2012年全国大学生电子设计竞赛
设计报告
LC 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π型电阻网络衰减电路实现信号衰减dB 240±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KHz f 30027.0=∆，带内波动不大于dB 2，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
目  录
一、系统方案论证 (2)
1、衰减器方案论证 (2)
2、LC 谐振放大器方案论证 (2)
二、理论分析与计算 (3)
三、电路设计 (3)
1、衰减电路设计 (3)
2、LC 谐振放大电路设计.................................................... 错误！未定义书签。
vimax
四、系统测试.......................................................... 错误！未定义书签。
1、放大性能测试................................................................. 错误！未定义书签。
2、通频带测试..................................................................... 错误！未定义书签。
3、矩形系数 (4)
4衰减电路测试 (4)
五、总结 (5)
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。
2、LC谐振放大器方案论证
方案一：直接利用集成运算放大器构成高频谐振放大器对信号进行放大。这种放大电路具有体积小，电路结构简单等优点，但它对器件依赖性强，信号保真度差，而且价格昂贵，更为重要的是使用运放芯片后会大大提高电路的功耗，所以本设计不选择该方案。
方案二：利用分立元器件搭成高频小信号LC谐振放大电路。采用S9018三极管作为高频放大管，LC并联谐振回路作为谐振负载。考虑到放大倍数和通频带等因素，采用两级放大相串联的形式，每级放大35dB。
从放大器选择性的角度来看单谐回路的选择性不如双调谐回路，但是双调谐回路的调整相对比较麻烦，因此谐振负载仍采用单调谐回路。该种方案不仅价格便宜，电路简单，而且对于电路的调节也相对方便，因此我们选择方案二。
系统的总体框图如图1所示。
图1
二、理论分析与计算
按基本要求增益需要达到60dB ，因此增益部分采用两级串联放大。每级放大电路均使用单谐振回路谐振放大电路的典型接法，其中采用9018作为高频放大管。该放大电路的静态工作点主要由2R 、2W R 、3R 、6R 和CC V 确定，利用这种分压偏置方式可以很好的稳定工作点。对于小信号高频放大，为防止出现在波形失真本放大器工作电流CQ I 一 般取在2mA 左右，取Ω=5606R 。分压电阻3R 可利用式BQ BQ I V R )10~5/(3=求得，这里取电阻18ΩK 。而32]/)[(R V V V R BQ BQ CC -=，考虑调整静态电流CQ I 的方便电路用47ΩK 电阻和5.1ΩK 电位器相串联。单谐振回路中取H L μ2=，1n 取0.5，2n 取1，则pF
L
f C o 4.56)2(12==∑π。设计 1、衰减电路设计
衰减电路要对高频信号进行准确衰减同时必须进行阻抗匹配，不然就会形成驻波或反射，影响测量准确度。这里我们选用的是π型衰减器，衰减网络电路如图2所示。
图2    衰减器电路图
信号源输出阻抗和负载阻抗均为Ω=500R ，电压衰减倍数为100==out
in V V A ，in V 和out V 分别为衰减器的输入电压和输出电压，令R R R ==31，根据阻抗匹配条件，从in V 往右看对地阻抗等于信号源的输出阻抗0R ，即：
002)////(R R R R R =+                            （1） 再根据电压衰减倍数的要求out
in V V A =，即：      0
03////R R R R R V V A out in +==                            （2）
由（1）、（2）计算可得：
图5 通频带
测试结果分析：从测试数据可以看出，电路的通频带为30kHz ，且满足于带内波动不大于2dB.
3、矩形系数
测试仪器：信号发生器，示波器。
测试方法：仍采用逐点法。即先调谐放大器的谐振回路使其谐振，就是调谐到15MHz ，记下此时的输出电压o U ，计算出放大倍数， 然后改变高频信号发生器的频率（保持其输入电压i U  不变），并测出对
应的输出电压，计算出放大倍数。
1.0系数公式可求得7.43004.17.01.01.0===
k
M BW BW K 。 4衰减电路测试
测试仪器：信号发生器，示波器。
测试方法：用函数发生器产生有效值为50mV ,15MHz 的正弦波信号, 通过示波器观察到输出电压信号的波形。
测试结果：
五、总结
本设计由衰减电路，LC高频小信号谐振放大器及阻抗匹配等部分组成。使用 型电阻网络衰减器，实现了实现较理想阻抗变换并完成了衰减量的要求。高频谐振放大器采用由分立元件构成的两级放大，从而很好的实现了电压增益的要求，同时能改善了单级放大的矩形系数。由于利用单调谐，大大减化了调谐难度，并使谐振频率固定在15MHz。
衰减器原理，用途及设计
衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是：
（1）调整电路中信号的大小；
（2）在比较法测量电路中，可用来直读被测网络的衰减值；
（3）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。
通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的四端网络，它的特性阻抗、衰减都是与频率无关的常数，相移等于零。
实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。
1、固定衰减器的设计
常用的固定衰减器有L型、T型、X型和桥T型等几种结构，其电路形式和计算公式见表5.1-16。

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