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LC諧振放大器題目分析報(bào)告
報(bào)告填寫注意事項(xiàng) （1）任務(wù)描述和要求描述是按照題目將任務(wù)和要求闡述，可以直接參考原題目 （2）關(guān)鍵詞解釋分析是將任務(wù)和要求中的重點(diǎn)專業(yè)名詞先進(jìn)行理論解釋和原理說明，設(shè)計(jì)中采用的實(shí)現(xiàn)方法是針對(duì)理論和原理在系統(tǒng)中采用的實(shí)現(xiàn)手段，包括方法選擇，器件要求，功能設(shè)定 |
參賽隊(duì)員：
題目：LC諧振放大器 - 任務(wù)描述：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)低壓、低功耗 LC 諧振放大器；為便于測(cè)試，在放大器的輸入端插入一個(gè) 40dB 固定衰減器。
名詞解釋：功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。衰減器廣泛用于需要功率電平調(diào)整的各種場(chǎng)合。
設(shè)計(jì)擬采用的實(shí)現(xiàn)方法：有兩種方案，運(yùn)用集成運(yùn)放或者無源電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。考慮到題目要求的低功耗，集成運(yùn)放不滿足且受帶寬增益積的限制，很難達(dá)到頻帶與放大器相適應(yīng)的要求。而無源電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路簡(jiǎn)單，功耗小，噪聲小，幅度呈線性衰減。故采用無源電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。
名詞解釋：LC諧振放大器由主要由電容和電感組成，在交流電的作用下，電容電感不斷充放電，當(dāng)達(dá)到諧振頻率時(shí)，電路感抗等于容抗，呈電阻性，電源電壓全部加在電阻上（對(duì)串聯(lián)諧振而言），此時(shí)電容兩端電壓可以加到很大，實(shí)現(xiàn)放大。
設(shè)計(jì)擬采用的實(shí)現(xiàn)方法：有兩種方案，運(yùn)用分立元件組成放大器和集成運(yùn)放放大器。雖然集成運(yùn)放簡(jiǎn)單，但不容易滿足題目給的增益、功耗、諧振頻率等要求。用分離元件雖復(fù)雜，但較為靈活，成本也低。因此采用分立元件放大電路進(jìn)行放大。 - 基本要求（可將幾個(gè)簡(jiǎn)單要求合并，如果要求繁多，可依此擴(kuò)展）
（1） 要求描述：衰減器指標(biāo)：衰減量 40±2dB，特性阻抗 50Ω，頻帶與放大器相適應(yīng)。 關(guān)鍵詞解釋分析： A.衰減量特性阻抗：衰減量指接入衰減器后的輸出功率與未接衰減器的輸出功率之比的dB值。特性阻抗指從衰減器輸入端看進(jìn)去的輸入電阻。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法： - 搭建衰減電阻網(wǎng)絡(luò)，采用對(duì)稱Pi型。
- 計(jì)算參數(shù)：A=-40dB
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電路圖如圖：
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*注意：要使用千分之一精密電阻，提高精度，減小溫漂等。 B．頻帶與放大器相適應(yīng)： 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法： 為了使衰減器的頻帶與放大器相適應(yīng)，在信號(hào)衰減后接LC選頻。 （2）要求描述：諧振頻率：f0=15MHz；允許偏差±100kHz； 關(guān)鍵詞解釋分析： C. 諧振頻率 ：放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率f0稱為放大器的諧振頻率 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法： 要滿足
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，，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；C為調(diào)諧回路的總電容。當(dāng)f0=15MHz，如果取L=4.7uH，則理論上C=24pF。 *注意：經(jīng)查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)實(shí)際諧振頻率小于計(jì)算的頻率，理論和實(shí)際有所差別，有時(shí)候會(huì)差幾十倍。因此要找另一種方法輔助確定諧振頻率。可以在放大器輸入端加一幅度恒定的信號(hào)，然后改變其頻率，用示波器觀察輸出信號(hào)在哪一頻率下最大，從而找到諧振頻率，然后進(jìn)一步確定所需頻率的調(diào)諧回路的電感電容值的大小，反復(fù)調(diào)試。 （3）要求描述：增益：不小于 60dB； 關(guān)鍵詞解釋分析： D.增益 ：放大器諧振時(shí)，輸出電壓和輸入電壓之比。放大60dB就是放大起碼1000倍。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：采用分立元件搭建，第一級(jí)電路圖如下：
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*注意：因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)較大放大倍數(shù)，而單級(jí)三極管放大倍數(shù)有限，所以輸入處先放大一定倍數(shù)，主電路要采用二級(jí)放大，級(jí)與級(jí)之間可用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓，保證后級(jí)輸入信號(hào)穩(wěn)定性。不使用運(yùn)放是因?yàn)椴蝗菀诐M足題目給的增益、功耗、諧振頻率等要求。 （4）要求描述：−3dB 帶寬：2Δf0.7=300kHz；帶內(nèi)波動(dòng)不大于 2dB； 關(guān)鍵詞解釋分析：3dB帶寬指幅值等于最大值的二分之根號(hào)二倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：在輸出加上一個(gè)中心頻率15MHz頻率，-3dB帶寬300KHz的帶通濾波器。 （5）要求描述：輸入電阻：Rin=50Ω 關(guān)鍵詞解釋分析：輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻，定義為輸入電壓有效值Ui和輸入電流有效值Ii之比。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：調(diào)節(jié)第一級(jí)放大電路的偏置電阻。偏置電阻采用滑阻。 （6）要求描述：負(fù)載電阻為 200Ω，輸出電壓 1V 時(shí)，波形無明顯失真。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：根據(jù)輸出波形，微調(diào)工作點(diǎn)等等。 （7）要求描述：放大器使用 3.6V 穩(wěn)壓電源供電（電源自備）。最大不允許超過 360mW，盡可能減小功耗。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：為了使電源輸出的電壓盡可能穩(wěn)定且紋波很小，因此初步計(jì)劃購(gòu)買3.6V鋰電池。 (3) 基本要求總結(jié)： | | | | 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方法（硬軟件） | | | | | 采用pi型衰減電阻網(wǎng)絡(luò)，Rs=2.49K，R1=R2=51歐 | | | | | | | | | 三極管個(gè)數(shù)的選取，放大倍數(shù)與功耗的權(quán)衡 | 三極管選兩級(jí)（三級(jí)會(huì)自激，單級(jí)不夠），輸入端先做少許放大
| | | | | | | | | | 輸入處設(shè)滑阻，在保證工作在放大區(qū)前提下調(diào)節(jié) | | | | | 邊觀察波形邊調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn) | | | | | |
- 發(fā)揮部分（可將幾個(gè)簡(jiǎn)單要求合并，如果要求繁多，可依此擴(kuò)展）
（1） 要求描述：在-3dB 帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于 80dB。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：盡量提高增益。 （2）要求描述：在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數(shù) Kr0.1。 關(guān)鍵詞解釋分析： A.矩形系數(shù) ：矩形系數(shù)描述了濾波器在截止頻率附近響應(yīng)曲線變化的陡峭程度，它的值是60dB帶寬與3dB帶寬的比值。矩形系數(shù)越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法：多次濾波或調(diào)諧放大器。 （3）要求描述：設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)增益控制（AGC）電路。AGC 控制范圍大于 40 dB。AGC 控制范圍為 20log(Vomin/Vimin)－20log(Vomax/Vimax)（dB）。 關(guān)鍵詞解釋分析： B.自動(dòng)增益控制（AGC）電路：自動(dòng)增益控制(即AGC)的作用是當(dāng)信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，使其增益自動(dòng)降低；當(dāng)信號(hào)較弱時(shí)又使增益自動(dòng)增高，從而保證輸出信號(hào)基本穩(wěn)定。 設(shè)計(jì)中的注意點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法： - 在末級(jí)輸出端前加濾波器，將信號(hào)濾為直流信號(hào)。
- 通過反饋電阻將該直流信號(hào)反饋至第一級(jí)輸入端，調(diào)節(jié)基極電位來調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。
(3) 發(fā)揮部分總結(jié)： | | | | 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方法（硬軟件） | | | | | | | | | | 多次濾波或者參考網(wǎng)上的調(diào)諧放大。 | | | | | 電壓負(fù)反饋調(diào)節(jié)偏執(zhí)電壓
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