低功耗高頻小信號放大器設(shè)計

時間：2013-04-24 19:32:04

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[導(dǎo)讀]1 LC諧振放大器原理如圖1是一個采用晶體管的高頻功率放大器的原理線路。除偏置電路和電源外，其主要是由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。高頻功放中常采用平面工藝制

1 LC諧振放大器原理

如圖1是一個采用晶體管的高頻功率放大器的原理線路。除偏置電路和電源外，其主要是由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。高頻功放中常采用平面工藝制造的NPN高頻大功率晶體管，它能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率fT.晶體管作為一個電流控制器件，它在較小的激勵信號電壓作用下，形成基極電流iB，iB控制了較大的集電極電流iC，iC流過諧振回路產(chǎn)生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率的任務(wù)。為了使高頻功放以高效輸出大功率，常選在丙類狀態(tài)下工作，為了保證在丙類工作，基極偏置電壓應(yīng)使晶體管工作在截止區(qū)，一般為負值，即靜態(tài)時發(fā)射結(jié)為反偏。此時輸入激勵信號應(yīng)為大信號，一般在0.5V以上，可達1到2V，甚至更大。晶體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。

1.1線路特點

( 1) LC諧振回路作為晶體管的負載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用;

( 2)電路工作在丙類工作狀態(tài)以保證電路效率較高;基極負偏壓(或零偏壓)。

1.2各部分關(guān)系式

2 電路方案設(shè)計

2.1總體設(shè)計思路

設(shè)計分為電源電路，衰減電路以及主要的諧振放大電路。電源部分采用直流穩(wěn)壓的技術(shù)輸出穩(wěn)定的電源電壓;衰減部分采用高精度的電阻組成一個40dB的固定衰減器插入到放大器的輸入端，方便于測試;諧振放大電路以晶體管為核心，以LC諧振回路作為晶體管的負載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。但要注意的是放大電路是由輸入信號的頻帶來確定，為了不失真地放大，要求放大電路的通頻帶應(yīng)大于信號的頻帶。在具體設(shè)計時可根據(jù)衰減程度的要求采用一級或多級放大，本設(shè)計采取的是三級LC諧振放大?？傮w電路框圖如同2所示。

2.2電源電路的設(shè)計

該電源電路為諧振放大器的制作提供了電源，為諧振的放大提供了基礎(chǔ)。其電路設(shè)計如圖3所示。

從電路中可以看到，7805的輸入輸出端都接有電容，而且是一大一小，大容量電容是低頻濾波作用，小容量電容是高頻濾波用;然后在電路中加入穩(wěn)壓二極管使5V的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?.6V電壓。該電源電路抗干擾性能好，穩(wěn)壓精度高，響應(yīng)快，電路簡單，工作可靠。

2.3衰減電路設(shè)計

該電路可以在不改變等效阻抗的前提下實現(xiàn)對信號電壓的衰減，這種方法的衰減效果可以很好匹配下級電路，圖中增加的兩個電阻可以保持等效電阻不變。衰減電路的設(shè)計為諧振放大的測試提供了方便，同時為了達到3dB要求帶寬，特性阻抗保持50歐，設(shè)計電路圖采用精密電阻，以便有效提高衰減量精確度及減少溫漂影響。該電路中的電阻可以選擇可變電阻，使衰減程度可調(diào)。其電路設(shè)計如圖4所示。

2.4 LC諧振功率放大器電路設(shè)計

晶體管選擇2N2222A，其主要參數(shù)為： VCC = 12V，PC = 0.5W，Icm = 0.8A主要技術(shù)指標：增益不小于60dB，輸出交流電壓峰-峰值： VOP-P>2V( RL = 2kΩ)，中心頻率： 15MHz，通頻帶寬：≥±250KHZ(-3dB)。

根據(jù)功率放大器設(shè)計原理，所設(shè)計電路如圖5所示。

3功率放大器主要技術(shù)指標分析計算

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3.1中心頻率

根據(jù)LC諧振功放輸出波特圖和輸出的波特參數(shù)可知中心頻率為13.3448MHz.

3.2放大倍數(shù)

根據(jù)Lc諧振功放輸入輸出電壓，如圖8可以確定輸入電壓為350mV，輸出電壓為10.2214V.所以，其放大倍數(shù)Au = 10.2214V/350m = 29.21

3.3通頻帶

根據(jù)圖9、10可以確定，該LC諧振功放通頻帶B = X1-X2 = 15.6792M-12.5917M = 2.08M.

4電路的測試