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窄带高增益放大器设计与制作

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楼主
ID:128229 发表于 2016-6-27 15:26 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
好久没来写日志了,这是8月第一天第一篇日志窄带高增益放大器设计与制作。不多说了,直接进入正题。
这个放大器主要是增益要高,通带要窄,频率不是太高。不需要自动增益控制(AGC),这简单,因为以前做过一个自动增益控制的放大器,但是这个放大器要体现在窄带,带宽一定要做窄。具体的指标参数如下所示:
中心频率:30MHz

通频带宽:± 250KHz

放大器增益不低于70db

噪声要小(这个指标我也没法测,只能选取低噪声的管子,凭经验尽可能的做小)

输出最大功率:5dbm最要

输入信号-70db左右  (当然越小越好)

供电:采用12V单电源

电流没有特别的要求,但是尽可能的低功耗。

保证绝对稳定。

以上是大概的参数要求。

下面就是我开始设计方案,理论仿真,推倒,再到实际的调试测量等。。。。
我先是从滤波器设计入手,因为这个关键就是滤波器的窄带,要是滤波器做不出来,那下面再去做也就没有意义了。这个放大器要是没有滤波器的限制,我估计没人能做出来,这么高的增益肯定会自激振荡的。

我先用ADS软件大概的模拟了下这个滤波器,确实的不好做,只要电感和电容稍稍的偏一点,那中心的谐振点就跑了,因为这个带宽很窄。所以只好慢慢的调试。
滤波器采用LC的不是声表和介质这类的滤波器,要是调过滤波器的人肯定晓得调滤波器的痛苦。



这个是软件理论模拟出来的曲线。就按照这个曲线调试,结果我按照这个实际去调试滤波器,结果真是让我吃惊啊,谐振点都不晓得跑哪去了,后来经过我慢慢的调试电容和电感结果调试到了类似这个曲线。

忘拍这个实际调试的曲线了,我清楚的记得,带宽和这一模一样,只是插入损耗很大,-10db的损耗,这个也没办法,带宽窄,两边抑制要陡,我的水平有限,只能调到这个样子了。真的忘拍滤波器的单独图片了。
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下面接着就是设计放大器了,这个就简单多了,因为以前做过类似的,直接搬过来用就可以了。稍稍的理论计算下增益。把滤波器的插入损耗扣除。最后要达到70db的增益。我采用四级级联的方式,下面是实际测试的结果。用网络分析仪测试,和信号加频谱测试。
由于本人没有示波器,所以没法用示波器测试了,最近也在想弄台示波器,以前有一台很老的HP数字示波器,他在去年也光荣的下岗了,现在手里就缺示波器了,等手里宽裕了,绝对弄台示波器回来。
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下面是实际测试的结果


放大器的输入我加了65db的衰减器。矢网输出是0dbm,这样到达放大器输入端口的信号就是-65dbm。测试出来的如下图


先是SPAN为20MHz是的图像,下面把SPAN在打窄,10MHz,测试图如下

这样就可以清晰的看出通频带和左右的抑制。
输出的幅度为5.6dbm,所以总增益为70.6dbm。可能衰减器和线直接存在差损,测试的有些误差。但是增益肯定大于70db。
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下面用频谱和信号源测试,如下

如图所示信号源如入为30MHz @ -72dbm,频谱输出为0dbm。所以放大器的总增益为72dbm左右。(存在误差)。
电流大概是170mA左右。


下面是全景图

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总结:

其实这此的设计主要是在调节滤波器上面费了些功夫,其他的设计主要是在以前的基础上改进的,备有太大的改动。但是设计这么高增益的放大器避免不了会遇到自激的情况,我的放大器实际增益已经达到了90多db,因为扣掉了滤波器的损耗,才剩70多db的增益。

下面对自激处理做下措施。

放大器要出现自激那板子上肯定存在了正反馈的现象,这是就得要找到这个反馈的地方,通常本人的经验就是用手去摸,射频有时候用手一摸,现象马上就好转了,这样就能确定了问题的所在地方。
高频走线要注意些,不要绕来绕去的,看上去尽量是一条通路。
再有就是匹配,有些存在反射比较大,会出现自激的现象,这就得找到所在的地方,去调节匹配电路。
测试尽可能采用同轴电缆,少用示波器探头之类的东西,那上存在寄生电容电感,导致波形畸变,也是导致自激的原因。
电源线上最好加几个磁环之类的,一定要采用纹波小的电源,我发现有时电源带来的噪声,会叠加到射频信号上,也就是实现了调制,很难去掉的。所以电源要出来好。
以上也就是我自己琢磨出来的这些,绝对没有参考别的文章之类的,这都是本人自己摸索出来的一些小经验,分享给大家。
本文绝对是原创!!!



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