高频lc谐振功率放大器性能实验报告_高频小信号的低功耗LC谐振放大器电路设计思路

介绍

高频小信号放大器是放大中心频率为几百兆赫到几百千兆赫的高频小信号的放大器。它在通信电子系统中起着重要的作用，通常用在广播、电视、通信、雷达等无线通信的前端接收机中，对接收机的灵敏度、抗干扰性和选择性有着关键的影响。

高频小信号放大的原理很简单，但在实践中很难做到。最常见的问题是自激振荡，级间的频率选择和阻抗匹配也很难实现。因此，设计电路时要考虑电源滤波器、去耦电路、级间耦合电路、阻抗匹配电路、匹配电路对整个电路的影响。

本文需要设计和制作一个低功耗的LC谐振放大器。要求如下：(1)谐振频率f0=12MHz，允许偏差为100kHz(2)增益不低于40dB(3)输入电阻Rin=50(4)在放大器的输入端插入一个40dB的固定衰减器，特性阻抗为50。为了方便放大器的设计，采用NI Multisim电路仿真软件进行辅助设计。

1系统方案设计

高频小信号放大器主要由衰减网络模块、LC谐振放大模块、电压跟随器模块和电源模块组成。工作流程如下：信号经过衰减网络后得到微弱信号，通过电压跟随器进行阻抗匹配，然后输入第一级放大电路。放大后的信号还可以在通过电压放大器进行阻抗匹配的同时进行放大，然后经过第二级放大电路，实现高增益、低损耗的LC谐振放大功能。系统框图如图1所示：

图1系统框图

2模块分析

2.1衰减网络模块

衰减器是一种在特定频率范围内引入预定衰减的电路，通常用引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来表示。经典衰减器有型、T型、桥式衰减器，衰减效果都很好，但对于高频小信号，型或T型网络更适合无源衰减网络。本文选择型阻性网络进行衰减，如图2所示：

图2 型衰减网络图

2.2 LC谐振放大器模块

LC谐振放大器由LC谐振电路和放大器组成，可以用来选择有用的频率信号并放大。谐振部分采用经典的无源LC并联谐振电路，利用电容和电感的电抗随频率变化的原理组成，电路简单稳定。这个模块的另一部分是放大，也是关键的一步。该设计要求使用3.6V稳压电源和功耗不超过360mW的放大器。根据要求，本文选用低功耗的2N2222晶体管对高频小信号进行放大，通过两级放大达到增益要求。放大电路如图3所示：

图3放大电路图

2.3电压跟踪模块

电压跟随器是一种输出电压与输入电压相同的放大器，即放大倍数始终小于和接近1。电压跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，在电路中可以起到缓冲、隔离、提高负载能力和阻抗匹配的作用。本文利用电压跟随器方便地设计了两级放大电路之间的匹配电路，同时也起到了隔离的作用。本文设计的电压跟随器由运算放大器OPA355和两个阻值相等的电阻组成。电压跟随电路如图4所示：

图4电压跟随电路图

2.4电源模块

为了给放大电路和跟随电路提供稳压电源，本文采用LM317稳压芯片设计了一个3.6V稳压DC电源。电路如图5所示：

图5电源电路图

3电路模拟和测试

整个电路如图6所示，并给出了仿真结果

电路由protel绘制，PCB板制作，并增加了一些屏蔽措施，防止外界干扰和级间串扰。端口采用带SMA连接器的高频屏蔽同轴电缆，高频信号发生器使用EE1412F合成(DDS)函数信号发生器，示波器使用TDS2012B进行测试。当输入信号为12MHz和1mVrms时，两级放大器的电压增益分别为19dB和22dB，最终负载上的电压增益可达41dB，波形无明显失真，满足设计要求。