LC谐振放大器 PPT课件

由示波器波形图可测得 m 2.3842 1.3472 28% 2.3842 1.3472
图4.m值的测量图如下:
扩展命题
1. 集中选频放大器的特性测试：接收机中放大 器常需很高的增益，若采用调谐放大器，显然 调试起来比较麻烦，故接收机现多采用集中选 频放大器。为让大家熟悉其特点，实验板设置 有相关测试电路。可完成下述测试内容。
纯电阻而是由LC组成的并联谐振电路。当谐振
回路的自由振荡频率与放大器输入信号频率相
同时，放大器处于谐振工作状态，此时频率即
为谐 有
振
频
率
，
记
且
此时谐振回路呈现纯阻性，放大器具有最高增
益。若信号频率高于或低于f0放大器均失谐， 增益下降。从电路形式上看，谐振放大器分单
调谐放大器、双调谐放大器及参差调谐放大器， 单调谐放大器选择性不太好，但电路简单调整方 便。我们实验电路就是一个简单的单调谐放大器。 本实验电路的设计计算 1.设计原则 确立电路形式：依题目要求如增益来确定多级
将扫频仪进行调整，固定好基准。 扫频仪输出加至选频放大器输入端，将声表面
滤波器的输出加至扫频仪Y轴输入，合适调整 输出衰减及中心频率，即可得其特性曲线。 描绘完整的特性曲线
2.调幅波经放大器后其调幅系数会不会改变，原 因是什么？用实验进行验证。
3.电路若有自激，应如何消除？
4.比较扫频法和逐点法测试结果？
图1.小信号谐振放大器实验电路图如下：
无阻尼电阻接入时(R=∞)的幅频特性曲线
接入阻尼电阻(R=3kΩ)时的幅频特性曲线
比较可以看出,接入阻尼电阻,放大器增益下降, 通频带展宽.
实验内容
1.为顺利完成本次实验，应先对电路作以仿真分 析，仿真时可完成下列内容：

里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所 介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离 不开它。
§1.1 串联振荡电路 §1.1.1电感线圈的高频特性
电感线圈在高频段时，除电感特性外，还具有损耗
电阻r和分布电容。在分析一般的长、中、短波段时，
可忽略电容的影响，因而表示为:
1
2
L
r
集映效应：随 f的增大，交流电流向导线表面集中相当
r
1
Y

(L)2

j(C
) L
①
右电路：
Y 1 j(C 1 ) ②
R
L
上式即为右图的R、L、C并联电路的导纳，所以Q 值很大，在谐振附近时， ①②两式是相等的。 ∴ 1 r r Cr
R (0L)2 2 L
∴ R L
Cr
§1.2.3 频率特性
频率特性即回路电压
谐振电路：
电路在某一频率的交变信号作用下，在电 抗元件上产生最大电压或流过最大电流，称
为谐振电路。可分为
串联谐振、并联谐振、耦合谐振回路，在无线 电设备中应用极为广泛。例如：谐振放大器、 振荡器、调制、变频、解调中都要用到。
• LC谐振回路是高频电路里最常用的无源网络， 包括串联回路和并联回路两种结构类型。
1 R r 2C2
表明：串并形式中，电容值近似不变，串联电阻r 和并联电阻R的乘积等于容抗的平方。
1.1.3串联振荡电路
• 一、电路组成及谐振特点
L
r C
(a) |ZS|
X 容性
感性
0
0

(b)
r 0
0 (c)
/2 0

－/2
0

(d)

LC谐振放大器摘要本系统主要由四个模块组成：衰减器，LC谐振放大器，AGC电路以及电源电路。

衰减器采用电阻衰减网络，实现了对输入信号的40dB衰减，同时保证了特性阻抗为50Ω；LC谐振放大器选用C3355高频管进行谐振放大，放大器分为三级，实现了放大器增益80dB；AGC电路采用三极管分立元件构建的谐振放大器和二极管峰值检波电路构成；电源模块采用AC-DC变换芯片SH20-05-600；然后用LM317将输出电压稳定在3.6V；为解决放大器自激问题及减小输出噪声，本系统采用多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，提高放大器的稳定性能；使系统的测量精度与指标达到了设计要求。

关键字：电阻衰减网络C3355 LC谐振放大AGC 功耗一、系统总体设计1、系统总体框图系统总体框图如下，主要包括衰减器模块、LC谐振放大模块、AGC电路模块及2、系统方案设计与论证（1）、衰减器模块方案一：采用40dB，特性阻抗为50的成品衰减器。

方案二：选用II型电阻衰减网络，由于题目要求衰减器特性阻抗为50Ω，频带与放大器相适应，因此用千分之一精密电阻来设计一级40dB衰减网络。

考虑到方案一中成品衰减器价格昂贵，而方案二中采用自制的电阻衰减网络，价格便宜且实际效果比较好，因而选用方案二。

（2）、LC谐振放大器模块方案一：双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器与单调谐回路谐振放大器相比，其优点是频带较宽，选择型较好，但电路相对较为复杂，且为达到谐振频率要求，谐振回路中电感电容的选取较为麻烦。

方案二：单调谐回路谐振放大器和运放配合运用利用运算放大器的稳定性和输入阻抗高，输出阻抗低特点，用其对信号放大一定的倍数，再级联LC谐振放大器，共同完成放大和选频。

但该方案引入噪声较大，功耗相对较大，且需要制作单电源供电工作的运放放大电路，或对电压进行转换以支持运放的正常工作，实施起来较为繁杂。

方案三：采用高频管组成多级级联的单调谐回路谐振放大器，极间耦合采用大小电容并联的方式耦合,此方案简单易行，可使各级的静态工作点相互独立，但前后级不能很好的隔离，放大倍数较高时，电路易发生自激振荡。

Zp
Rp
12
ZP
Rp
p tg1
电感性
电容性
讨论：
o
( 1 )当 <o， 即 L 1 C < 0 有 0

p 0 并联 LC 谐振回路呈电感性
( 2 )当 > o， 即 L 1 C > 0 有 0
p 0 并联 LC 谐振回路呈电容性
结 论 ： Q 值 越 大 频 带 越 窄 ， 回 路 损 耗 越 小 。
ui 1
u io 1
2
o

9 信号源内阻及负载对回路的影响
当 考 虑 到 信 号 源 内 阻 R s 及 负 载 R l 对 回 路 的 影 响 时
并联谐振回路的有载 Q 值：
QL

Rs
//Rp //
oL
RL
空载时的 Q 值
电 容 支 路 电 流 ：
= ic u ijo C jo Cp iiRjQ i i
8 通频带
定 义 ： 在并联谐振回路中
令：ui 1 1 所 对 应 的 频 率 范 围 。
uio
2
12
由定义可得： Q 20.7 1
o

B 20.7
o
Q
或
fo Q
Q L f0B ' 1 1 0 60 .5 16 0 20
QL0LRp∥ R并 ＝ RR 并 并 RR pp
将已知条件带入，可得：
R并7.97k
回路阻抗
C
L
C
L
RS
RS iS
uS R
R
ZP
( R jL ) 1

vBE VB(E o)n vBE VB(E o)n
可编辑ppt
7
2. 图解分析法
vvCBEEVVCBCBVVbcm mccoosstt
设定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值→画动态 线（交流负载线）→画集电极电流波形
可编辑ppt
8
作图过程：（描点法）取点 t0o,1o5 ,3o0 确定
vBE, vCE 的值→在输出特性曲线上确定动态点→画动态线→
负载特性 性能特点 调制特性
放大特性
直流馈电
电路组成
实用电路
匹配滤波网路
功率放大 调幅 线性放大 限幅
可编辑ppt
3
2.1 谐振功率放大器的工作原理 一、原理电路
C
+
vb
-+ -
VBB
L
ZL
-+
VCC
结构特点:(1)功率管丙类
工作 （调 VBB在截止区）
+
(2)负载：谐振回路，其
vc
中L、C为匹配网络，ZL 为外接负载。调C使回
问题：1 过压状态下，i C 为什么出现凹陷？ 2 为什么讨论 i C 的波形变化？
可编辑ppt
11
三、性能分析
1、负载特性
VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能随Re变化的特性。
VBB、VCC一定→Q点一定，Vbm一定→ 一定→iC宽度一定
VBB、Vbm一定→vBEmax一定
欠压 Re↑→Vcm↑→从欠压→临界→过压→ i↓→C Ic1m↓IC0↓
载波信号：vb(t) Vbmcos ct
等效集电极电源电压
LC调谐在 c 上，则 vo(t)Vcm (t)cocst
调幅波

Z0
2
1
L
rL
1 rLC
2
1 Q2
0
0
所作出的谐振曲线如图6.6所示,由图可见,其形状与串联谐振
曲线相同,其差别只是纵坐标不同,串联谐振时为电流比 ,并联谐振时为阻抗比,当ω=ω0时,阻抗达到最大值。同样,谐 振回路Q值越大,则谐振曲线越尖锐,即 对频率的Z选择性越好。
当激励源为电流源时,谐振电路的端电压对频 率具有选择性,这一特性在电子技术中得到广泛应用。
I0
0
f
f0
关系曲线],也
2. 根据所测实验数据,在坐标上绘出并联谐振电路的通
用幅频特性曲线[即 曲线。
Z 关系 f曲 线],也就是U0与f关系
Z0
0
f0
3. 根据记录数据及曲线,确定在串联谐振电路和并联谐
振电路中不同R值时的谐振频率f0,品质因数Q及通频带
BW,与理论计算值进行比较分析,从而说明电路参数对
Q UL UC 0L 1 1 L US US R 0RC R C
式中, 称L 为谐振电路的特征阻抗,在串联谐振电路中 C
L C
0
L
1 0C
。
RLC串联电路中,电流的大小与激励源角频率之间的
关系,即电流的幅频特性的表达式为
I
US
US
R2
L
1 C
2
2
R
1 Q2
0
0
根据上式可以定性画出,I(ω)随ω变化的曲线,如图6.2所
L rLC
1
1
jQ
0
0
Z0
1
1
jQ
0
0
在电感线圈电阻对频率的影响可以忽略的条件下,RL与C 并联谐振电路的幅频特性可用等效阻抗幅值随频率变化

A//
B wt
Vce
VBB
Vcc↑→Vcemin=（Vcc-Vc1m）↑→（过压→欠压）
Vc1m
ic
ic
ic
Ic1m
ic
Ico
wt
过压 → 临界→ 欠压
过压 欠压 Vcc
Vc1m
Vcc↑ Ic1m ↑ Vc1m ↑ Ico ↑
Ic1m ↑慢 Vcc↑ Ico ↑慢
Vc1m ↑慢
Vc1m Vcc
结论：要使输出信号幅度Vc1m↑↓，放大器应工作在 过压状态，通过控制Vcc↑ ↓→ Vc1m↑↓，实现集电 极调幅电路。
XC1/
XL1/ RL
Xc2 RLQe2 RL RR（Le 1 Qe21）1
X c1
X/ c1
//
X
/
L1
X X /
RP 2
R（L 1Qe22）
L1
P 2 Qe 2
Qe 2
X /
Re/
c1
Qe1
RP2 Qe1
R（L 1Qe22）
Qe1
当Re≈RL时，Xc1→∝ → C1→0 难实现， Re不宜接近RL。 已知Re、Co、Rl、Qe1就可求得 各元件表达式。
X Re（1Qe21）
c1
Qe1 RRL（e 1Qe21）1
Co
XL1
Re
XC1/
Re/= RP2
XL1/ XP2
并联谐振 Re/
Co
XL1
RP2
Re/
Re
XC1/
XC1/
Re/
Co
XL1
XS1
串接 RS1
XS1
RS1
Co
XL1

Vcm = ReIc1m ， Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 ， PC = PD－Po C = Po/ PD
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匹配负载：使放大器工作在临界状态下的Re取值。
特点：Po最大，ηc较大，Pc较小，放大器接近最佳性能。
Re opt Vo2m
(VCC
V )2 CE(sat)
准静态分析法（两个假设） •假设一：谐振回路具有理想的滤波特性，其上只能产生基波电 压，而其它分量的电压均可忽略；因而虽然基极和集电极的电流 是脉冲电流，但它们的电压均是余弦的。
vBE VBB Vbmcost vCE VCC Vcmcost
•假设二：功率管的特性可用输入和输出静态特性曲线表示，其 高频效应可忽略。但分析时，采用的输出特性曲线的参量是vBE， 而不是iB（可根据输入特性曲线上iB与vBE的关系转换）
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25
iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m
IC0
1 2
iCdt
Ic1m
1
iC costdt
结论：iC 脉冲越宽，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果出 现凹陷，则凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。
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欠压？ 临界？ 过压？
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四个电压量对性能影响的定性讨论
14.00us
16.00us 14
丁类和戊类谐振功率放大器（要求了解）
(1)丁类谐振功率放大器
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15
结论：
① VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高 (90% 以上) ；
② 因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使管耗增 大，丁类功放效率受限。

• 1.确定静态工作点 • 由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流 ICQ 一般在 0.8－2mA之间选取为宜，设计电路中取 Ic = 1.2mA， • 设 Re = 1KΩ 。 • 因为 ：VEQ = IEQ Re 而 ICQ≈ IEQ • 所以： VEQ = 1.2mA × 1K Ω = 1.2V • 因为： VBQ = VEQ + VBEQ (硅管的发射结电压 VBEQ 为 0.7V) • 所以： VBQ = 1.2V + 0.7V = 1.9V • 因为： VCEQ = VCC − VEQ • 所以： VCEQ = 12V − 1.9V = 11.1V • 因为： Rb2 = VBQ /( 5 − 10) IBQ 而 IBQ = ICQ/β = 1.2mA / 50 =0.024mA • 取 10*IBQ • 则： Rb2 = VBQ / 10IBQ = 1.9V / 0.3 =6.3KΩ • 因为：Rb1 = [(VCC − VBQ ) / VBQ ] Rb2 • 则：Rb 1 = [(12V − 1.9V ) / 2.2V ] ∗ 8.2 K Ω = 32.2 K Ω， • 考虑调整静态工作点， Rb1 用 20KΏ电位器与 15KΏ串联
• 4.确定耦合电容与高频滤波电容： • 耦合电容C1、C2 的值，可在1000pf— 0.01uf之间选择，一般用瓷片电容。 • 旁路电容 Ce、C3、C4 的取值一般 为 0.01-1 μF， • 滤波电感的取值一般为220-330uH。
12
107
B1
12V
C D A B
R1
15K
TR2
RV1 R4
+
75%
C5
1UF 20K
50

第21页/共70页
五步分析法:
1） 看组成 2） 看放大 3） 看反馈 4） 看幅度 5） 求频率
（找到环、断回路、加输入、 看反馈）
第22页/共70页
掌握RC正弦波振荡器的分析方法
× Ui
U• f
第23页/共70页
1） 振荡条件：平衡条件和起振条件 2） 振荡器的组成 3） RC串并联选频网络的选频作用 4） RC正弦波振荡器的分析方法（五步分析法）
X jr X
X
X
2
1
3
o
1
2
3
其中，
第44页/共70页
为了使电路振荡，应有 A F 1 ，上式应为实数， uu
分母的需不应为零，即：
X X X 0
1
2
3
X X X
3
1
2
进而可得
A F
A XX uo 1 2
AX uo 1
uu
X X X
X X
2
1
3
1
3
Auo X1 X2
第45页/共70页
f0
2
1 LC
2
1 (L1 L2 2M )C
第50页/共70页
4、 电容三点式 振荡电路——考毕兹振荡器 (Colpitts)
+VCC
RB1
f0
2
1 LC
CB RB2
V
•
U i RE
•
Uo
C1
CE 2
2
•
Uf
C2
1
C1C 2 L C1 C2
1 L
3
第51页/共70页
优点：波形较好 缺点：
第57页/共70页

LC谐振放大器LC谐振放大器摘要LC谐振放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。

LC谐振放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。

LC谐振放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;其中LC谐振放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。

LC谐振放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。

其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。

本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的。

关键词：LC谐振、放大、选频、震荡目录1 方案设计与论证﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍51.1衰减器的选择﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍51.2 选频电路的选择﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍51.3 LC谐振放大选型﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍52 主要技术指标﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6２.1电压增益﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 ２.2放大器的通频带﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 ２.3放大器矩形系数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 ２.4谐振频率﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 3 电路设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍73.1 T型电阻网络﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍73.2 LC并联谐振回路﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍73.3LC谐振放大器电路图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍84 仿真调试﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍84.1 仿真软件﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍84.2测试方法﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍84.3 衰减器仿真﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍84.4仿真电路图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍94.5谐振频率测试﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍94.6 幅频特性图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍105 设计总结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍106 实物调试记录解说﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍106.1 制作好的芯片﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍106.2 调试电压显示﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍111．方案设计与论证1.1衰减器的选择方案一：非线衰减网络，根据题目要求频带要与放大器相适应，则要求3dB带宽足够宽，特性阻抗保持50欧，这样时比较难达到的。