FD05型AGC中頻放大器模塊的電路工作原理和實現設計

概述

FD05型AGC中頻放大器模塊是用于通訊設備的具有AGC（自動增益控制）功能的中波頻段小信號放大器，主要為散射凋制、解凋分系統配套。它可將微弱的中頻小信號通過外部可變的控制電壓放大為一個所需要的功率輸出，其中心頻率為70 MHz。

該產品的主要指標如下：

控制電壓：Vcon=0～3V

電源電流：Icc≤300 mA

輸出電壓：Vo=0.1～2V

輸出最大增益：KM≥60 dB

可控增益范圍：Avr≤55 dB

中心頻率：fo=68～72 MHz

頻帶寬度：BW=10～16 MHz

帶內平坦度：Fm≤±2 dB

該產品的環境可靠性指標如下：

電源電壓范圍：+12V±5％（典型值+12V）

外殼工作溫度范圍：一40～+85℃

存儲溫度范圍：一55～+125℃

此外，該產品采用雙列直插模塊式，外型尺寸不大于（66.5×46.8×15mm，適用于SJ20668—98微電路模塊總規范，產品可以每四個一組保持相同的線性控制電壓。

設計方案的確定

根據模塊的功能要求及環境要求，設計時首先初步確定了電路模式，并繪制出電路原理圖，然后進一步分析原理框圖中所需的元器件，并借助EDA 仿真來模擬分選元器件，以基本實現電路功能。

根據方案的設計，利用計算機平面化沒計制板，以厚膜工藝組裝，確定的主要工藝流程如圖1所示。

FD05型AGC中頻放大器模塊的電路工作原理和實現設計

程序設計和電路原理

◇設計程序

首先可根據電路功能和該產品各工作部位的要求構畫出原理框圖和工藝流程，然后細化每一功能所需的元器件和輔助元件，并降額冗余選擇，保證元器件質量的可靠性。

◇電路工作原理

H-FD05模塊的內部功能框圖如圖2所示。圖中中頻輸入信號經隔離電容、匹配網絡放大后，由帶通濾波器濾除其它雜波，冉經匹配放大，然后通過三級AGC電壓控制放大，最后經末級放大隔離輸出（直流隔離），使之達到60dB增益的中頻輸出?？紤]到噪聲和紋波的干擾，AGC控制電壓加了一級LC濾波網絡，各級之間均有隔離電容對直流進行隔離，三級AGC電壓放大均由PIN微波二極管整形緩沖，+12V電源加到模塊內，各級均有濾波電容對供電電源進行凈化，三級AGC放大均備有微調電容以消除信號振蕩和調整線性增益。

◇方案的論證和評審

根據該電路的原理、依據和工藝，可由相關專家對電路原理的信號流程，每個元器件的規格型號，尺寸進行認真的分析，對一些有爭議的部位或元器件進行一定的修正。濾波器一般應外接，以便于帶寬調整，使其電路比較完善，也便于后續工作的實施。

研制過程

◇元器件的選取

根據電路原理應選擇可靠元器件，并在集成電路中選擇滿足需要的功能。N1、N2 前級放大選用高精射頻放大器，N3、N4和N5選用高穩定度中頻放大集成電路，N6末級大放選用低溫度系數的表貼中頻功放，并要求使用溫度范同要寬，以滿足工作的可靠性。電阻均采用1％高精度厚膜電阻，功率電阻均勻分布，以保證高低溫及振動沖擊的穩定性；PIN微波二極管選用耐壓高、特性一致、結電容小、全表貼型，并且配對使用；電容均采用高可靠的獨石電容，電源濾波電容采用高穩定的X7R和超陶電容相結合，以加強濾波效果；調諧整形電容選用高穩定度的 NP0片電容，保證寬溫下工作的低失真；電感選用高穩定的微型表貼電感，以確保小尺寸下的低溫升和線性輸出。

◇結構選擇

依據產品的小尺寸、輕重量、工作溫度范圍寬等要求，同時考慮到國產成熟的配套能力和單位為貫標生產線的現有標準結構，該產品開始定為38線金屬殼焊封。由于輸出端子和外部調諧整形、測試端比較多，并且要求引出端有一定的忍性，故選用雙列排式引線結構，電源、輸入、輸出端子分開排列，并增加了引出端子的接地屏蔽，使之達到用戶提出的要求。

◇改進

為提高產品特性，使之準確反應放大器的功能，針對降低殼體尺寸和提高精度等要求，除考慮集成電路的應用范圍外，還對此采取了相應的轉換措施，重點解決表貼元器件的尺寸，使之殼體尺寸降為28線平行封焊，殼體尺寸從最大的66.5×46.8× 15mm降至41×28×6mm；另外還加強了PIN二極管的一致性配對（每塊三個，四塊一套共l2只）從而提高了產品的精度。

設計技術難點及解決措施

◇結構布局

該AGC中頻放大器的中心頻率為70 MHz（屬高頻范圍），其結構布局非常重要。在電路設計初期，雖然根據引線尺寸結構和電路流程進行了精細布局，縮短走線，靠近各引線端，控制線寬和線間距。但電路仍不理想，在信號衰減60dB時就被埋沒，信號為0dB、10dB時就有自激振蕩，通過大量的實驗和消自激電容的調整以及穿插接地，使之勉強在寬增益下達到輸出要求。但在殼體尺寸進一步降低時，根據這些數據整理和前后級屏蔽地線分級隔離，重新布局繪制平面厚膜電路，尤其是相鄰強弱信號的地線屏蔽使其對微弱信號的干擾減少。另外，輸入、輸出分別設計在陶瓷基板的兩頭對角，內部電路流程設計成S走線，并如圖3所示分別隔離，最終才達到指標要求，即使這樣，在高低溫實驗時仍有不穩定現象。通過微調電容和殼體接地點實驗，終于發現殼體的影響和端口駐波反射、內部功率電阻對射頻放大器的干擾影響。經過再次改進電路布局，將多余端線接口引線直接焊到基板，輸入、輸出端口采用高頻插頭以及殼體大面積接地，包括基背面導電帶接地，并調大功率電阻的面積，減小發熱，才使之能在高低溫下穩定可靠的工作，同時還使其以自身來補償輸出自激。

◇采用微波二極管提高電路精度

該AGC中頻放大器的三級電壓增益放大均有三只PIN微波二極管（2K4D）整形緩沖，它對輸出增益的一致性和增益控制電壓值尤其重要，該二極管的參數為：反向電壓VB≥200 V、正向微分電阻Rr≤1Ω、結電容CP≤0.40PF、耗散功率PW≥0.3w。開始組裝時，只注意到滿足軍品二極管的通用特性，但產品的一致性（相對控制電壓值各對應的各輸出幅值）都沒有引起足夠的重視，無法按用戶要求的四個一組進行配套，即容易造成生產成本的浪費。在初次問題分析中始終沒有找到問題所在，只是認為三個中放電路的不一致。經與用戶探討和試驗摸索發現：微波二極管的正向微分電阻和結電容直接影響其輸出一致性。事實上，二項參數一起配對并且一塊三只，四塊一組共12支要求一樣也比較困難，組裝前的篩選配對很難進行。之后經過逐級分析、微調試驗，才能總結出它的變化規律。實際上，只要控制好三級中頻放大對應位置的二極管的一致性，即可達到輸出對應。至此，便可采用精分微波二極管的結電容，將其參數一致性的結電容（精確到0.01PF）裝在一起，以減少配套的工作量。在組裝時，將一致的二極管焊在同一級的位置上，從而提高了產品的合格率，達到了用戶要求。但針對各批次的一致性精度，還需掌握其規律進行控制，故要繼續統計分類，保證用戶放心使用和更換。

產品特點

因為該放大器獨特的通用性，與同類產品相比，針對原分立器件組裝的AGC中頻放大器專用模塊，該產品除保證了原有的電特性有所提高以外，還有如下一些特點：

（1）模塊尺寸小，引出端采用標準28線平行封焊，插拔更換比較方便。

（2）重量輕，機械可靠性好。由于采用全表面貼裝結構，元器件全部小型化、微型化，使之重量遠遠低于分立器件，同時抗振動沖擊能力增強，不會出現引線振動沖斷。

（3）采用全金屬接地屏蔽、調諧方便。由于備份調整端子多，帶通濾波器外接，故可根椐需求很容易改變中心頻率和增益范圍等。

（4）模塊產品尺寸如圖4所示。