LC谐振放大器（D题）目录摘要 (2)一、方案论证与比较 (3)1、总体设计方案 (3)2、衰减器部分方案与选择 (3)3、LC谐振选频网络 (3)4、AGC自动增益控制 (4)二、硬件单元电路部分 (4)1、固定衰减器 (4)2、LC谐振 (4)3、固定增益放大 (5)4、AGC可控增益放大 (5)三、理论分析与计算 (6)1、LC谐振部分参数 (6)2、系统总增益 (6)3、带宽与矩形系数 (7)四、测试方案与测试结果及分析 (7)1、调试与测试所用仪器 (7)2、测试条件` (7)3、测试方法、测试数据及测试结果分析 (7)五、总结 (9)六、参考文献 (9)七、附录 (10)LC谐振放大器（D题）摘要本系统以硬件电路为主体，主要由双π衰减电路、LC谐振放大电路、固定增益模块、AGC自动增益控制模块组成。

双π衰减电路作为衰减器部分完成=15MHz为中心频率，带40 2dB的衰减量；LC谐振放大电路主要是选出以f宽为300kHz的频带；固定增益模块实现一定的增益以保证电路有大于等于40dB 的固定增益；AGC自动增益控制模块实现大于40dB的控制范围。

整个系统在低压、低功耗的条件下实现高频小信号的传输，放大器增益大于80dB，且在最大增益情况下尽可能减小矩形系数K。

1.0r关键词：双π衰减电路；LC谐振放大；AGC自动增益控制；一、方案论证与比较1、总体设计方案本系统设计完全由硬件电路实现，具体框图如图1-1所示：2、衰减器部分方案与选择方案一、采用现成的集成产品衰减器。

此方案不合本课题宗旨，故不采用。

方案二、采用有源衰减电路。

采用高频带运算放大器（如OPA642）搭建反向衰减电路，合理选择电阻阻值使其衰减倍数为40dB 。

但由于题目要求衰减器部分特性阻抗为50Ω，用运放搭建该衰减电路难以实现。

方案三、采用无源衰减网络。

该部分由纯电阻搭建，有两种基本电路模型T 型、Π型网络。

如上图（a ）为T 型网络，（b ）为Π型网络。

若衰减器的电压衰减倍数N=(21U U )和特性阻抗给定，则元件参数可由（2-1）式或（2-1）式决定。

对T 型网络有 R 1=NZ 21N *2c - 11*c 2-+=N N Z R （2-1）对Π型网络有 R 1=11-N *c +N Z 12*2c 2-=NN Z R （2-2）通常这种无源衰减网络接于信号源与负载之间，这种由纯电阻元件组成的四端网络，其特性阻抗、衰减值都是与频率无关的常数，相移等于零。

综上，我们选择方案三，搭建一个双Π型网络。

3、LC 谐振选频网络方案一、采用单级调谐放大器，即单级LC 谐振网络。

方案二、采用双调谐放大器，具有频带较宽、选择性较好的优点。

根据本课题要求矩形系数尽量小，故应尽量减小谐振频率周围的带宽。

而单级LC谐振网络即可达到一定的电压放大，且其谐振频率周围频带较窄，正好满足题目要求。

故我们选择方案一。

4、AGC自动增益控制方案一、采用增益带宽积大的运算放大器制作多级放大电路。

以OPA842和OP37为例，利用OPA842增益带宽积大的特点，使输入的小信号充分放大，在用OP37或其他高压运放放大至有效值10V。

这种方法采用电位器或者数字电位器连续调节放大倍数，设计简洁，但是要实现数字控制的可控对数增益很不方便。

方案二、采用基于DAC的PGA方法。

可以实现D/A芯片的电阻网络改变反馈电压控制电路增益，其功能类似于电位计。

放大器的增益准确度取决于DAC的分辨率和电路增益。

优点是便于实现数控，结构简单，控制方便。

但是增益增大时，对应的数字位也越小，增益准确度会降低，一般将增益限制在256倍以内。

但是由于我们所拥有的单片机系统的本身晶振频率只有72MHz，而本课题信号频率为15MHz，单片机D/A无法采集到精确的数据，难以实现软件控制。

方案三、采用集成宽带的可调增益放大器。

以VCA822为例，单片VCA822可以有最大58dB的可调增益范围，最大工作频带宽度可达150MHz，可以很好的满足要求。

对于程控方面的策略，同样因为单片机本身晶振频率与信号频率的原因而无法实现。

但我们可以通过在放大器加检波电路，通过硬件电路将输出的信号进行反馈，从而实现增益自动控制。

综上，我们采用方案三。

二、硬件单元电路部分1、固定衰减器本部分我们采用纯电阻电路搭建双Π型网络，根据题目要求实现的衰减倍数，通过实际参数计算，我们配出电路所需阻值。

在信号为任何频率时均满足其衰减量在40 2dB的范围内。

根据电路基本阻抗计算知识我们可得其特性阻抗为50Ω。

具体电路图如图2-1：图2-1 固定衰减器电路2、LC谐振这一部分我们采用单级调谐放大电路，具体电路如图2-2所示：图2-2 LC 谐振放大电路由LC 谐振部分和三极管放大部分组成一个谐振频率为15MHz 、反向放大的电路，调节10K 电位器是三极管9018工作在合适的静态工作点（V E =0.92V ）；图中2.2uH 、50p 、50p 可调电容三个元件构成谐振部分，调节20p 可调电容使得谐振频率为15MHz ；在集电极输出处的接一个小电容（22p ）防止高频自激现象；由51Ω和100p 电容构成的是一条全通滤波电路，主要是为了滤去谐振时产生的高次谐波；最后的3K 作为电路的假负载，为了使电路能正常工作。

对于2.2uH 的电感，为保证精度我们采用自行绕制的电感。

采用工作频率为30MHz 的工字磁芯，从而保证了信号频率为15MHz 的正常工作。

3、固定增益放大为了满足总增益大于80dB ，我们设计一个固定增益模块，使得固定增益模块与LC 谐振放大模块两级达到40dB 的固定增益。

本部分我们采用同相比例放大器，达到21倍放大。

具体电路如图2-3所示：图2-3 固定增益放大电路4、AGC 可控增益放大根据题目要求，这部分实现自动增益控制。

我们采用高带宽低功耗芯片VCA820，根据其芯片资料可知，当200=G R Ω、1=FR K Ω，控制电压G V 在0~2V之间变化时，可以实现-20~+20dB 的增益变化范围（V G =0V 时，增益为-20dB ；V G =2V 时，增益为+20dB ），后级再增加一级20dB 的固定增益，使得整个可控增益范围为0~40dB 。

将OPA820输出的电压通过高速二极管1N4150整流以及用OPA820芯片搭建的积分电路，将电位器调节到合适位置使控制电压G V 在0~2V 之间变化，从而控制增益变化。

具体电路如图2-4所示：图2-4 AGC 自动增益控制三、理论分析与计算1、LC 谐振部分参数定义B=w 2-1w =2∆f 7.0=300kHz 谐振频率π2w f 00==15MHz根据并联谐振特性，CL 00w 1w =,品质因数Q=LR 00w =C R B000w w =取C=51pF ，则L 0=2.2uH 2、系统总增益根据公式：增益=20lg 放大倍数 衰减器部分衰减量为40dB ；放大器部分：固定增益模块增益=20lg 21=26.44dBLC 谐振放大器增益=20lg 8-=18.06dBAGC 增益自动控制部分增益范围为40dB合计放大器部分增益为84.5dB>80dB,达到指标3、带宽与矩形系数谐振频率为0f =15MHz ，当输入信号频率为15MHz 时，系统放大倍数最大，输出信号幅值为m a x V 。

增大或减小信号频率则放大倍数减小，当输出幅值为0.7max V 时，对应频率21f f 、，由此得到-3dB 带宽2∆f 7.0=21f -f 。

继续增大或减小信号频率，当输出幅值为0.1max V 时，对应频率为43f f 、，由此得2∆f 1.0=43f -f ，最终得到矩形系数7.01.01.0r f 2f 2∆∆=K 。

四、测试方案与测试结果及分析测试时间：2011年9月3日；环境温度：31°C 3、测试方法、测试数据及测试结果分析 （1）40dB 固定衰减器部分测试方法：设定三个频率档13M 、15M 、16M ，记录三个频率档在不同输入信号幅值时的输出值，从而测定这部分的衰减量是否达标。

衰减量=20lg输入值输出值（dB ）记录数据如下表4-1所示：的题目要求。

（2）、幅频特性曲线测量测试方法：根据题目要求我们给定输入信号为4.80mV ，输出接200Ω负载时，测量不同频率下的输出值。

先测得谐振中心频率，此时增益为A 0v ，增大减小频率记录输出值，并作出幅频特性曲线。

记录数据如下表4-2所示：（放大倍数=v V A A ，谐振频率f=15.02MHz ）表4-2 幅频特性曲线图3-1 幅频特性曲线（3）、矩形系数结合图4-1和表4-2可知2 f 7.0=（15.165—14.870）*2=0.590MHz ，即—3dB 带宽为295kHz2∆f 1.0=（16.09—13.811）*2=4.558MHz矩形系数7.01.01.0r f 2f 2∆∆=K =7.725（4）、AGC 控制范围测试方法：单独测量AGC 模块电路，在输入信号频率为15MHz 时，给定不同幅值的输入信号，测得AGC 带200负载的输出电压，从而得到AGC 的控制范围。

记录数据如下表4-3所示：表4-3 AGC 测试范围数据数据分析：AGC 控制范围为20lg （minmin0i V V ）--20lg （maxmax0i V V ）（dB ）由表4-3可知，20lg5.71000*02.1=42.92dB ，所以AGC 控制范围为42.92dB~82.92dB 。

（5）、功耗测试测试方法：在电源输出处串联一个电流表，测得电流。

测得电流I=70mA ，由供电电源为U=3.6V 得，整个系统功耗为P=UI=252mW<360mW ，达到指标。

系统输出最大不失真电压为1.04V 。

五、总结本系统为高频小信号传输，通过一系列的硬件电路将小信号先进行衰减100倍，再由LC 谐振放大电路选出频率为15MHz 的信号进行放大，经过固定增益放大模块、AGC 自动增益控制模块最终将信号放大10000倍（80dB ）。

本设计着重于考察我们选取合适元件、最佳设计方案、以及硬件电路设计、焊接、调试等能力。

对于高频小信号的传输，要特别注意排除外界噪声干扰，对此我们在电源引入处、芯片电源引脚处都加有退耦电容，各模块之间的信号传输采用同轴电缆，同时在电路元件布局焊接时尽量使元器件紧凑，走线方向统一（不能形成环路）。

为达到题目低压低功耗的要求，我们自备3.6V 电源并尽量选择低压低功耗的元件。

四天三夜的的时间，我们收获颇多，在调试过程中我们通过不断的尝试、改换元器件、改换参数，力求达到最佳效果。

六、参考文献《电子技术基础—模拟部分》 主编 康华光 高等教育出版社 万方—数字化期刊七、附录附录一、完整电路图。