LC振蕩電路課件

LC諧振放大器（D題）太原師范學院李晶晶王瑩王亞慧指導教師：陳雪摘要：本設(shè)計利用OPA355增益帶寬放大器來實現(xiàn)增益的主控制，通過匹配網(wǎng)絡(luò)的配合獲取合適的輸入、輸出電阻，保證放大器的正常放大，提高電路的穩(wěn)定性和精確度。輸入部分采用一階Ｔ型衰減電路作為輸入級，以獲得系統(tǒng)要求的的４０ｄＢ的信號衰減。信號源與放大器間連一匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)電路的５０Ω輸入電阻，滿足放大器的工作要求。諧振部分采用ＬＣ串聯(lián)電路進行電路的濾波，得到中心頻率為１５ＭＨｚ的信號。設(shè)計并制作了滿足６０ｄＢ增益和３００ｋＨｚ帶寬的放大電路

衰減電路設(shè)計方案一：采用運算放大器組成的反相衰減器，實現(xiàn)40dB的信號衰減，。Rf與Ri在1k到100k之間選擇。電路設(shè)計簡單、操作性強，但輸入阻抗不匹配，且不能保證高頻信號的有效工作。因此設(shè)計中不采用此方案。

方案二：采用二極管衰減電路，實現(xiàn)40dB的信號衰減。PIN二極管的最大與最小的電阻特性被充分利用。然而在衰減器中使用的PIN二極管是有限的，因此設(shè)計中不采用此方案。

方案三：采用一階T型衰減電路，實現(xiàn)40dB的信號衰減。其結(jié)構(gòu)相對簡單，且具有良好的對稱性，可實現(xiàn)有效的40dB的信號衰減，且實際中具有操作性強、精確度高的優(yōu)點，因此，本設(shè)計采用此方案。放大級設(shè)計方案一：放大器前端采用高增益放大器。此運放所需器件少，連接方便，但是帶寬較窄、噪聲干擾大，電路實際運用效果不理想。因此，設(shè)計中不采用此方案。方案二：放大器的前置放大采用差動輸入的三運放。此運放放大倍數(shù)高，但由于需采用過多的運放和分立元件，穩(wěn)定先難以保證，調(diào)試也有很大困難，因此，設(shè)計中不采用此方案。方案三：采用OPA355三級放大電路，實現(xiàn)系統(tǒng)要求的增益與帶寬。電路增益可達到60dB,同時OPA355功耗較低、低噪聲、精確度高。因此，在本設(shè)計的放大部分采用此方案。選頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：方案一：采用石英晶體正弦波振蕩電路，一般情況下，機械振動的振幅和交變電場的振幅都非常小。但是，當交變電場頻率為一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振。因此，設(shè)計中不采用此方案。方案二：采用電感反饋式振蕩電路，此電路中，N2與N1之間耦合緊密，振幅大；當C采用可變電容時，可獲得調(diào)節(jié)范圍內(nèi)較寬的振蕩頻率。但是，由于反饋低壓取自電感，對高頻信號具有較大的電抗，輸出電壓波形中常含有高次諧波，由于系統(tǒng)對波形的較高要求，設(shè)計中不采用此方案。方案三：采用一階LC串聯(lián)電路，進行信號的濾波，通信電路中用到的諧振電路多為窄帶電路，即ω與ω0很接近，實現(xiàn)中心頻率為15MHz的系統(tǒng)要求，電路設(shè)計相對簡單，波形較好，抗干擾能力強。本設(shè)計中，對高頻小信號此方案的要求可以保證。因此，本設(shè)計采用此方案。方案描述理論分析與計算衰減器指標：系統(tǒng)要求衰減系數(shù)為40dB，本設(shè)計采用一階T型網(wǎng)絡(luò),以特性阻抗為50Ω，根據(jù)參數(shù)計算公式:得

從輸入端看進去的輸入電阻應等于輸出電阻，即可得：

又根據(jù)電路輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系得；聯(lián)立得：

和放大器增益：系統(tǒng)要求的增益為60dB以上，電路采用三級放大，利用反饋回路調(diào)節(jié)每級放大倍數(shù)為10，使放大器總體增益達60dB

。電路總增益：G=103=1000=60dB一級放大：=-500Ω／50Ω=-10

諧振頻率：諧振回路的自由振蕩頻率與放大器輸入信號頻率相同時，放大器處于諧振工作狀態(tài)，此時的頻率即為諧振頻率記為,且有,此時諧振回路成呈現(xiàn)純阻性，放大器具有最高增益。系統(tǒng)要求得：頻帶內(nèi)相應波動控制：通頻帶內(nèi)的增益波動主要是由于寄生電容和其它雜散參數(shù)產(chǎn)生的。為了使得,系統(tǒng)有精確的放大倍數(shù)，因此抗干擾措施必須要做的很好才能避免增益的波動。本電路采用的控制方法如下：⑴選用性能優(yōu)越的OPA355集成運放為放大核心,。⑵非常小心電路的PCB電路的布板。特別是輸出級前置運放的反向輸入端的的寄生電容，必須把其引腳下的敷銅去除。

帶寬與矩形系數(shù)：矩形系數(shù)描述了濾波器在截止頻率附近響應曲線變化的陡峭程度，它的值是60dB帶寬與3dB帶寬的比值。是表征放大器選擇性好壞的一個參量。設(shè)計中放大的中心頻率為15MHz,系統(tǒng)要求的帶寬的為300KHz,根據(jù)LC諧振放大器大的矩形系數(shù)公式：由放大電路的參數(shù)設(shè)計，得矩形系數(shù)≤10單元電路設(shè)計輸入級設(shè)計：本電路采用一階T型衰減電路，實現(xiàn)40dB的信號衰減。電路特性阻抗為50Ω放大級設(shè)計：采用OPA355三級級聯(lián)式電路作為放大電路，通過反饋電路調(diào)節(jié)增益為每級10倍放大，增益達到系統(tǒng)要求的60B。電路圖如下；輸出級設(shè)計：輸出級采用LC濾波電路，得到中心頻率為15MHz的信號。電路圖如下：設(shè)計電路圖電路仿真分析：電路采用multisim仿真軟件仿真，經(jīng)過計算與調(diào)試，得電路元器件參數(shù):放大級部分輸入電壓VP-P為40μv,輸出電壓VP-P為83.377mv。諧振濾波部分：電路板制作與調(diào)試

電路板制作：設(shè)計中首先繪制PCB的原理圖與印制電路圖，經(jīng)過熱轉(zhuǎn)印得到印件，再通過腐蝕電路得到印制電路板，最后焊接各元器件與飛線，完成電路板的制作。電壓放大倍數(shù)與輸出的動態(tài)范圍測試：通過函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個小幅值電壓信號作為輸入，用示波器來檢測其輸出電壓波形，讀取輸出波形的幅值得到增益。-3dB帶寬測（理論帶寬為300KHz）：記諧振時電路的輸出電壓幅值為Vo1，