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LC谐振放大器

2011年全国大学生电子设计竞赛

LC 谐振放大器（D题）

【本科组】

2011年9月3日

摘要：LC谐振放大器是高频电子线路和无线通信系统的重要组成部分，是超外差接收机的前置放大电路，主要用于高频小信号放大。本设计主要由T型衰减网络、LC谐振放大器、自动增益控制（AGC）电路和电源模块组成。输入信号经过衰减网络衰减后，送入LC谐振放大器中，经过几级谐振回路的谐振放大后，输出一个具有一定幅度的稳定信号，在LC谐振放大器加上AGC自动增益控制电路，使得输出信号稳定。本系统经测试得到的数据显示，基本要求部分基本实现，而矩形系数能达到了2.14，基本达到了发挥部分中的矩形系数设计指标。

关键词：衰减网络谐振放大器调谐回路自动增益

Abstract:LC resonant circuit and the amplifier is the high-frequency electronic wireless communications system, an important part of the superheterodyne receiver preamplifier circuit, mainly for high-frequency small-signal amplification. The design of the hardware system consists of T-attenuator network, LC resonant amplifier, automatic gain control (AGC) circuit and power supply module. Attenuation of the input signal through the network attenuation, into the LC resonant amplifier, and after a few levels resonant circuit resonant amplification, the output of a certain level of stability of the signal, the LC resonant amplifier with automatic gain control AGC circuit, making the output signal stability . The system hardware has been tested data show that some of the basic realization of the basic requirements, and achieve a 2.14 coefficient of the rectangle, reaches to play a part in the rectangular factor design specifications.

Keywords: attenuation network resonant circuit amplifier automatic gain tuning

1系统方案 (1)

1.1 谐振放大器电路的论证与选择 (1)

1.2 衰减器的论证与选择 (1)

1.3 自动增益控制电路（AGC）的论证与选择 (1)

1.4 电源的论证与选择 (2)

2系统理论分析与计算 (2)

2.1 衰减器的分析与计算 (2)

2.2谐振放大器电路的理论分析与计算 (3)

2.2.1 谐振放大电路的谐振回路参数确定 (3)

2.2.2谐振放大电路的增益分析 (3)

2.2.3放大电路的带宽分析 (7)

2.2.4放大电路的矩形系数分 (7)

2.2.5 放大电路的稳定性分析 (8)

2.3 自动增益控制电路（AGC）的分析 (9)

2.3.1 AGC的控制特性 (9)

2.3.2响应时间 (9)

2.3.3 动态范围 (9)

3电路设计 (10)

3.1系统总体框图 (10)

3.2 LC谐振放大器子系统框图与电路原理图 (11)

3.3 自动增益控制（AGC）电路子系统框图与电路原理图 (11)

3.4电源 (12)

4测试方案与测试结果 (12)

4.1测试方案 (12)

4.1.1 调试方法 (12)

4.1.2 测试方法 (13)

4.2 测试条件与仪器 (14)

4.3 测试结果及分析 (14)

4.3.1硬件电路测试数据 (14)

表一 (14)

4.3.2测试分析与结论 (15)

参考文献 (15)

附录1：电路原理图 (16)

LC 谐振放大器（D题）

【本科组】

1系统方案

本系统通过采用分立元件搭建多级谐振放大电路实现，整个硬件系统主要由衰减器模块、LC调谐放大器模块、自动增益控制模块（AGC）模块、电源模块组成。

1.1 谐振放大器电路的论证与选择

方案一：采用集成运放实现。使用集成运放（如OPA355）加上集总滤波电路，构成放大器电路，其频带、谐振频率和增益都能达到要求，但是不符合题目的LC谐振放大的要求，而且不能很好的与发挥部分中的AGC电路衔接，所以不宜采用该方案。

方案二：采用多级单调谐放大电路的级联实现。单调谐放大电路其输出信号失真大，电路增益和通频带的矛盾比较突出，矩形系数远大于1，邻道选择性较差，而且级间相互干扰较大不易调节，所以不宜采用该方案。

方案三：采用单调谐和双调谐的混合放大电路实现。双调谐放大电路比单调谐放大电路具有更好的通频带和选择性，而且可以工作在弱过耦合和临界耦合状态，所以前级采用双调谐，并使电路工作在弱过耦合或临界耦合状态，后面加一级单调谐电路对前级双调谐放大电路的中心频率进行补偿，这样能够很好的实现题中的中频、增益和带宽要求。

综合以上三种方案以及电路的设计要求，本设计选择方案三。

1.2 衰减器的论证与选择

方案一：采用增益可变的运放芯片构成。如VCA810是增益±40dB可调放大器，恒定带宽达到35MHz，能够构成一个40dB且带宽到达15MHz的固定衰减器，衰减dB数稳定，抗干扰能力强，但该芯片价格高，并且需输入正负电源供电，与题意不符。

方案二：采用分立元件构成。利用三个纯精密电阻构成T型衰减网络能够达到40dB 的衰减器，特性阻抗为50Ω，频带能够达到15MHz，该电路设计简单，调试简单，成本低，不需加电源，降低了系统的功耗。

综合以上两种方案以及电路的设计要求，本设计选择方案二。

1.3 自动增益控制电路（AGC）的论证与选择

方案一：采用延时式自动增益控制电路。当输入信号很小时，由于延迟电压的存在，输入信号达不到AGC检波器的二极管导通要求，所以不会有AGC电压输出，因而AGC 不能起到相应的作用。而且延时式自动增益控制电路硬件复杂，电路调节困难。

方案二：采用简单的自动增益控制电路。简单的自动增益控制电路没有延迟控制电压的作用，使得本系统对小信号的放大变得更加灵敏，能及时响应小信号的变化自动调节电路增益。而且该方案电路实现简单，只需正电源，调试也相对方便。

综合以上两种方案以及电路的设计要求，本设计采用方案二。

1.4 电源的论证与选择

方案一：采用新型稳压芯片HT7536实现。这种稳压芯片是采用COMS 技术的三端口高电流低电压稳压器，能输出100mA 电流，允许输入电压可达24V 。能输出从3.0V ～5.0V 的几种稳定电压，但是考虑到系统只需要一个3.6V 的电源电压，而且消耗的功率比较小，不需要输出这么大的功率，所以不采用此方案。

方案二：采用输出电压可调的集成稳压块LM317，产生一个3.6V 的直流电压。由于LM317电路中引入了深度的电压负反馈，使得在电网电压波动和负载电阻变化时，输出电压仍然可以保持稳定，在输出端加上额外的电容滤波后，完全能够符合本系统对稳定3.6V 直流电源的要求。

综合以上两种方案以及电路的设计要求，本设计采用方案二。

2系统理论分析与计算

2.1 衰减器的分析与计算

衰减器常常能用来减少信号幅度，而且衰减器不但可以把信号电压衰减到一定值还可以对阻抗值进行变换。图2-1是实现此功能的电路，常常被称为T 型网络。

图2-1 T 型网络衰减器

对 T 型网络的设计公式进行推导：

首先因为从输入端看进去的输入电阻应该等于0R ，所以可得： 01210()//R R R R R ++= ① 又根据电路输入电压和输出电压的关系可得：

②

联立方程①和②，可解得：

③

根据衰减器模块要求信号衰减40db ，特性阻抗为50Ω，可得20log()O I U U = 40db 得O I

U =100，0R =50Ω，代入公式 ③可得 1R =1Ω， 2R =49Ω。

2.2谐振放大器电路的理论分析与计算

2.2.1 谐振放大电路的谐振回路参数确定

在调谐放大电路中，要求其谐振频率稳定在15M ，实际电路中根据晶体管的内部发射节电容和集电容等内部参数，初步确定谐振电路中电容取值C = 30 pF 左右，由谐振放大电路中心频率的计算公式：

12C r L

X f f X LC

π==

可以初略计算出谐振电路中电感的值： L = 4 uH

在实际的硬件电路实现过程中，使用中频放大的调频中周，在中周线圈内部的线圈周围绕上线圈用来耦合信号到下一级的谐振放大器，电感线圈的匝数计算：

N L

AL =

N 为电感线圈匝数， L 为需要得到的电感量，AL 为电感系数，其中电感系数与电感本身的材质有关。

通过初步计算可得电感线圈的匝数为4匝，所以在实际硬件电路中在中周的线圈周围绕上4圈线圈，然后通过调节中周来微调电感，用扫频仪测试实际的谐振中心频率，通过并联或串联不同大小的电容，来实现对电容大小的微调，实现中心频率稳定在15M 。 2.2.2谐振放大电路的增益分析

为了实现题目中基本要求的增益大于60dB 和发挥部分要求的增益大于80dB 的增益要求，本设计采用3级放大电路，前面两级采用双调谐谐振放大电路，最后一级采用单调谐谐振放大电路，为了平衡电路中的带宽和增益指标，电路中增益的分配为第一级和第二级的双调谐放大电路均实现25dB 放大，最后一级单调谐放大电路实现30dBd 的放大。

（1）双调谐放大电路增益分析

双调谐放大器的基本电路和交流通路如图2-2所示。图中，R b1、R b2和R e 组成分压式偏置电路，C e 为高频旁路电容，Z L 为负载阻抗（或下级输入阻抗），T r1、T r2为高频变压器，其中T r2的初、次级电感L 1、L 2分别与C 1、C 2组成的双调谐耦合回路作为放大器

的集电极负载，三极管的输出端在初级回路的接入系数为p 1，负载阻抗在次级回路的接入系数为p 2。

Tr2

Rb1

Rb2

VCC

-+Ui 1

-C2

GND

Ui 1

GND

(a)典型电路 (b)交流通路

图2-2 双调谐放大器

在前两级的双调谐谐振放大电路中，级间的信号耦合采用互感耦合调谐回路如图2-3所示。

图2-3 互感耦合调谐回路

初、次级回路之间的耦合系数 12

M k L L = 初、次级回路的谐振频率 LC

f π210=

定义耦合因数 η =kQ 0

式中，Q 0为空载品质因数。则η =1时为临界耦合状态，而η >1、η <1时分别称为强耦合和弱耦合状态。在本设计中的互感耦合回路处于弱耦合或者临界耦合。

根据电路设计要求，设初次级回路的元件参数相同，则它们的谐振频率、有载品质因数也相同。可以求得双调谐放大器的电压增益和临界耦合时的谐振电压增益分别为

放大器电压增益：2

21.

4)1(ξ

ηξη

++-=

∑

g g p p Au m

谐振电压增益：∑

g g p p A m

u 221.

根据对双调谐谐振回路的理论分析，设计的实际电路中使用的两级双调谐放大电路硬件电路图如图2-4和2-5所示。

+3.6V

R7200

R15.1k C1

0.01uF

C160.01uF

C20.01uF

C30.01uF

3p F

C15CAP

C510pF

Q19018

C13

TRANS3

R1910k

R255k

R8RES2

R105.1k

R1750k

输入Vi

输出Vo

图2-4 第一级双调谐放大电路

+3.6V

C180.01uF

R9510

R11200

CAP

C90.01uF

C60.01uF

20k R310k L2

C1010pF C11

3p F

R250k

C12

10pF

10k

C14

0.01uF

R650k

T1TRANS3

Q29018

Q39018

R135.1k

R235.1k

TRANS3

输入Vi

输出Vo

图2-5 第二级双调谐放大电路

通过上述理论计算，然后根据实际硬件电路的参数，代入到上式计算得前两级双调谐谐振放大器都能实现25dB 的增益。

（2）单调谐放大电路增益计算

单调谐放大器的基本电路和交流通路如图2-6所示。图中，V 1、R 1、R 2、R e 组成稳定工作点的分压式偏置电路，C e 为高频旁路电容，初级电感L 和电容C 组成的并联谐振回路作为放大器的集电极负载。可以看出，三极管的输出端采用变压器耦合部分接入的方式，使前后级的阻抗匹配，接入系数为p 1，晶体管集-射回路与振荡回路之间采用抽头连接接入系数为p 2。

放大器电压增益：12120

2(1)

v L p p y p p y A f

g j C g jQ j L

f ωω∑∑∑=-

?+++ 谐振电压增益： 12120221

v p oe ie p p y p p y A g g p g p g ∑

Rb1

Rb2

C1Uo

VCC

+Ui 1

-GND

Uo ZL

Ui 1

345

GND

(a)基本电路

(b)交流通路

图2-6 单调谐放大器

根据对单调谐谐振回路的理论分析，实际设计的电路中使用的单调谐放大电路硬件电路图如图2-7所示。

R12470

C210.01uF

C170.01uF

C190.01uF

9018C29

0.01uF

R204.7k

C22

4p F

C2310pF

R245.1k

R2350k

+3.6V

TRANS3

输入Vi

输出Vo

图2-7 第三级单调谐放大电路

通过上述对单调谐放大器电路的理论计算，然后根据实际硬件电路的参数，代入到上式计算得最后一级单调谐谐振放大器基本能实现30dB 的增益要求。

通过上述分别对双调谐放大电路和单调谐放大电路的增益分析和理论计算，两级的双调谐放大电路后加一级单调谐放大电路，实现了25dB+25dB+30dB=80dB 的设计要求，所以本设计硬件电路参数能够实现最大80dB 的增益要求。

2.2.3放大电路的带宽分析

由前一节对放大电路的增益分析可知，单调谐放大电路的通频带有如下计算方法：

图2-8 谐振放大器幅频特性曲线

)

2j 1(0

21f f

Q g y p p A ?+-

=∑v ④ ∑

=g y p p A fe

210v ⑤

由公式④和⑤得通频带为： 2

0L 0

211A ???

? ?

??+=

f Q A v v

⑥

由⑥式令：

0=v v A A 则 1207.0L =?f f Q

故单调谐放大电路的通频带为： L

07.02Q f f =? 而双调谐放大电路的通带则为：L

7.02

2Q f f =

? 由上面的通带计算公式可知，双调谐放大电路的通带要比单调谐放大电路的宽，根据题目中的中心频率要求，可知0f =15MHz ，通频带已知，根据这些可以初步及计算出硬件电路中L Q 的值，然后根据这些参数去匹配电路。

赛题中要求通带宽度要达到300kHz ，而当电路元件确定后，电路中增益带宽积是一个常数，要达到宽的频带就需要适当减小每一级的增益，来实现电路增益和带宽的要求。本设计采用三级放大电路，先增大前两级放大电路的增益，使得输出频率带宽缩小在500kHz 左右，然后最后一级使用单调谐放大电路，进一步将输出信号放大，并利用增益带宽积为定值这个限制条件，将整个放大器的信号带宽稳定在300kHz 左右。 2.2.4放大电路的矩形系数分

在谐振放大器中电路的矩形系数，即表示放大器电路对有用信号的选择和抑制干扰信号能力的好坏，由上一小节中的谐振放大器幅频特性曲线有计算公式如下：

7.01.01022f f K r ??=

? 或 7

.001

.0r0.0122f f K ??=

由上述矩形系数计算公式可知，当1.02f ?=7.02f ?或01.02f ?=7.02f ?时矩形系数为

1，放大电路对有用信号的选择性最好，干扰的抑制能力也最强。在单调谐放大电路中矩形系数10?r K =9.95，而在双调谐电路中矩形系数10?r K =3.16远比单调谐放大电路的小，它的谐振曲线更接近矩形。

在本设计中前两级使用双调谐放大电路，并使其工作在弱耦合状态或临界耦合状态，由于双调谐放大器的矩形系数接近于1，所以把整个放大器的谐振曲线边缘调整的更加陡峭，然后在最后一级使用单调谐对放大器的谐振曲线顶部进行补偿，使得整个放大器的谐振曲线更加接近于矩形，具有更接近于1的矩形系数。 2.2.5 放大电路的稳定性分析

谐振放大器电路中由于晶体管存在反向传输导纳，会引起放大器输入端的电导和放大器输入端回路电纳发生变化，前者会引起回路的等效品质因数Q 值的变化，后者会引起回路的失谐。而通过其它途径的反馈，一般为输入、输出端之间的空间电磁耦合，公共电源的耦合等，对放大器电路的稳定性都有一定的影响。

放大器的稳定系数计算公式S 为：

()[]

re fe re fe

＋cos ＋12??y y g S =

而由于实际电路中：o

re C 90，j y 0re -=-≈?ω 所以

0fe 2

2S C y g ω=

针对晶体管的反向传输导纳反馈，根据放大电路的稳定系数公式，所以本设计采用失配法，使晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配，即共射-共基级联放

大器。其交流等效电路图如图2-9所示。

图2-9 共射-共基级联放大器的交流等效电路

由于共基电路的特点是输入阻抗很低和输出阻抗很高，当它和共射电路链接时，相当于共射放大器的负载导纳很大，则晶体管内部反馈对放大器电路的影响就会相应的减

小，因此放大器的稳定性级得到提高。所以在第二级双调谐放大电路的晶体管放大部分用和第三级单调谐放大电路的晶体管放大部分均用一个共射-共基级联放大器代替，来提高各级放大电路的稳定性。

而对于其它的外部反馈，本设计在硬件电路上利用去耦电路和有效的元件布局，有效的减小了外部干扰的放大器的影响，使得放大器的稳定性进一步得到提高。

2.3 自动增益控制电路（AGC）的分析

2.3.1 AGC的控制特性

可控增益放大器的功能是在控制电压作用下能够改变放大器的增益。自动增益控制电路（AGC）有简单AGC电路和延迟AGC电路，如图2-10所示，为无AGC、简单AGC、延迟AGC的控制特性曲线图。

图2-10 AGC控制特性曲线

2.3.2响应时间

由于AGC电路是用来对信号电平变化进行控制的闭环控制系统，因此，要求AGC 电路的动作必须跟得上电平变化的速度。响应时间短，自然就能够迅速跟上输入信号电平的变化。但是当响应时间过短时，AGC电路将随着信号的本身变化而变化（也就是AGC电路的动作随调制信号的规律而变化），这将对有用信号产生反调制作用，从而将导致信号的失真。因此，需要根据信号的性质和需要，设计适当的响应时间。可采用调节环路带宽，主要是调节低通滤波器的通频带和其他参数。

2.3.3 动态范围

在给定输出信号幅值变化的范围内，容许输入信号振幅的变化越大，则表明AGC 电路的动态范围越宽，性能越好。

AGC 电路的输入动态范围max min

i i i V m V =；AGC 电路的输出动态范围max

min

o o o V m V =

，AGC 电路的动态范围就是输入动态范围i m 与输出动态范围o m 之比，也称为放大器的增益控制倍数，用g n 表示：

min min max max max min

//i o i g o o i m V V A n m V V A =

== 0()()()g i n dB m dB m dB =-

其中，0min

max min

i V A V =

为放大器的最大电压增益，它一般发生在输入信号为最小时；max

min max

o i V A V =

为放大器的最小电压增益，一般发生在输入信号为最大时。可见，AGC 的动态范围是min min max max 20log(/)-20log(/)()o i o i V V V V dB 。AGC 电路

的控制范围，就要增大AGC 电路的增益控制倍数g n ，也就是要求AGC 电路有较大的增益变化范围。增加AGC 电路控制的级数可以扩大AGC 电路的控制范围。本设计要求AGC 电路的控制范围大于40dB 。

3电路设计

3.1系统总体框图

LC 谐振放大器总体框图如图3-1所示，总的电路原理图如附录所示。

双调谐放大器2

T 型网络衰减器5mV 信号单调谐放大器

共射极放大器

输出1V 信号

反向AGC 电路

无失真

50uV 信号

Vo V3

V1V4AGC 电压Vf

射极

跟随器双调谐放大器1V2V5

图3-1 系统总体框图

从系统框图可以看出，本设计采用分立元件构成三级谐振放大器和一级极共射极放大器，最终由射极跟随器输出。从输入端输入小于5mV 的信号V i 经过衰减器，输出小于50uV 的信号V1，再输入到双调谐放大器1得到信号V2，再将V2输入到双调谐放大器1，得到信号V3。V3信号通过反向AGC 电路，得到一个AGC 电压V f 反馈控制谐振放大器的静态工作点，从达自动增益控制的要求。最后再经过单调谐放大器，补偿电路谐振频率特性，最终由射极跟随器输出经放大80dB 左右的无失真信号V 0。整个硬件电路系统，经过多级谐振放大和三极管放大，使得满足增益大于80dB 的要求，并通过调试达到题目要求的各项技术指标。

3.2 LC 谐振放大器子系统框图与电路原理图

LC 谐振放大器子系统框如图3-2，实际电路图如图3-3所示。谐振放大器是本设计的关键，信号经过由两级双调谐谐振放大器和一级单调谐谐振放大器组成的混合谐振放大器放大，并使得每级谐振电路都谐振在f 0=15MHz 的的中心频率。从衰减器输出的信号V1，送入到共基双调谐谐振放大器，在保证特性阻抗的前提下进行初步放大，再输入到共射—共基双调谐谐振放大器和共射—共基单调谐谐振放大器进一步放大，最终得到V3输出信号。

共基

双调谐谐振放大器

共射—共基双调谐谐振放大器

共射—共基单调谐谐振放大器

图3-2 LC 谐振放大器子系统框图

R7200

5.1k C1

0.01uF

C160.01uF

C20.01uF

+3.6V

10pF

3p F

C18CAP

R9RES2

R11200

CAP

C9CAP

C60.01uF

R420k

R310k

C1010p

C11

CAP

R250k

C12

CAP

470

C14

CAP

C1710pF

L3C15CAP

C190.01uF

+C20

220uF

TRANS3

C5CAP

Q19018

Q29018

Q39018

C13

TRANS3

9018C29

0.01uF

R20

4.7k

R255k

C22

4p F

C2310pF

5.1k

R10RES2

R1350k R235.1k

R245.1k

R650k

AGC 电压

图3-3 谐振放大器子系统电路

3.3 自动增益控制（AGC ）电路子系统框图与电路原理图

自动增益控制（AGC ）系统框图如图3-4所示，电路原理图如图3-5所示。

共射—共基双调谐谐振放大器

共射极放大器

二极管检波器并滤波

AGC 电压Vf Vc

图3-4 自动增益控制（AGC ）电路子系统框图

C24

0.01uF

R14

22K

R167.0K

R151.5K

R17200

R18100

D1DIODE

DIODE C25

0.01uF

C280.01uF

C26

0.01uF +C2710uF

+3.6V

9014R37RES2

R12RES4

DIODE

R19RES2

AGC 电压

图3-5 自动增益控制（AGC ）电路子系统电路

硬件电路设计中AGC 控制加在第二级双调谐谐振放大器上，将谐振放大器输出信号V2经过三极管放大后，采用二极管检波，并滤波产生一个直流电压AGC 控制V f ，控制谐振放大器的静态工作点，从而是实现在输入变化时，仍能得到较稳定的输出。 3.4电源

电源部分电路相对比较简单，采用输出电压可调的三端稳压器LM317调节输出电压为3.6V ，从而为整个系统提供电源电压。电路由变压器部分、整流部分、滤波波分和稳压部分组成，确保电路的正常稳定工作。电源模块原理图如图3-6所示。

+C301000u F

Vin

Vo ut GND W1

LM317

D44007

D54007D64007

D74007

4007

D84007

R22

200

R215k

C3210uF

+C33

220uF

+3.6V

220V

C31

10uF

Trb

50Hz

15V

～

图3-6 系统电源电路图

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

4.1.1 调试方法

按照如图4-1所示的方法接线，将频率特性测试仪（BT3D ）的RF 射频输出，接到电路板的输入端，电路板的输出接频率特性测试仪的输入端，调节频率特性测试仪衰减为70dB 。

图4-1 系统调试连接图

检查线路连接正确后，接通电源。调节中频变压器磁芯，使谐振曲线中心频率为15MHz ，曲线呈近似矩形，带宽为300KHz 。 4.1.2 测试方法

（1）放大器增益测试

如图所示图4-2，由高频信号发生器产生幅度为V i =5mV ，频率15MHz 的正弦信号经40dB 衰减器接入放大器的输入端，用高频毫伏表测量负载为200Ω时的信号有效值V o 。此时得到的放大倍数为：A=100*V o /V i ，增益为20log(A)。

高频信号发生器

衰减器放大器

万用表高频毫伏表数字数字示波器

200

图4-2 系统测试图

（2）放大器通频带与谐振频率的测试

如图所示图4-2，由高频信号发生器产生幅度为V i =5mV ，频率15MHz 的正弦信号经40dB 衰减器接入放大器的输入端，微调信号源频率使输出达到最大，此时的频率为谐振频率。继续微调信号源频率，使输出下降3dB ，记录两个频率点，两频率的差频即为通频带。

（3）矩形系数测试

在测得谐振放大器通频带的情况下，进一步测试当输出幅度下降为最大输出幅度的0.1倍时的差频0.12f ?，利用矩形系数计算公式0.1

0.10.7

2K 2r f f ?=

?得出矩形系数。

（4） AGC 测试

由于赛题中没有提供具体的AGC 测试方法，因而我们自订测试方案设定最小输入电平为5mv(经40dB 衰减后介入放大器)，最大输入电平为50mv ，信号频率为15MHz 。按min min max max 20log(/)-20log(/)()o i o i V V V V dB 计算得AGC 的自动增益控制范围。

4.2 测试条件与仪器

测试条件：硬件电路经过多次的改进和完善后，在保证硬件电路连接无误，焊接良好的前提下，最大限度的提高电路的抗干扰能力，然后将各级放大电路进行联合调试。

测试仪器：超高频高精度的数字毫伏表（AS2271A ），数字示波器（GDS-2102），数字万用表（DT9208），频率特性测试仪（BT3D ），DDS 合成信号发生器（EE1461）。

4.3 测试结果及分析

4.3.1硬件电路测试数据

硬件电路测试数据，如下表1所示。

表1 电路测试结果

衰减器特性阻抗

（Ω） 50 衰减器衰减量（dB ） 41.3 衰减器带宽（KHZ ）大于15MHz

输入信号有效值Vi

（mV ） 5.00

放大器增益（dB ）

62.54

输出信号有效值V o （mV ） 67

最大不失真电压

（mV ） 400 谐振频率f 0（MHz ） 15.06 带宽测试频点1

f 1（MHz ） 14.88

带宽（KHz ）

300

带宽测试频点2 f 2（MHz ） 15.18 工作电流（mA ） 16.287 系统功耗（mW ）

58.6 工作电压（V ） 3.59 f 0.1频点1（MHz ） 14.719 矩形系数

2.14 f 0.1频点2（MHz ） 15. 340 输入5mV 信号测量min o V （mV ）

输入50mV 信号测量max o V （mV ）

动态范围（dB ）

12.6

4.3.2测试分析与结论

根据上述测试数据，可得出以下结论：

（1）衰减器的衰减量为41.3dB,输入阻抗为50Ω，完全符合基本要求中的衰减量在40±2dB范围内和输入阻抗为50Ω的要求；

（2）放大器的谐振频率f0=15.06MHz，与题中要求的15M仅有0.04MHz的误差，基本符合基本要求中的谐振指标；

（3）放大器的-3dB带宽为300KHz，与设计要求中的300KHz完全相符，很好的实现了基本要求中的频带要求；

（4）放大器的增益为62.54dB，实现了基本要求中的60dB增益指标；

（5）矩形系数为2.14，说明硬件电路有比较好的频率谐振曲线，选频特性和抗干扰能力都比较好；

（6）由于整个硬件系统全部使用分立元件搭建而成，所以系统功耗为47.5mW,远远小于要求中的360mW,很好的实现了系统的低功耗设计。

综合上述分析，本系统硬件系统经测试得到的结果显示，基本要求部分基本实现，而矩形系数能达到了2.14，基本达到了发挥部分中的矩形系数设计指标。

参考文献

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[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计[M]. 北京：电子工业出版社，2002

[5] 康华光.《电子技术基础》模拟部分[M]. 北京：高等教育出版社，2008

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[7] 杨翠娥. 高频电子线路实验与课程设计[M]. 哈尔滨工程大学出版社，2005

[8] 路而红. 虚拟电子实验室[M].北京：人民邮电出版社，2006

[9] 华成英，童诗白.模拟电子技术[M](第四版).北京：高等教育出版社，2006

附录1：电路原理图

R 7200R 15.1k C 1

0.01u F C 160.01u F

C 20.01u F

+3.6V

L 1

C 3

10p F C 4

3p F

C 18C A P

R 9R E S 2R 11200

C 8

C A P C 9C A P

C 60.01u F R 420k R 310k

L 2C 1010p C 11

C A P

R 250k

C 12C A P

R 5470C 14C A P C 1710p F

L 3C 15C A P C 190.01u F +C 20

220u F C 240.01u F

R 1422K R 167.0K R 151.5K

R 17200R 18100

D 1

D I O D

E D 2

D I O D

E C 250.01u

F C 280.01u F

C 260.01u F +C 2710u F

+3.6V

C 7T R A N S 3C 5C A P Q 19018

Q 29018Q 39018Q 6

9014C 13T R A N S 3Q 7

9018C 290.01u F R 204.7k +C 301000u F

V i n

V o u t

G N D

W 1L M 317D 44007D 54007

D 64007

D 74007D 34007

D 84007R 22200R 215k C 3210u F

+C 33

220u F

+3.6V

图1 谐振放大器模块

图4 电源模块

图2 A G C 电压产生模块

220V

R 255k C 22

4p F

C 2310p F

R 8

5.1k

R 10R E S 2

R 1350k R 235.1k R 245.1k

R 281R 29

R 2749输入 5m V

图3 T 型衰减网络

C 31

10u F T r b

50H z

Q 89018

R 325.1k R 33100

C 34

C A P

R 30500

R 3420k C 35

0.01u F

Q 59018C 360.01u F R 35510

+3.6V

R 2650k

R 3110k R 36200输出

15V

～R 650k R 37R E S 2

R 12R E S 4

D 9D I O D

E R 19

R E S 2

A G C 电压

V 3

V 4

V 1