LC谐振放大器

1、【摘 要】 调谐放大器常指各种发射机和接收机的电压放大器，其作用是将所接收的射频信号或变频后的中频信号进行放大，以达到高频功放或检波电路所需要的幅度。其特点往往是以并联LC 波电路所需要的幅度。其特点往往是以并联LC 为负载的甲类窄带放大，甲类窄带放大基本要求是： 1增益高、常用多级级联。 2频率选择性好。 3稳定性好。 4 噪声低， 因该部分常处在接收机的前端，整机S/N影响较大，常用噪声系数衡量。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，这就要用高频谐振放

2、大器将信号放大到所需的发射功率；在接受设备中，从天线上感应到的信号是非常微弱的，一般在UV级，要将传送的信号恢复出来，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。高频功率放大器的主要功能是放大高频信号，并且以高效输出大功率为目的。它主要应用于各种无线电发射机中。发射机中的振荡器产生的信号功率很小，需要经过多级功率放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去。已知能量（功率）是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质是在在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率，因此除要求高频功放产生符合要求的高频功率外，还应要求具有尽可能高的转换效率。应当指出，尽管高频功放和低频功放的共同特点都

3、要求输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度相差很大，因此存在着本质的区别。低频功放的工作频率低，但相对频带很宽。工作频率一般在20-20000Hz，高频端与低频端之差达1000倍。所以，低频功放的负载不能采用调谐负载，而要用电阻，变压器等非调谐负载。而高频功放的工作频率很高，可由几百千赫到几百兆赫，甚至几万兆赫，但相对频带一般很窄。例如调幅广播电台的频带宽度为9kHz，若中心频率取900kHz，则相对频带宽度仅为1%。因此高频功放一般都采用选频网络作为负载，故也称为谐振功率放大器。近年来，为了简化调谐，设计了宽带高频功放，如同宽带小信号放大器一样，其负载采用传输线变压器或其他宽带匹

4、配电路，宽带功放常用在中心频率多变化的通信电台中。低频功率放大器可以工作在甲类状态，也可以工作在乙类状态，或甲乙类状态。乙类状态要比甲类状态效率高。为了提高效率，高频功放多工作在丙类状态。为了进一步提高高频功放的效率，近年来又出现了D类，E类和S类等开关型高频功率放大器。关键词：LC谐振放大器、高频小信号功率放大器前言1、任务设计并制作一个LC谐振放大器。 2、要求 设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器；为便于测试，在放大器的输入端出入一个40dB固定衰减器。 基本要求 （1）衰减器指标：衰减量40±2dB，特性阻抗50，频带与放大器相适应。（2）放大器指标：a） 谐振频率：f0

5、 =15MHz；允许偏差±100kHz；b） 增益：不小于60dB；c）3dB 带宽：2f0.7 =300kHz；带内波动不大于2dB；d） 输入电阻：Rin=50；e） 失真：负载电阻为200，输出电压1V 时，波形无明显失（3）放大器使用3.6V 稳压电源供电（电源自备）。最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗真。发挥部分（1）在-3dB 带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。（2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。（3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。AGC 控制范围大于40 dB。AGC 控制范围为20log(Vomin/Vimin)20log

6、(Vomax/Vimax)（dB）。（4）其他。一、 系统方案设计4111.放大器方案的选择（1）采用三极管进行放大，利用三极管多级放大原理 Au=Au1Au2Aun 根据三极管的多级放大特性，在计算各级电路的电压放大倍数时，必须考虑后级的输入电阻对前级电路电压放大倍数的影响。（2）采用通用集成块 TL084 进行放大，根据集成运放同向输入比例运算原理411Au=1+Rf/R其中 Rf 为反馈电阻，R 为反向接地端，改变 R 与 Rf 的值即可以改变放大 倍数。也可以采用多级放大Au=Au1Au2Aun由于集成运放的静态工作点比三极管的计算，输入阻抗高，可以减少后级 的输入对前级电压放大倍数的

7、影响。所以在此选择方案二。2 LC谐振功率放大器原理2.1原理电路图1 谐振功率放大器的基本电路图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管，它能承受高电压和大电流，并有较高的特征频率。晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流iB，iB控制了较大的集电极电流iC，iC流过谐振回路产生高频功率输出，从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。为了使高频功放以高效输出大功率，常选在丙类状态下工作，为了保证在丙类工作，基极偏置电压应使晶体管工作在截

8、止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号，一般在0.5V以上，可达1到2V，甚至更大。 晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。线路特点：(1) LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。(2)电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；基极负偏压（或零偏压）。关系式：（1）外部电路关系式： (2)晶体管的内部特性: (3)（半）导通角： 根据晶体管的转移特性曲线可得：Ubmcosx=|UBB| +UBB=arccos(UBB+UBB)/Ubm 即集电极的导通角是由输入回路决定的。必须强调指出：集电极电流ic虽然是脉冲状

9、，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。2.2高频功率放大器的特性曲线图2 谐振功率放大器的转移特性曲线 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之一部分转变为交流信号功率输出去，另一部分功率以热能形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。根据能量守衡定理： 直流功率：输出交流功率：-回路两端的基频电压 -基频电流 -回路的负载阻抗 图解分析法的步骤： (1)测出晶体管的转移特性曲线及输出特性曲线，并将这两组曲线折线化处理；(2)作出不同工作状态下的动态特性曲线；(3)根据激励电压的大小在特性曲线上画出对应输出电压和电流脉冲的波形；(

10、4)分析功放的外部特性，即分析放大器的外部供电电压或负载的变化将如何影响输出电压、输出电流、输出功率、效率等指标的。晶体管的特性曲线及其特性方程：由图可见，在放大区，有转移特性方程：所以，集电极电流随激励而正向变化。在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。因此有临界线方程：在截止区，有方程： (当 时) 图3 晶体管的输入和输出特性曲线 谐振功率放大器的动态特性曲线（负载线）高频放大器的工作状态是由负载阻抗、激励电压、供电电压等4个参量决定的。如果, 3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随而变化的特性，就叫做放大器的

11、负载特性。所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的反作用后，所获得的 的关系曲线就叫做动态特性。2.3功率放大器的三种工作状态在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种情况：(1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方(2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区(3)临界工作状态：欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。2.4高频功率放大器的外部特性 高频放大器的负载阻抗、激励电压、供电电压、4个外部变量会影响放大器的工作状态、功率及效率等。对应的影响关系分别为：RL欠压区过压区临界区Ic1IcoUc1

12、PoRL欠压区过压区临界区PDPc图5 高频功率放大器的负载特性UcmIcmlIcoUbm过压临界欠压O图6 高频功率放大器的振幅特性图7 高频功率3.2高频LC谐振功率放大器设计电路功率放大器设计元器件电路仿真图放大倍数测量电源电路设计衰减器设计电路衰减模块所需元器件：设计所需元器件：电阻、电容、可变电容、电感、电位器、变压器、整流桥、漆包线测试所需仪表仪器：示波器、信号源、电源 三、结论与心得为期四天的电子设计竞赛已经结束，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程是艰难的，结果是收获的。这就是我们这四天来最大的感受。我们是在发现问题和解决问题中不断进步的。在此次竞赛中我们遇到了很多困难和

13、问题，同伴们共同努力，辛苦钻研、学习，最终克服了很多困难，使问题得到了解决。通过这四天的学习，我们都发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，理论知识还需丰富，实践动手能力还需提高。经过这次竞赛，我们对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我们学到了不少实用的东西，对于一些专业基础知识有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。本次电子竞赛不但锻炼了我们最基本的电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了理论知识在实际中的应用。电子设计竞赛是培养 综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要机会，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这

14、次竞赛，加深了对电子电路知识的理解，并锻炼了实践动手能力，具备了放大器电路的基本设计能力和基本调试能力，能够正确的使用实验仪器。回顾起此次电子竞赛，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整四天三夜里，乐意说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过得知识，而且学到了很多在书本上所没有学到的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实践动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说是困难重重，对以前所学过的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。这次竞赛也锻炼了我独立思考的能力，并且要求我在设计过程中必须认真思考，不能马虎。建议：迫切建议增加类似实践活动，同时应将实践活动，贯穿到整个学习之中，即增实验的学时，使得学到的理论知识都能更好、更多的应用到实践当中去。在现如今的高速发展的电子领域中，大部分工作都不是一个人所能完成的，因此可以看出团队合作尤其重要，因此希望在以后的实践中能够增加些团队合作的项目与课题，在增加自己个人的动手实践能力的同时，也应该注重团队的配合。参考文献1 曾兴文，刘乃安，陈健.高频电子线路M.北京：高等教育出版社，20072 张肃文等.