LC振蕩電路課件

LC諧振放大器（D題）太原師范學(xué)院李晶晶王瑩王亞慧指導(dǎo)教師：陳雪摘要：本設(shè)計(jì)利用OPA355增益帶寬放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)增益的主控制，通過(guò)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(jí)，以獲得系統(tǒng)要求的的４０ｄＢ的信號(hào)衰減。信號(hào)源與放大器間連一匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(jìn)行電路的濾波，得到中心頻率為１５ＭＨｚ的信號(hào)。設(shè)計(jì)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(jì)方案一：采用運(yùn)算放大器組成的反相衰減器，實(shí)現(xiàn)40dB的信號(hào)衰減，。Rf與Ri在1k到100k之間選擇。電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)，但輸入阻抗不匹配，且不能保證高頻信號(hào)的有效工作。因此設(shè)計(jì)中不采用此方案。

方案二：采用二極管衰減電路，實(shí)現(xiàn)40dB的信號(hào)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(jì)中不采用此方案。

方案三：采用一階T型衰減電路，實(shí)現(xiàn)40dB的信號(hào)衰減。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且具有良好的對(duì)稱(chēng)性，可實(shí)現(xiàn)有效的40dB的信號(hào)衰減，且實(shí)際中具有操作性強(qiáng)、精確度高的優(yōu)點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)采用此方案。放大級(jí)設(shè)計(jì)方案一：放大器前端采用高增益放大器。此運(yùn)放所需器件少，連接方便，但是帶寬較窄、噪聲干擾大，電路實(shí)際運(yùn)用效果不理想。因此，設(shè)計(jì)中不采用此方案。方案二：放大器的前置放大采用差動(dòng)輸入的三運(yùn)放。此運(yùn)放放大倍數(shù)高，但由于需采用過(guò)多的運(yùn)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(jì)中不采用此方案。方案三：采用OPA355三級(jí)放大電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的增益與帶寬。電路增益可達(dá)到60dB,同時(shí)OPA355功耗較低、低噪聲、精確度高。因此，在本設(shè)計(jì)的放大部分采用此方案。選頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：方案一：采用石英晶體正弦波振蕩電路，一般情況下，機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)頻率為一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振。因此，設(shè)計(jì)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(dāng)C采用可變電容時(shí)，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(duì)高頻信號(hào)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(duì)波形的較高要求，設(shè)計(jì)中不采用此方案。方案三：采用一階LC串聯(lián)電路，進(jìn)行信號(hào)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(shí)現(xiàn)中心頻率為15MHz的系統(tǒng)要求，電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，波形較好，抗干擾能力強(qiáng)。本設(shè)計(jì)中，對(duì)高頻小信號(hào)此方案的要求可以保證。因此，本設(shè)計(jì)采用此方案。方案描述理論分析與計(jì)算衰減器指標(biāo)：系統(tǒng)要求衰減系數(shù)為40dB，本設(shè)計(jì)采用一階T型網(wǎng)絡(luò),以特性阻抗為50Ω，根據(jù)參數(shù)計(jì)算公式:得

從輸入端看進(jìn)去的輸入電阻應(yīng)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(jí)放大，利用反饋回路調(diào)節(jié)每級(jí)放大倍數(shù)為10，使放大器總體增益達(dá)60dB

。電路總增益：G=103=1000=60dB一級(jí)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(hào)頻率相同時(shí)，放大器處于諧振工作狀態(tài)，此時(shí)的頻率即為諧振頻率記為,且有,此時(shí)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(yīng)波動(dòng)控制：通頻帶內(nèi)的增益波動(dòng)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(dòng)。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(yùn)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(jí)前置運(yùn)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(yīng)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(gè)參量。設(shè)計(jì)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(jì)，得矩形系數(shù)≤10單元電路設(shè)計(jì)輸入級(jí)設(shè)計(jì)：本電路采用一階T型衰減電路，實(shí)現(xiàn)40dB的信號(hào)衰減。電路特性阻抗為50Ω放大級(jí)設(shè)計(jì)：采用OPA355三級(jí)級(jí)聯(lián)式電路作為放大電路，通過(guò)反饋電路調(diào)節(jié)增益為每級(jí)10倍放大，增益達(dá)到系統(tǒng)要求的60B。電路圖如下；輸出級(jí)設(shè)計(jì)：輸出級(jí)采用LC濾波電路，得到中心頻率為15MHz的信號(hào)。電路圖如下：設(shè)計(jì)電路圖電路仿真分析：電路采用multisim仿真軟件仿真，經(jīng)過(guò)計(jì)算與調(diào)試，得電路元器件參數(shù):放大級(jí)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(jì)中首先繪制PCB的原理圖與印制電路圖，經(jīng)過(guò)熱轉(zhuǎn)印得到印件，再通過(guò)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(dòng)態(tài)范圍測(cè)試：通過(guò)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)小幅值電壓信號(hào)作為輸入，用示波器來(lái)檢測(cè)其輸出電壓波形，讀取輸出波形的幅值得到增益。-3dB帶寬測(cè)（理論帶寬為300KHz）：記諧振時(shí)電路的輸出電壓幅值為Vo1，