窄带高增益放大器设计与制作

RF-刘海石

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。



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！！！

snoweaglemcu

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

白丁

虽然对这方面不懂但还是看完了这个帖子

RF-刘海石

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

RF-刘海石

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

RF-7

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。

KKroom

顶一下。谢谢分享

RF-刘海石

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。

chunyang

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。

yaoliangxie

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？

ienglgge

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。

rongjinzhuo

谢谢版主~~

hetaojiang

你好，有没有ADS下载地址或者种子啊？谢谢

聪聪聪

好帖子，谢谢楼主

聪聪聪

谢谢楼主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~

devwang

鼓励原创！！

马珂菠萝

求大神指教，高频运放，可以放大10M以上信号的芯片？

马珂菠萝

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？

bidinghong

谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~谢谢版主~~

zhangdaijinqf

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