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窄带高增益放大器设计与制作 [复制链接]

 
最近一个同学找我帮忙做一个窄带的放大器。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。

04.jpg

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

03.jpg





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

01.jpg



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

02.jpg





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

05.jpg





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

06.jpg




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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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一粒金砂(高级)

必须要顶!
等回去也看一下高频的东西,这方面基本是白痴啊

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谢谢。我对单片机也是等于白痴  详情 回复 发表于 2015-8-1 23:37

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虽然对这方面不懂但还是看完了这个帖子

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谢谢了  详情 回复 发表于 2015-8-1 23:37
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snoweaglemcu 发表于 2015-8-1 23:31
必须要顶!
等回去也看一下高频的东西,这方面基本是白痴啊

谢谢。我对单片机也是等于白痴
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白丁 发表于 2015-8-1 23:35
虽然对这方面不懂但还是看完了这个帖子

谢谢了
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一粒金砂(初级)

可以考滤SAW滤波,把带宽做窄,用LC滤波,生产的一致性太难保证。

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哈哈,老兄你这考虑的就远了,都直接干到生产去了,还有SAW没有这个频点的吧,得要定制,而且这东西就是帮同学做的,哪有什么批量生产呀,自己调调就足够用了。  详情 回复 发表于 2015-8-2 15:12
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顶一下。谢谢分享

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RF-7 发表于 2015-8-2 10:17
可以考滤SAW滤波,把带宽做窄,用LC滤波,生产的一致性太难保证。

哈哈,老兄你这考虑的就远了,都直接干到生产去了,还有SAW没有这个频点的吧,得要定制,而且这东西就是帮同学做的,哪有什么批量生产呀,自己调调就足够用了。
个人签名地址:江苏省南京市雨花台区
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鼓励原创,很好的帖子,楼主手里的设备也比俺的高档太多了。
个人签名上传了一些书籍资料,也许有你想要的:http://download.eeworld.com.cn/user/chunyang

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一粒金砂(初级)

楼主,我有几个问题请教一下啊。这个带通滤波器用的应该是椭圆吧,为什么第一级放大后面用了一个带通,第二级放大后面又用了一个呢?这两个滤波器有什么关联吗?
还有个问题就是,你搭的这滤波器输入输出阻抗都是按50欧设计的吗,那这样和低噪管输入输出阻抗不匹配怎么办?

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五彩晶圆(高级)

对这方面不是很懂,但还是要支持一下啦,学习一下楼主的经验。磁环,有时候,对抑制噪声还是挺有帮助的。

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一粒金砂(中级)

谢谢版主~~

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一粒金砂(初级)

你好,有没有ADS下载地址或者种子啊?谢谢

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一粒金砂(中级)

好帖子,谢谢楼主

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一粒金砂(中级)

谢谢楼主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~

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一粒金砂(中级)

鼓励原创!!
个人签名左手红颜,右手天下。

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一粒金砂(初级)

求大神指教,高频运放,可以放大10M以上信号的芯片?

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一粒金砂(初级)

大神。知不知道可以放大高频信号的芯片啊,10M以上的。有没有做过?

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一粒金砂(中级)

谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~

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纯净的硅(中级)

不错的文章  支持楼主

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谢谢  详情 回复 发表于 2015-9-8 08:45

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