高增益LC諧振放大器的設(shè)計(jì)

摘要：采用分立元件設(shè)計(jì)了一個(gè)3級(jí)單調(diào)諧放大器，可用于通信接收機(jī)的前端電路，通過合理分配各級(jí)增益和多種措施提高抗干擾性，具有中心頻率容易調(diào)整、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。電路經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明具有低功耗、高增益和較好的選擇性。
關(guān)鍵詞：諧振放大器；增益；選擇性

0 前言
高增益LC諧振放大器在通信電子系統(tǒng)中有著重要的用途，通常應(yīng)用在通信接收機(jī)的前端，對(duì)接收機(jī)的靈敏度、抗干擾性和選擇性等整機(jī)指標(biāo)有關(guān)鍵性影響。多級(jí)LC諧振放大器由于具有輸入信號(hào)弱、頻率高、易受干擾、容易自激等特點(diǎn)，電路設(shè)計(jì)時(shí)涉及到電源濾波及退偶電路、級(jí)間耦合電路、阻抗匹配電路、選頻電路及其等效Q值和抗干擾措施等對(duì)電路整體的影響。本文設(shè)計(jì)的放大器具有增益和中心頻率可調(diào)、低功耗、選擇性好的特點(diǎn)。

1 電路原理及設(shè)計(jì)思路
高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器對(duì)中心頻率的信號(hào)具有最大放大能力，中心頻率為：

式(2)中，ri為晶體管的輸入電阻，QL是回路的有載品質(zhì)因素，RL是晶體管集電極等效負(fù)載電阻，如果負(fù)載電感帶中心抽頭則需要將下一級(jí)電路的輸入電阻折合到前級(jí)的負(fù)載電阻。選用高β值的晶體管，提高晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，提高回路的等效品質(zhì)因素均可提高增益。
不過QL太高會(huì)使通頻帶太窄，反而可能引起自激，降低放大器的穩(wěn)定性。
實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了提高放大器增益，通常采用多級(jí)單調(diào)諧放大電路級(jí)聯(lián)。n級(jí)相同放大器級(jí)聯(lián)后的帶寬和矩形系數(shù)為：

從式(3)、(4)可以看出，3級(jí)放大器的帶寬約是單級(jí)的一半，矩形系數(shù)是3．74。多級(jí)放大器的帶寬和矩形系數(shù)比單級(jí)放大器都要小。說明多級(jí)電路選擇性更好，但電路也趨于不穩(wěn)定。
減小帶寬和矩形系數(shù)的值可以提高電路的選擇性，由式(3)、(4)分析，增加QL和電路級(jí)數(shù)n可以滿足要求，前者可以通過提高電感的繞制工藝實(shí)現(xiàn)，但如果QL太高則容易引起自激，不利于放大電路的穩(wěn)定；n增加則增加了電路的復(fù)雜性，不但使電路元器件增加，而且調(diào)試過程加倍繁瑣。本設(shè)計(jì)采用3級(jí)單調(diào)諧電路，制作和實(shí)測(cè)結(jié)果令人滿意。

2 電路設(shè)計(jì)過程
單級(jí)電路圖如圖1所示。晶體管使用2SC3355，該晶體管具有特征頻率高(6．5GHz)、結(jié)電容小的優(yōu)點(diǎn)，可以保證所設(shè)計(jì)電路的穩(wěn)定性。先設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)，電源電壓3．6V，假設(shè)R1=75kΩ，晶體管T的基極電壓是R1和R2的分壓，為確保晶體管T在放大狀態(tài)，考慮到低功耗，VB可設(shè)為1．0V左右，R2=33kΩ。射極電阻R4和R5的串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)電流負(fù)反饋，起到穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用。R4取1kΩ，R5使用2kΩ的多圈電位器，通過調(diào)整其值可以調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，一方面可改變?cè)鲆妫硪环矫婵烧{(diào)整放大器的穩(wěn)定性。旁路電容C3取1000pF，以減小對(duì)交流增益的影響。電容C2(51pF)確定后，根據(jù)公式(1)計(jì)算電感值，我們自行繞制了帶中心抽頭的可調(diào)電感，用φ0．18mm的漆包線在中周骨架上饒14匝，7匝處抽出，通過電容耦合回路接入下一級(jí)放大器，回路諧振頻率在15MHz附近，使用中間抽頭的電感器可將較大的前級(jí)放大器輸出阻抗與后級(jí)電路較小的輸入阻抗相匹配。R3并聯(lián)在LC諧振回路兩端降低了回路的Q值，可有效防止電路自激，當(dāng)然這樣也降低了選擇性和電路總增益。實(shí)際R3值的選擇需要在增益和穩(wěn)定性上取折衷值。單級(jí)放大器增益調(diào)節(jié)范圍10～30dB。