LC振荡电路剖析

LC谐振放大器（D题）
太原师范学院 李晶晶 王莹 王亚慧 指导教师：陈雪
摘要：本设计利用OPA355增益带宽放大器 来实现增益的主控制，通过匹配网络的配合 获取合适的输入、输出电阻，保证放大器的 正常放大，提高电路的稳定性和精确度。输 入部分采用一阶Ｔ型衰减电路作为输入级， 以获得系统要求的的４０ｄＢ的信号衰减。 信号源与放大器间连一匹配网络，实现电路 的５０Ω输入电阻，满足放大器的工作要求。 谐振部分采用ＬＣ串联电路进行电路的滤波， 得到中心频率为１５ＭＨｚ的信号。设计并 制作了满足６０ｄＢ增益和３００ｋＨｚ带 宽的放大电路
2f 0.7
由放大电路的参数设计，得矩形系数≤10
单元电路设计
输入级设计：
本电路采用一阶T型衰减电路，实现40dB的 信号衰减。电路特性阻抗为50Ω
放大级设计：
采用OPA355三级级联式电路作为放大电路， 通过反馈电路调节增益为每级10倍放大，增 益达到系统要求的60B。电路图如下；
方案二：放大器的前置放大采用差 动输入的三运放。此运放放大倍数 高，但由于需采用过多的运放和分 立元件，稳定先难以保证，调试也 有很大困难，因此，设计中不采用 此方案。
方案三：采用OPA355三级放大电路， 实现系统要求的增益与带宽。电路增益 可达到60dB,同时OPA355功耗较低、 低噪声、精确度高。因此，在本设计的 放大部分采用此方案。
带宽与矩形系数：
矩形系数描述了滤波器在截止频率附近响应曲线 变化的陡峭程度，它的值是60dB带宽与3dB带宽 的比值。是表征放大器选择性好坏的一个参量。 设计中放大的中心频率为15MHz,系统要求的带 宽的为300KHz,根据LC谐振放大器大的矩形系数 公式：Kr 2f 0.1
0.1
阻抗 匹配
阻抗 匹配
选频 网络
理论分析与计算
衰减器指标： 系统要求衰减系数为40dB，本设计采用一阶T型 网络,以特性阻抗为50Ω，根据 参数计算公式 : 得
从输入端看进去的输入电阻应等于输出电阻，即 RO RI 可得： 又根据电路输入电压和输出电压的关系得；
联立得
：
和
放大器增益：
方案三：采用一阶LC串联电路，进 行信号的滤波，通信电路中用到的 谐振电路多为窄带电路，即ω与ω0 很接近，实现中心频率为15MHz的 系统要求，电路设计相对简单，波 形较好，抗干扰能力强。本设计中， 对高频小信号此方案的要求可以保 证。因此，本设计采用此方案。
方案描述
输入 衰减器 一级 放大 二级 放大 三级 放大 阻抗 匹配 输出
C3 10 0p F R4 50 Ω +VCC R3 50 Ω
+VCC
Ω
6
5
6
1 3 4 U3
5
U2
1
C7 5.6p F L1
C8 5.6P
R10 20 0Ω
2
-VCC 50 0Ω R8 C5 1.5p F
-VCC R9 50 0Ω C6 1.5p F
2
VC C
输出级设计：
5
6
输出级采用LC滤波电路，得到中心频率为 15MHz的信号。电路图如下：
系统要求的增益为60dB以上，电路采用三级 放大，利用反馈回路调节每级放大倍数为10， 使放大器总体增益达60dB
一级放大：
A UO
Rf Rs
=-500Ω／50Ω=-10
。 电路总增益：G=103=1000=60dB
f0
谐振频率：
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， 此时的频率即为谐振频率记为 ,且有 fo 1 fo 2 lc ,此时谐振回路成呈现纯阻性， 放大器具有最高增益。系统要求 f o 15MHz 得： C 5.6 pF, L 10H
频带内相应波动控制：
通频带内的增益波动主要是由于寄生电容和 其它杂散参数产生的。为了使得,系统有精确 的放大倍数，因此抗干扰措施必须要做的很 好才能避免增益的波动。本电路采用的控制 方法如下： ⑴选用性能优越的OPA355集成运放为放大核 心,。 ⑵非常小心电路的PCB电路的布板。特别是 输出级前置运放的反向输入端的的寄生电容， 必须把其引脚下的敷铜去除。
U3 1 C7 5. 6p F L1 C8 5. 6P R 10 20 0Ω
2
R9 50 0Ω C6 1. 5p F
VC C
设计电路图
C 10 10u C9 0 .0 1 u J2
1 2 3
+V CC R1 50Ω J1 2 1 C1
6 5
Байду номын сангаас
+V CC R2 50Ω C2
6 5
C3 100pF R4 50Ω
选频网络设计：
方案一：采用石英晶体正弦波振荡 电路，一般情况下，机械振动的振 幅和交变电场的振幅都非常小。但 是，当交变电场频率为一特定值时， 振幅骤然增大，产生共振。因此， 设计中不采用此方案。
方案二：采用电感反馈式振荡电路， 此电路中，N2与N1之间耦合紧密， 振幅大；当C采用可变电容时，可获 得调节范围内较宽的振荡频率。但 是，由于反馈低压取自电感，对高 频信号具有较大的电抗，输出电压 波形中常含有高次谐波，由于系统 对波形的较高要求，设计中不采用 此方案。
◇方案三：采用一阶T型衰减电路，
实现40dB的信号衰减。其结构相对 简单，且具有良好的对称性，可实 现有效的40dB的信号衰减，且实际 中具有操作性强、精确度高的优点， 因此，本设计采用此方案。
放大级设计
方案一：放大器前端采用高增益放 大器。此运放所需器件少，连接方 便，但是带宽较窄、噪声干扰大， 电路实际运用效果不理想。因此， 设计中不采用此方案。
+V CC
R3 50Ω
6
10nF
3 4 U1
衰减电路设计 方案一：采用运算放大器组成的 反相衰减器，实现40dB的信号衰 减，。Rf与Ri在1k到100k之间选择。 电路设计简单、操作性强，但输入 阻抗不匹配，且不能保证高频信号 的有效工作。因此设计中不采用此 方案。
◇方案二：采用二极管衰减电路，
实现40dB的信号衰减。PIN二极管 的最大与最小的电阻特性被充分利 用。然而在衰减器中使用的PIN二极 管是有限的，因此设计中不采用此 方案。