定增益 GF 的放大器、0 至-42.14dB 的宽带压控式精密无源衰减器和 40dB/V 的线性增益控制电路构成。 AD603 利用了 X-AMP 由一个 0-42.14dB 的可变衰减器和一个有固定增益的放大器构成。在 其内部结构中，可变衰减器由一个七级 R-2R 梯形网络构成，每一级的衰减量约为 6.02dB， 可对输入信号造成 0 至-42.14dB 的衰减。优越的噪声特性是 X-AMP 结构的一个重要的优越 性，在 1MHz 宽带，最大的不失真输出为 1V

26、rms 时，输出 x 信噪比为 86.6dB。 浙江海洋学院本科生毕业论文 5 图 1.4 AD603 原理框图 方案二：采用多级单调谐放大电路的级联实现。单调谐放大电路其输出信号失真大，电 路增益和通频带的矛盾比较突出，矩形系数远大于 1，邻道选择性较差，而且级间相互干扰 较大不易调节，所以不宜采用该方案。 方案三：采用晶体管 9018 构成单调谐和双调谐的混合放大电路实现。双调谐放大电路 比单调谐放大电路具有更好的通频带和选择性，而且可以工作在弱过耦合和临界耦合状态， 所以前级采用双调谐，并使电路工作在弱过耦合或临界耦合状态，后面加一级单调谐电路对 前级双调谐放大电路的中心频率进行补偿，这

27、样能够很好的实现题中的中频、增益和带宽要 求。 图 1.5 S9018 封装图 9018 为 NPN 三极管，耐压在 20V 以上，Icm50mA，Pcm400mW, 9018 高频性能较好， 常用于高频放大，其 fT 达 800MHz 以上。 方案比较：方案一虽然放大倍数容易控制，且能达到自动增益的功能，但芯片工作在 15MHz 的频率下，基本无法进行无失真放大。方案二电路复杂且稳定性较差。方案三则基本 解决了上面出现的问题，只是在自动增益部分，须额外增加器件。综合以上三种方案以及电 路的设计要求，本设计选择方案三。 1.2.1.2.电源方案电源方案 方案一：采用新型稳压芯片 HT7536

28、实现。这种稳压芯片是采用 COMS 技术的三端口高 浙江海洋学院本科生毕业论文 6 电流低电压稳压器，能输出 100mA 电流，允许输入电压可达 24V。能输出从 3.0V5.0V 的 几种稳定电压，但是考虑到系统只需要一个 3.6V 的电源电压，而且消耗的功率比较小，不需 要输出这么大的功率，所以不采用此方案。 方案二：采用输出电压可调的集成稳压块 LM317，产生一个 3.6V 的直流电压。由于 LM317 电路中引入了深度的电压负反馈，使得在电网电压波动和负载电阻变化时，输出电压 仍然可以保持稳定，在输出端加上额外的电容滤波后，完全能够符合本系统对稳定 3.6V 直流 电源的要求。 综合

29、以上两种方案以及电路的设计要求，本设计采用方案二。 1.2.41.2.4 AGCAGC 控制电路方案控制电路方案 方案一：选用 AD8367 集成芯片，自动增益控制容易，功耗不高。AD8367 的功能框图 如图 1.9 所示， 该芯片主要由可变衰减器、固定增益放大器和律方根检波器组成。AD8367 最适合工作在 200 欧姆阻抗系统,，并可通过电阻或电抗无源网络来实现与其它通用阻抗系统 的转换。 图 1.9 AD8367 基本功能框图 方案二：采用经典的AGC 控制电路如图1.10。利用检波电路从输出端得到一与峰值电压 相关的直流分量送入误差放大器，控制结型场效应管，使其工作在可变电阻区，从而

30、改变放 大器增益以实现自动增益控制功能。此种电路形式较为成熟，其功耗较低，但动它电路组成 复杂，控制较难，态范围不是很大，且场效应管工作在可变电阻区时不易控制其压控电阻， 调整有些困难。 浙江海洋学院本科生毕业论文 7 图 1.10 AGC 电路框图 方案三： 利用可编程增益放大器AD603，通过单片机软件转换，可以将增益控制电路转 换成自动增益控制电路。即通过峰值检波将输出信号峰值对应的直流分量送入A/D，通过软 件计算，利用D/A输出对应的直流信号控制增益调节放大器，使得输出电压稳定在一定的范 围内，同时显示输出电压值。该方案无需外加硬件电路,可完全通过单片机对增益控制电路进 行简单改进实

31、现。经总体考虑,决定采用该方案。方框图如下： 图 1.11 由单片机控制 AGC 电路 方案比较：相比方案二、三而言，方案一电路简单，控制容易，虽然AD8367功耗比方案 一高，但是AD8367属于低功耗芯片，满足题目要求，故选择方案一。 浙江海洋学院本科生毕业论文 8 第第 2 2 章章 系统整体电路设计系统整体电路设计 2.12.1 衰减器网络设计衰减器网络设计 2.1.12.1.1 衰减器的原理衰减器的原理 衰减器的原理框图如图 1-4 所示。 Port-1 衰减器Port-2 P1 P2 图 2.1 衰减器的原理框图 其信号输入功率为 P1，输出功率为 P2。若 P1、P2 以毫瓦分贝

32、（dBm）表示，并且衰减 器的衰减量为 AdB,那么输出信号的功率关系可以表示为： mWP mWP gAdB 1 2 101 2.1.22.1.2 衰减器的理论设计衰减器的理论设计 本题衰减器是双端口结构，电路利用 型电阻来设计，如图 1-5 所示。其中 Z1、Z2 即 是电路输入、输出端的特性阻抗。 Z1 Rs Z2 P1 P2 图 2.2 衰减器框图 Z1、Z2 是电路输入、输出端的特性阻抗。根据电路两端阻抗使用的不同，又可分为同阻 抗式和异阻抗式。我们使用 型同阻抗式，数据如下： 型同阻抗式： 浙江海洋学院本科生毕业论文 9 10 10 A a 1 1 a a CS ZR 1 1 21

33、a a CPP ZRR 型异阻抗式: 10 10 A a RR A ZZa S 2 1 21 S P Ra a Z R 1 1 11 1 1 1 其中 Rs, RP1,RP2 也可根据上面推出的公式算出，公式如下： 1 1 1 0 1 0 01 U U U U RR 1 0 2 1 0 02 2 1 U U U U RR 其中 RP1 = R1 , Rs = R2 衰减器是一个功率耗散元件,当输出端匹配负载 Zc 时，衰减量与功率的关系可以表示 为： 其中：P1 为输入功率，P2 为输出功率。 我们采用同阻以及输入输出的特性阻抗为 50 的形式。所以在输入输出两端相连的传 输线的特性阻抗均为

34、50。 衰减器由纯电阻网络构成。电阻的特性是：随着工作频率的逐步升高；电阻的电感效应 会逐步明显。因此，功率衰减器工作在较高频段时，实际的衰减量可能会有部分下降。根据 设计公式所计算出的电阻，基本上都会出现存在小数的情况，有的电阻值需由两个电阻并联 获得。所选电阻与计算值之间的误差控制在0.5。 40dB、 型同阻抗式固定衰减器。 （Z1=Z2=50） 根据以上述公式计算得： 浙江海洋学院本科生毕业论文 10 51 5.2 54 2 RR KR 实际电路如图 2.3 所示。 图 2.3 40dB 型衰减器 2.22.2 LCLC 谐振放大电路的设计谐振放大电路的设计 该 LC 谐振放大电路模块

35、由两部分，第一部分为双调谐放大电路， ，采用双回路调谐器来 滤波不仅起到了放大电路，而且对回路的带宽控制起了主要部分。第二部分单调谐放大电路， 为了平衡电路中的带宽和增益指标，电路中增益的分配为第一级的双调谐放大电路实现 25dB 放大，第二级的单调谐放大电路实现 15dB 的放大。 表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率、谐振电压放大倍数（增益） 、放人器的通频带及选择性（通常用矩形系数来表示）等。 1谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率 f0称为放大器的谐振频率，f0的表达式为 LC f 2 1 0 式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量； 为调谐回路的总电容，的表达式为

36、C C ieoe CPCPCC 2 2 2 1 式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2 为次级线圈抽头系数。 2电压放大倍数（增益） 放大器输出电压（或功率）与输入电压（或功率）之比，称为放大器的增益或放大倍数， 用 Av（或 Ap）表示，放大器增益的大小，决定于晶体管，要求的通频带宽度，是否良好的 匹配和稳定的工作。电压放大倍数由下式计算：0Au 浙江海洋学院本科生毕业论文 11 AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB 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

37、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。常用来表示。有时也称为 3dB 带宽。因为电压增益下降 3dB。表7 . 02 f7 . 02 f 达式为： BW = 2f0.7 = fo/QL 式中，QL为谐振回路的有载品质因数。 分析表明，放大器的谐振电压放大倍数 AV0与通频带 BW 的关系为： C y BWA fe V 2 0 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 Kv0.1时来表示，矩形系数 Kv0.1为电压放 大倍数下降到 0.1 AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到 0.707 AV0时对应的频率偏移 之比，

38、即 Kv0.1 = 2f0.1/ 2f0.7 = 2f0.1/BW 上式表明，矩形系数 Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。 5工作稳定性 工作稳定性是指放大器的直流偏置、晶体管、电路元件等参数因其自身或环境发生可能 变化时，放大器性能指标的稳定程度。不稳定现象表现为增益变化、中心频率、通频带偏移、 谐振曲线变形等。极端情况是放大器自激，以致不能工作，为此我们采用屏蔽盒来减小外界 干扰，和两级之间的干扰。 2.2.2.12.1 LCLC 谐振放大电路的谐振回路参数确定谐振放大电路的谐振回路参数确定 在调谐放大电路中，要求其谐振频率稳定在 15M，实际电路中根据晶体管

39、的内部发射节 电容和集电容等内部参数，初步确定谐振电路中电容取值 C = 30 pF 左右，由谐振放大电路 中心频率的计算公式： 1 2 C r L X ff X LC 可以初略计算出谐振电路中电感的值： L = 4 uH 在实际的硬件电路实现过程中，使用中频放大的调频中周，在中周线圈内部的线圈周围 绕上线圈用来耦合信号到下一级的谐振放大器，电感线圈的匝数计算： N L AL N 为电感线圈匝数， L 为需要得到的电感量，AL 为电感系数 ，其中电感系数与电感本 身的材质有关。 浙江海洋学院本科生毕业论文 12 通过初步计算可得电感线圈的匝数为 4 匝，所以在实际硬件电路中在中周的线圈周围绕

40、上 4 圈线圈，然后通过调节中周来微调电感，用扫频仪测试实际的谐振中心频率，通过并联 或串联不同大小的电容，来实现对电容大小的微调，实现中心频率稳定在 15M。 2.2.2.22.2 LCLC 谐振放大电路的增益分析谐振放大电路的增益分析 为了实现题目中基本要求的增益为 40dB 的增益要求，本设计采用两级放大电路，前面 一级采用双调谐谐振放大电路，后面一级采用单调谐谐振放大电路，为了平衡电路中的带宽 和增益指标，电路中增益的分配为第一级和第二级的双调谐放大电路均实现 25dB 放大，最 后一级单调谐放大电路实现 15dBd 的放大。 双调谐放大电路增益分析： 双调谐放大器的基本电路和交流通路

41、如图 2.4 和 2.5 所示。图中，Rb1、Rb2和 Re组成分 压式偏置电路，Ce为高频旁路电容，ZL为负载阻抗（或下级输入阻抗） ，Tr1、Tr2为高频变压 器，其中 Tr2的初、次级电感 L1、L2分别与 C1、C2组成的双调谐耦合回路作为放大器的集电 极负载，三极管的输出端在初级回路的接入系数为 p1，负载阻抗在次级回路的接入系数为 p2。 Tr2 M Rb1 Rb2 Cb V C1 U0 ZL V CC + L1 L2 - + Ui 1 2 3 4 5 ReCe - C2 G ND 图 2.4 双调谐放大器的典型电路 V C1 UoZL + L1 L2 - + Ui 1 2 3 4

42、 5 Re C2 G ND - 图 2.5 双调谐放大器的交流通路 在前两级的双调谐谐振放大电路中，级间的信号耦合采用互感耦合调谐回路如图 2.6 所 示。 R1C1 L 1L 2 C2 Rf 图 2.6 互感耦合调谐回路 浙江海洋学院本科生毕业论文 13 初、次级回路之间的耦合系数： 12 M k L L 初、次级回路的谐振频率： LC f 2 1 0 定义耦合因数： =kQ0 式中，Q0为空载品质因数。则 =1 时为临界耦合状态，而 1、 1 时分别称为强耦 合和弱耦合状态。在本设计中的互感耦合回路处于弱耦合或者临界耦合。 根据电路设计要求，设初次级回路的元件参数相同，则它们的谐振频率、有

43、载品质因数 也相同。可以求得双调谐放大器的电压增益和临界耦合时的谐振电压增益分别为 放大器电压增益： 2222 21 . 4)1 ( g gpp Au m 谐振电压增益： g gpp A m u 2 21 . 0 根据对双调谐谐振回路的理论分析，设计的实际电路中使用的两级双调谐放大电路硬件 电路图如图 2.11 所示。 通过上述理论计算，然后根据实际硬件电路的参数，代入到上式计算得双调谐谐振放大 器都能实现 25dB 的增益。 单调谐放大电路增益计算： 单调谐放大器的基本电路和交流通路如图 2.8 所示。图中，V1、R1、R2、Re组成稳定工 作点的分压式偏置电路，Ce为高频旁路电容，初级电感

44、 L 和电容 C 组成的并联谐振回路作为 放大器的集电极负载。可以看出，三极管的输出端采用变压器耦合部分接入的方式，使前后 级的阻抗匹配，接入系数为 p1，晶体管集-射回路与振荡回路之间采用抽头连接接入系数为 p2。 放大器电压增益： 1212 0 12 (1) fefe v L p p yp p y A f gj C gjQ j L f 谐振电压增益： 1212 0 22 1122 fefe v poeie p p yp p y A ggp gp g 浙江海洋学院本科生毕业论文 14 T M Rb1 Rb2 Cb V C1 Uo ZL V CC + L1 L2 - + Ui 1 2 3 4

45、5 ReCe - G ND 图 2.7 单调谐放大器的基本电路 V UoZL L1 L2 - + Ui 1 2 3 4 5 Re G ND - + T 图 2.8 单调谐放大器的交流通路 通过上述对单调谐放大器电路的理论计算，然后根据实际硬件电路的参数，代入到上式 计算得单调谐谐振放大器基本能实现 15dB 的增益要求。 通过上述分别对双调谐放大电路和单调谐放大电路的增益分析和理论计算，两级的双调 谐放大电路后加一级单调谐放大电路，实现了 25dB+155dB=40dB 的设计要求，所以本设计 硬件电路参数能够实现 40dB 的增益要求。 2.2.32.2.3 LCLC 放大电路的带宽分析放大

46、电路的带宽分析 由前一节对放大电路的增益分析可知，单调谐放大电路的通频带有如下计算方法： 浙江海洋学院本科生毕业论文 15 图 2.9 谐振放大器幅频特性曲线 ) 2 j1( 0 L fe21 f f Qg ypp A v g ypp A fe21 0v 由以上公式得通频带为： 2 0 L 0 2 1 1 A f fQ A v v 由上式令： , 2 1 0 v v A A 则 1 2 0 7.0L f fQ 故单调谐放大电路的通频带为： L 0 7.0 2 Q f f 而双调谐放大电路的通带则为： L 0 7.0 22 Q f f 由上面的通带计算公式可知，双调谐放大电路的通带要比单调谐放大

47、电路的宽，根据题 目中的中心频率要求，可知=15MHz，通频带已知，根据这些可以初步及计算出硬件电路 0 f 中的值，然后根据这些参数去匹配电路。 L Q 题中要求通带宽度要达到 300kHz，而当电路元件确定后，电路中增益带宽积是一个常 数，要达到宽的频带就需要适当减小每一级的增益，来实现电路增益和带宽的要求。本设计 采用两级级放大电路，先利用双调谐放大器对增益进行放大，然后利用后一级单调谐放大电 路，进一步将输出信号放大，并利用增益带宽积为定值这个限制条件，将整个放大器的信号 浙江海洋学院本科生毕业论文 16 带宽稳定在 300kHz 左右。 2.2.42.2.4 LCLC 谐振谐振放大电路的矩形系数分析放大电路的矩形系数分析 在谐振放大器中电路的矩形系数，即表示放大器电路对有用信号的选择和抑制干扰信号 能力的好坏，由上一小节中的谐振放大器幅频特性曲线有计算公式如下： 7.0 1.0 10 2 2 f f Kr 或 7.0 01.0 r0.01 2 2 f f K 由上述矩形系数计算公式可知，当=或=时矩形系数为 1.0 2f 7.0 2f 01.0 2f 7.0 2f 1，放大电路对有用信号的选择性最好，干扰的抑制能力也最强。在单调谐放大电路中矩形 系数=9.95，而在双调谐电路中矩形系数=3.16 远比单调谐放大电路的小，它的谐振 10r K 10