2016-D题-LC谐振放大器获奖作品分析

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1、南华大学黄智伟2011年D题LC谐振放大器获奖作品分析1.赛题要求1.1设计任务与要求设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器。为便于测试，在放大器的输入端插入一个40dB固定衰减器。电路框图见图1。图1.1.1电路框图1.1.1基本要求（1）衰减器指标：衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。（2）放大器指标：a）谐振频率：f0=15MHz；允许偏差±100kHz；b）增益：不小于60dB；c）−3dB带宽：2Δf0.7=300kHz；带内波动不大于2dB；d）输入电阻：Rin=50Ω；e）失真：负载电阻

2、为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。（3）放大器使用3.6V稳压电源供电（电源自备）。最大不允许超过360mW，尽可能减小功耗。1.1.2发挥部分（1）在-3dB带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。（2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。（3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。AGC控制范围大于40dB。AGC控制范围为20log(Vomin/Vimin)－20log(Vomax/Vimax)（dB）。（4）其他。1.2说明（1）图1.2.1是LC谐振放大器的典型特性曲线，图1.2.1

3、谐振放大器典型幅频特性示意图（2）放大器幅频特性应在衰减器输入端信号小于5mV时测试（这时谐振放大器的输入Vi<50μV）。所有项目均在放大器输出接200Ω负载电阻条件下测量。（3）功耗的测试：应在输出电压为1V时测量。（4）文中所有电压值均为有效值。1.3评分标准12.电路设计根据赛题要求，需要设计制作衰减器电路、谐振放大器电路和AGC控制电路。2.1衰减器电路设计赛题要求衰减器的衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。衰减器可以采用有源器件和无源元件实现。利用有源元件实现，可以采用压控增益放大器芯片（例

4、如VCA810等），实现固定增益衰减。通过设定合适的控制电压，可以使压控增益放大器工作在固定衰减40dB的模式。但是使用压控增益放大器芯片需要考虑电源供电、外围控制调节电路设计等问题，这无疑会增整个系统的电路的功耗，以及复杂性和不稳定性。采用数控衰减器能够在大动态范围内完成精确衰减。与外围电路配合，可以使用简单控制方式，实现数控衰减。但是，由于是集成芯片，在一定程度上也会增加系统的功耗，而且成本高，竞赛时采购合适的数控衰减器器件也有困难。利用无源元件实现。即利用电阻衰减网络对信号衰减。这种方案简单易行，很适合对信号进行固定

5、衰减，但对电阻阻值的准确性有较高要求。电阻衰减网络有桥式、T型、π型等结构形式。采用桥式网络衰减器。其特点是输入阻抗与输出阻抗的阻值一致，衰减能力强。但缺点是电阻使用数量多，调试困难。并且电阻阻值小，在不使用高精密电阻时误差相对较大。采用T型网络衰减器。其输入阻抗与输出阻抗可以随意改变，更容易进行匹配，电阻使用数量少，容易调试。但缺点也是电阻阻值小，在不使用高精密电阻时误差相对较大。采用π型网络衰减器。其输入阻抗与输出阻抗也可以随意改变，更容易进行匹配，电阻使用数量少，容易调试。同时电阻阻值适中，容易进行测试。π型电阻网络

6、利用电阻分压原理，由若干分立的电阻搭建而成。电阻组成的衰减网络无须控制、频带宽、输入输出阻抗稳定，工作频率宽，动态范围大，并且价格低廉。衰减器的增益误差由电阻的精度决定。获奖作品多选择此方案。（1）π型电阻衰减网络设计例1（全国大学生电子设计竞赛2011年D题一等奖作品，解放军信息工程大学，张战韬，张东升，谢炜）衰减网络的输入阻抗Rin、输出阻抗Rout均为50Ω，与前后电路匹配。衰减器A＝40dB，由设计公式计算元件参数：Rs可以采用2.7kΩ与3.3kΩ电阻并联得到。2图2.1.1π型电阻衰减网络设计例1（2）π型电阻

7、衰减网络设计例2（全国大学生电子设计竞赛2011年D题一等奖作品，国防科技大学，王伟，宋晓骥，王建）π型电阻衰减网络设计例2电路如图2.1.2所示。图2.1.2π型电阻衰减网络设计例22.2LC谐振放大器电路设计赛题要求放大器的谐振频率f0=15MHz，允许偏差±100kHz；−3dB带宽2Δf0.7=300kHz，带内波动不大于2dB；增益大于等于80dB；输入电阻Rin=50Ω；负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。放大器使用3.6V稳压电源供电，最大不允许超过360mW。2.2.1有源器件选择LC谐振放

8、大器由有源器件和LC谐振回路组成。有源器件可以选择高频三极管、高频场效应管和RFIC。选择高频三极管进行谐振放大电路简单、噪声较小。但是稳定性较差，增益控制比较复杂。选择RFIC，体积小，外部接线及焊点少，使电路的稳定性得以提高，且多数具备AGC功能。但是大多数该类芯片工作电压大于3.6V，并且由于时间