本科毕业设计 学院 专业 年级 姓名 设计题目宽带低噪声放大器设计 指导教师职称 ****年* 月* 日
目录 摘要 (1) Abstract. (1) 1概述 (1) 2低噪声放大器设计的原理 (2) 2.1噪声系数 (2) 2.2低噪声放大器的功率增益以及分配电压增益 (2) 2.3端口驻波比 (3) 2.4工作带宽与增益平坦度 (3) 2.5动态范围以及压缩点 (3) 2.6三阶截断点 (4) 2.7低噪声放大器的稳定性 (4) 3器件的选择 (4) 3.1放大器的选择 (5) 3.2放大器的介绍 (5) 3.3电源的供电 (5) 3.4选用器件的介绍 (5) 4模拟电路设计 (5) 4.1方案选择 (6) 4.2模拟电路设计 (6) 4.3电源电路 (6) 5电路的调试 (8) 5.1调试过程 (8) 5.2测试结果 (8) 5.3系统的改进措施 (10) 6总结 (11) 参考文献 (11)
宽带低噪声放大器设计 学生姓名：*** 学号：*********** 学院：专业： 指导老师：职称： 摘要：本文介绍了一个15V单电源供电的低噪声放大器设计，设计采用三级级联的方式。该系统主要是宽带低噪声放大器，为了满足要求，采用了高速运算放大器μa741作为前两级放大，末级用CA3140作为功率放大电路。测试结果表明，放大倍数为100倍，带宽有1MHz。 关键词：μa741；放大器；带宽；噪声系数 The design of the low noise amplifier with broadband Abstract: This article describes the design of a single 15V power supply and low noise amplifier. The system has three amplifier consisted ofμa741 and CA3140, which meet the requirements of broadband and low noise. Test results show that a amplifier with bandwidth 1MHz is 100 times. Keywords: μa741；amplifier；Bandwidth；noise figure 1概述 我们知道低噪声放大器是射频电路的重要组成部分，并且在有源滤波器等电子电路当中宽带低噪声放大器起着重要作用。而且在射频微波电路当中，放大器也起着重要作用，它的好坏直接决定了射频微波电路的功能的实现，具有很重要的现实意义，所以在制做低噪声放大器的时候我们要注意它的各项指标是否能够达标。 除此之外，我们知道随着社会的发展，以及各项科学技术的发展，对通信带宽的要求也越来越宽因此各种通信设备在宽频带上的工作要求不再是以前的一个或者几个频点。由于我国对放大器设计的技术相对来说还不算很先进，所以更需要后起之秀对放大器设计进行进一步的探索和研究。 随着时代的发展，人们对通信质量的要求也更高，其中包括要使工作频率更高、工作频率更宽以及噪声系数更小，这已经成为各项科学技术设备发展的趋势。本文介绍了一种比较简单易行的宽带低噪声放大器设计方法。本设计利用具有低噪声，高速运算的放大器μa741，以及DC-DC交换器TPS61087DCR作为此宽带的噪声放大器
射频宽带放大器设计报告 摘要：本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分，能实现放大倍数0～50dB 增益可调。前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大，固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。 关键词：宽带放大器高速运放 OPA847 AD8330
一、方案论证与选择 1、方案选择与比较 1.1 固定增益放大器比较 方案一：采用OPA820运放芯片作为固定增益放大，该芯片是一种高速运算放大器，在6 Hz~ 20 MHz 的通频带中可实现放大增益为43 dB, 具有带内波动小, 输出噪声低的特点。但是缺点是通频带不够宽。 方案二：采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大，符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。 方案三：采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器，最大频带宽度达 3.9GHz，完全满足本题频带要求，输入电压噪声低，带内波动小，自激现象 少。 综上所述，本设计采用方案三。 1.1.2 可变增益放大器比较 方案一：采用可编程程控放大器AD603。该运放增益在-11～+30dB范围内可调，通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益范围，易于控制。但该运放增益可调带宽为90MHz，不满足题目要求。 方案二：采用高增益精度的压控VGA芯片AD8330。该芯片可控增益带宽可达150MHz，增益可调范围0~70dB,符合本题指标要求. 因此，该电路采用方案二。 1.1.3 电压增益可调方案比较 方案一：基于单片机做步进微调。由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控，实现增益在可取范围内可调。但是，此设计只能步进调节，不能连续可调，此方案不可取。 方案二：基于精密电位器做连续可调。用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。电路简单，节省成本。 经比较，本设计选择方案二。 2、方案描述 总体框图如图1所示。
宽带放大器 摘要 本设计全部采用集成电路，具有硬件电路形式简单，调试容易，频带宽，增益高，AGC动态范围宽的特点，且增益可调，步进间隔小。本宽带放大器以可编程增益放大器AD603为核心，由三级放大器组成，前级放大主要是提高输入阻抗，对小信号进行放大；中间级为可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AGC功能，增益控制和AGC功能都由单片机控制，可预置并显示增益值，增益可调范围10dB～58dB，步进1dB，由单片机自动调节放大倍数可实现AGC功能，使输出电压稳定在4.5V~5.5V 之间；后级放大进一步增加放大倍数，扩大输出电流，提升放大器的带负载能力，提高输出电压幅度。后级输出接峰值检波电路，检波电路输出由单片机采样并计算后，用液晶显示屏显示输出正弦波电压的有效值和峰峰值。由于宽带放大器普遍存在容易自激及输出噪声过大的缺点，本系统采用多种形式的屏蔽措施减少干扰，抑制噪声，以改善系统性能。
一、方案论证与比较 1、总体方案 方案一：选用结电容小，f T高的晶体管，采用多种补偿法，多级放大加深度负反馈，以及组合各种组态的放大电路形式，可以组成优质的宽带放大器，而且成本较低。但若要全部采用晶体管实现题目要求，有一定困难，首先高频晶体管配对困难，不易购买；其次，理论计算往往与实际电路有一定差距，工作点不容易调整；而且，晶体管参数易受环境影响，影响系统总体性能。另外，晶体管电路增益调节较为复杂，不易实现题目要求的增益可调。 方案二：使用专用的集成宽带放大器。如TITHS6022、NE592等集成电路。通过外接少数的元件就可以满足本题目要求，甚至远超过题目要求的带宽和增益的指标，但这种放大器难以购买，价格较贵，灵活性不够，不易满足题目扩展功能要求。 方案三：市面上有多种型号、各具特色的宽频带集成运算放大器。这些集成运算放大器有的通频带宽，有足够的增益，有的可以输出较高电压，使用方便，有的甚至可以实现增益可调及AGC的功能。总体上硬件的实现和调试较为简单，所以，我们决定采用多个集成运放级连实现本题目。系统方框图如图1－1－1
射频宽带放大器（D题） 摘要：本系统以可控增益放大器LMH6502为核心，外加宽带放大器OPA695的配合，实现了增益可调的射频宽带放大功能。系统主要由四个模块构成：前置固定放大电路模块、可控增益电路模块、后级固定放大电路模块和单片机控制显示模块。前置放大电路和后级放大电路以OPA695为核心器件，分别可提供约25.3dB 和23.5dB的固定增益；可控增益模块主要由LMH6502构成，可实现-50dB~20dB 的动态增益变化；单片机显示模块用于控制并显示可控增益电路模块的控制电压，使整个网络能够完成0~60dB的增益可调。本系统具有增益可调，频带宽，电路形式简单且调试方便的特点。经测试，系统完成了全部基本功能和部分发挥功能。 关键词：宽带放大器；可控增益；单片机控制；
一、系统方案： 1.1方案比较与选择： 方案一采用分立三极管或双栅场效应管，将每一级构成的可控放大器级联，分别对每一级增益进行控制。该方案灵活度相对较高，但电路稳定度低，不利于调节和控制。 图一方案一总体框图 方案二：用模拟开关构成电阻网络，由单片机控制以改变信号增益。这种方案存在的不足是模拟开关会导致导通电阻较大，信号会互相干扰，容易影响系统性能。而且电阻网络级数多，造成硬件电路复杂，且电阻网络的电阻选择也较为困难，很难做到高精度控制。 方案三：用多级固定增益的运算放大电路和电压增益控制运算放大器构成。集成可控增益放大器的增益与控制电压成严格线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生，精度高,可以满足题目指标要求，而且外围电路简单，便于调试，故采用此方案。 图二电路总体框图 1.2方案描述： 1.2.1总体框图：
基于可调程控的宽带直流放大器设计 本系统采用可控增益放大器VCA810和宽带低噪声运放OPA2846结合的方式，通过主控芯STC12C5A60S2控制D/A输出电压调整VCA810增益，并且能够有效地实现0～60dB可调增益.还加入BUF634并联模块以提高系统的带载能力，之后使用巴特沃兹无源低通滤波电路对放大器的带宽进行限制，同时滤除噪声.末级采用THS3092两路并联功率放大模块对输出功率进行放大，使整个系统输出最大有效值达到6V本系统具有带宽增益可调范围大，能够有效抑制直流零点漂移，放大器稳定性高等特性。 标签：宽带放大器；可控增益；VCA810 本系统设计一个基于可调程控的宽带直流放大器，要求增益可调范围为0～60dB，信号的通频带保持在0～5MHz，最大带宽增益积为5GHz，输出电压有效值可达6V，具有通频带内增益平坦，能够抑制直流零点漂移，并且能够保持放大器的稳定性。文章根据上述要求设计的系统主要包括四个模块：固定增益放大模块、可变增益放大模块、低通滤波器模块及功率放大模块。 1 系统总体框架 如图1所示，本系统以STC12C5A60S2作为控制与运算核心，将输入信号输入到第一级放大电路进行增益放大，再经第二级放大电路滤除杂波和进行功率放大后得到符合要求的输出信号。其中，第一级放大电路主要包含固定增益放大模块和可变增益放大模块，第二级低通滤波器模块和功率放大模块。另外，STC12C5A60S2主要用于可变增益放大模块的程控和输出调制电压的实时显示。为使第一级放大电路和第二级放大电路不互相影响，文章在两级电路之间加入一个缓冲级。 2 实现原理 2.1 带宽增益积。本系统信号通频带为0～5MHz，最大电压增益Av≥60dB，V，故应尽量减少使用VCA810的数量，在增益控制中，本系统采用一片VCA810可变增益放大与OPA2846固定增益放大配合，通过单片机程控输出信号放大通路实现0～60dB可调增益，OPA2846的输入偏置电压仅为0.15mV，THS3092在±5V供电时输入偏置电压仅为0.3mV，均能够很有效地抑制零点漂移。 2.4 放大器稳定性 系统的稳定性取决于系统的相位裕量，相位裕量是指放大器开环增益为0dB 时的相位与180°的差值，放大器一般会有自激的问题，有的情况是由于在放大器的相移为180°时，其增益仍然大于1，这种情况可以在反馈环路中增加零点来做相位补偿.总体来说，自激振荡是由于信号在通过运放及反馈回路的过程中产生了附加相移，用？驻？准？住表示低频段的附加相移，？驻？准F表示高频段
HEFEI UNIVERSITY 程控放大器的设计 系别电子信息与电气工程系 专业电气信息类 班级09级电气(4)班 姓名李浩刘阳程超 完成时间2011年3月14日
摘要：本设计由三个模块电路构成：前即高共模抑制比仪器,8wei DAC0832衰减器，和单片机键盘显示处理模块。前级模拟放大部分具有高共模抑制比，高输入电阻，可调节放大倍数；DAC衰减器将模拟放大器的输出信号进行相应的衰减；键盘输入信号放大的倍数，并同时选取适当放大倍数，通过单片机整体控制，实现信号方大的功能。 一：方案设计与论证 1.放大电路 可行方案：如图所示，线路前级为同相差动放大结构，要求量运放的性能万群相同，这样，线路除具有差模,，共模输入电阻大的特点外，量运放的共模增益，失调机其漂移长生的误差也相互抵消，因而不需要精密匹配电阻。后即的作用是抑制共模信号，将双端输出转变为单端放大输出，一室印发给接地负载的需要，后即的带你组精密则要求匹配。增益分配一般前级去高值。 可改进为：因为其电路结构简单，易于定位和控制。但要调节增益必须手动调节变阻器，所以考虑将放大倍数设成固定值，以满足题目的需要。 2．控制部分 利用单片机，MCU最小系统可由51单片机或其他派生芯片构成。置数键可由0－9这10个数字级几个功能键组成，在软件的控制下，单片机开机后先将预置数输入，在送去显示的同时，送入DA然后等待键盘终端，并做相应的处理。 二：系统总体设计方案 1.总体设计思路 根据题目的要求，我们认真取舍，充分利用了模拟和数字系统的有点，采用单片机控制放大器增大的方法，大大的提高了系统的精密度；采用仪器放大其输入，大大提高了放大器的质量。有篇运放构成的前几高共模输入的仪表差动放大器，对不同的差模输入信号电压进行不同的方大倍数，再经过后即的数控衰减器得到要求放大的倍数的输出信号。每种信号渡江在单片机的算法控制下得到最合理的前几放大和后即衰减，一是信号放大的质量最佳。
宽带放大器设计报告 ―－武汉大学电子设计基地设计组第1组：许可崔振威谢超 摘要：本系统利用可变增益放大器AD600作为核心,通过模拟开关选通不同的控制电压的方式来达到增益步进6dB,总增益从0dB到30dB的目的，其控制电压均由2.5v电压基准MAX873经过精密电阻分压得到,有效的保证了控制电压的稳定度,获得良好的波形。前置放大采用由AD844构成的正向放大器，可以有效的提高输入电阻,使输入电阻达到兆欧级别。后级放大采用增益固定为10dB的同向放大器,从而使整个电路的增益能从10dB变化到40dB，该放大器由高精度宽带运放MAX477构成，在保证良好输出波形的同时,可以使输出电压有效值大于3V。前置放大和后级放大的输出均采用峰值检测电路检测出正半周最大电压值，用于有效值的计算，采用AD603构成的AGC电路，在输入信号在0.05V～1.00V内变化时，能将输出有效值稳定在2.05～2.6 V。整个系统的通频带为1K～14.6MHz。由12位A/D 转换器MAX197对输出信号的峰值进行测量，分辨率达到1mV 。AT89S52和CycloneFPGA构成的单片机小系统板可以通过键盘，人为预置增益值来获取相应的放大倍数，同时实时显示实际增益值、输出有效值和当前增益误差。整个系统采用中文显示，界面友好美观，控制方便。
一、方案论证与选择 1．增益控制部分： 方案一 采用普通宽带运算放大器组成的放大电路,同时由分立元件构成的AGC控制电路,通过包络检波再反馈回放大器的方法来控制放大倍数,这种方法构成电路简单,但是反馈控制比较困难，难以实现步进，精度也很低。 方案二 采用集成可变增益放大器AD600作为增益控制。AD600是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压成线性关系,因此可以方便的采用控制电压的方式来控制放大器的增益.采用D/A变换装置输出电压控制高速压控放大器AD600来实现增益的步进，采用此种方法可以获得很小的步进。但是由这种方法得到的控制电压有一定的纹波，而芯片AD600对控制电压非常敏感，微小的电压波动就能造成输出波形上下起伏，波形不佳。 方案三 主控芯片采用AD600，利用电压基准源通过精密电阻分压得到各个增益值对应得控制电压，在用模拟开关CD4051来选则不同的控制电压来达到控制增益的目的。电压基准源采用MAXIM公司2.5 V基准MAX873。 经过比较，选用方案三。 2．有效值测量部分 方案一 采用检波二极管构成的峰值检测电路，然后用A/D转换器对其检测结果进行读数。峰值检测的原理是当输入电压正半周通过时，检波管导通，对电容C充电，适当选择电容值，使得电容放电速度大于充电速度，这样，电容两端的电压可以保持在最大电压处，该电压通过一个用运算放大器构成的射极跟随器输出电压峰值。采用这种电路优点是频带响应宽，频率越高检测反而越准确，且电路简单。但是由于检波二极管存在一定的导通压降，且为非线性，测量精度低，小信号时尤其明显。同时电容值的选取也使得电路有一定的局限性，如选取太大，放电时间过长，会改善输出电压发纹波，但是会导致该电路响应速度慢；如果电容选的太小，放电时间过短，能改善电路的响应时间，但也会导致低频时输出电压纹波较大。 方案二 采用集成电路AD637作为有效值运算，它测量有效值的范围为0-7V，精度优于0.5%，且外围元件少，频带宽，对于一个有效值为1V的信号，它的3dB带宽为8MHz，并且可对输入信号的电平以dB形式表示。该方案精度高，直接输出有效值，但电路稍复杂，且不适合高频信号。 经过比较，方案二中AD637对小信号测量具有很大优势，而方案一中在频带方面满足要求，考虑到题目的频带范围和制作成本的因素，采用方案一。 3．自动增益控制部分（AGC） 方案一 AGC电路实际上是一个根据输出电压的动态的调整放大倍数，从而使输出稳定在预定范围的反馈型电路。根据该特点可以引入CPU、A/D和D/A转换器通过程序对放大倍数进行控制，即数字式AGC，此种AGC电路的输出范围完全由人为设定，可以很容易满足题目要求，
一种增益可控的射频宽带放大器设计 射频宽带放大器是各类电子仪器与仪表里很常用、很重要的一个單元电路。为此，论述了一款增益可控的射频宽带放大器的设计选型的过程，给出了参数的计算过程和选型是要考虑的技术指标和功能。因此结论对模拟放大电路的设计具有一定的参考价值。 标签：射频；宽带放大器；参数计算；选型要求 doi：10.19311/https://www.doczj.com/doc/c18893412.html,ki.16723198.2017.09.088 1理论计算 1.1设计要求 根据用户对高频、大信号的放大要求，课题研究小组进过分析和研究，得出下列的具体设计参数： （1）被设计的放大器的电压增益A V≥52dB，增益可控52dB，输入信号电压的有效值Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为50欧姆，负载电阻50欧姆，且输出电压有效值V o≥2V，波形无明显失真； （2）在50MHz～160MHz频率范围内增益波动不大于2dB； （3）-3dB的通频带不窄于40MHz～200MHz，即fL≤40MHz和fH≥200MHz； （4）电压增益A V≥52dB，当输入信号频率f≤20MHz或输入信号频率f≥270MHz时，实测电压增益A V均不大于20dB； （5）放大器采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换。 通过对上述设计要求的分析可知，此课题对宽带放大器的参数选型提出了很高的要求，诸如：压摆率、增益带宽积、最大输出功率、高频高输出摆幅等都要进行严格的计算。只有做到科学计算，才能为正确的集成放大器选型打下坚实的基础，为后续设计提供科学保障。 1.2放大器的参数计算 （1）最小增益需要达到52dB（400倍），带宽200MHz，系统增益带宽积高达8*109MHz（*此处应注意多级放大和增益分配*）； （2）输入电压有效值最大5mv，需要做小信号低噪声放大；
基于AD603程控宽带放大器的设计
摘要 本设计是采用AD603可控增益放大器芯片设计的一款高增益，高宽带直流放大器，采用两级级联放大电路了，提高了放大增益，扩展了通频带宽，而且具有良好的抗噪声系数，采用AT89S52芯片控制数模转换(DAC0832芯片)进行程控放大控制，在0—20MHz频带内，放大倍数在0-40dB之间进行调节，增益起伏为1dB。系统具有键盘输入预置，增益可调和液晶显示，具有很强的实际应用能力。 关键词：AD603,AT89S52,DAC0832，程控放大器，高增益放大器
1、方案论证及比较 1.1 总体方案框图 本系统原理方框图如图1所示。本系统由前置放大器、中间放大器、末级功率放大器、控制器、键盘及稳压电源等组成。其中前置放大器、中间放大器、末级功率放大器构成了信号通道。 图1 系统原理框图 1.2 增益控制部分 方案一原理框图如图2所示，场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。 图 2 场效应管放大器电路图 方案二采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，这前置中间末级 键51单片 U U 稳220 V
时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。 方案三使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA，用控制电压和增益（dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制（如图3）。根据题目对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB的增益,两级级联后即可得到40dB以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。 图 3 可变增益的运放放大器电路图综上所述，选用方案三，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB，满足题目要求的精度，其增益（dB）与控制电压（V）成线性关系，因此可以很方便地使用D/A输出电压控制放大器的增益。 1.3 功率输出部分（末级功率放大器） 两片AD603级联构成放大器，可对不同的大小的输入信号进行前级放大。由于AD603的最大输出电压较小，所以需要前级放大信号需经过后级放大达到较高的输出有效值。
《电子线路》课程设计 设 计 报 告 题目：程控放大器的设计 班级: 电子工程 姓名: XXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师: XXXXXX 2012年6月
摘要 本次课程设计的目的是通过设计与实验，了解实现程控放大器的方法，进一步理解设计方案与设计理念，扩展设计思路与视野。 对微弱信号的程控放大，传统的方法是采用可软件设置增益的放大器如芯片，但该类放大器价格较高且选择档位较少。采用数字电位器或者模拟开关和AD 组成的多档位、低成本的程控放大器可克服以上缺点，但是模拟开关具有较大的噪声且存在偏置电阻，精度不高使用D/A 内部电阻实现可变电阻也是较为常用的方法，利用DAC 内部精密电阻网络作为运放的反馈电阻提高了放大精度，但这种方案难以实现连续调节。 关键字：程控放大模拟开关DAC
目录 一、内容提要....................... 错误!未定义书签。 二、设计任务和要求................. 错误!未定义书签。 三、总体方案选择的论证............. 错误!未定义书签。 四、单元电路的设计、元器件选择和参数计算错误!未定义书签。 五、绘出总体电路图，并说明电路的工作原理错误!未定义书签。 六、组装与调试，内容含：........... 错误!未定义书签。 七、所用元器件的编号列表。......... 错误!未定义书签。 八、设计总结：..................... 错误!未定义书签。 九、列出参考文献................... 错误!未定义书签。
程控放大器设计 一、内容提要 随着计算机的应用，为了减少硬件设备，可以使用可编程增益放大器（PGA:Pmgrammable Gain Amplifier)。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节，以满足后续电路和系统的要求。可编程增益放大器有两种——组合PGA和集成PGA。 二、设计任务和要求 设计和实现一程控放大器，指标要求： 1、增益在10～60dB之间，以10dB步进可调； 2、当增益为40dB时，－3dB带宽≥40kHz. 3、电压增益误差≤10％； 4、最大输出电压≤10V。 注：不可用专用集成块！
电子系统设计 方案设计：增益可调的宽带放大器 团队成员： 指导教师： 提交时间：2015年12月11日
增益可调的宽带放大器 摘要：本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大 器，要求具有0.3~100MHz 通频带，增益0~60dB 范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。经测试，系统对mV 1≤的输入信号实现了增益0~60dB 范围内可调，带宽0.3~100MHz ，并在1~80MHz 频带内增益起伏dB 1≤，且全程波形无明显失真。完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
1.系统方案设计与论证 1.1总体方案设计与论证 分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图 1.2前置缓冲级的方案论证与选择 前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为Rj趋于无穷大，所以图2电 路的输入阻抗为 k k k k R R R R R R R R≈ + * = = j j j n i // 。则可令实际电路取Rk=50Ω以达到输入阻抗要求。 除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz。 图2 前置缓冲级
宽带放大器（Ｂ题） 本设计由三个模块电路构成：前级放大电路（带AGC部分）、后级放大电路和单片机显示与控制模块。在前级放大电路中，用宽带运算放大器AD603两级级联放大输入信号，输出放大一定倍数的电压，经过后级放大电路达到大于8V的有效值输出。ADUC812的单片机显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外，还可以实时显示输出电压有效值。 本设计采用高级压控增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级负反馈互补输出级，全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制，AGC稳定性好，可控范围大，完成了题目的所有基本和发挥要求。 方案论证与比较 1.可控增益放大器部分 方案一简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件，如三极管等，电路比较复杂，工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。此外，由于采用多级放大，电路稳定性差，容易产生自激现象。 方案二为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D／A转换芯片，其输出V out=Dn×Vref/210，其中Dn为10位数字量输入的二进制值，可满足210=1024挡增益调节，满足题目的精度要求。它由CMOS 电流开关和梯形电阻网络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求，为使输入信号在mV～V每一数
程控放大器的设计与实现 摘要 本文介绍了一种可通过程序改变增益的放大器。它与ADC相配合，可以自动适应大范围变化的模拟信号电平。系统以89S51单片机作微处理器，运用NE5532芯片组成运放电路，采用CD4052芯片担任增益切换开关，通过软件控制开关的闭合或断开来达到改变电路的增益。 文章首先对系统方案进行论证，然后对硬件电路和软件设计进行了说明，最后重点阐述了系统的调试过程，并且对调试过程中遇到的问题以及解决方案进行了详细说明。该系统设计达到了预期要求，实现了最大放大60db的目的。 关键词 程控放大器；运算器放大器；单片机；增益 The Design and Realization of Program-Controll Amplifier Abstract This article introduces a amplifier which changes the gain through the software. It coordinates with ADC and adapts the simulated signal level with wide range change automatically. The system uses the 89s51 SCM as the core. The NE5532 chip composes the operational circuit and the CD4052 chip composes the gain switch. The gain of the circuit is changed by software which can control switch closed or disconnect. The article first demonstrates the system plan, then introduces the hardware and the software, finally explains the debugging process of the system with emphasis. It also especially analogizes the problem in the debugging process and the resolutions. This system design has achieved anticipative request and realized enlarged 60db most greatly the goal. Key words Program-controlled amplifier; operational Amplifier; SCM; gain
本科生毕业论文(设计) 题目（中文）：宽带放大器 （英文）： Wide-band Amplifier 学生姓名： 学号： 系别：物理与电子信息工程 专业：电子信息科学与技术 指导教师： 起止日期： 2010年 5月 23日
怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 年月日
目录 摘要.............................................................................................. I 关键字.............................................................................................. I Abstract ............................................................................................. I Key words ......................................................................................... II 1 前言 .. (1) 1.1运算放大器的发展及应用概况 (1) 1.2宽带放大器简介 (2) 1.3课题研究的意义 (3) 2 设计任务与要求 (3) 2.1设计任务 (3) 2.2设计要求 (3) 2.2.1 基本要求 (3) 2.2.2 发挥部分 (4) 3 设计方案的选择与论证 (4) 3.1宽带放大器的总体设计方案 (4) 3.1.1 增益控制电路设计方案 (6) 3.1.2 功率输出部分设计方案 (7) 3.1.3 有效值测量电路设计方案 (7) 3.1.4 自动增益控制（AGC）设计方案 (7) 4 理论分析与参数计算 (8) 4.1带宽增益积 (8) 4.2电压控制增益的原理 (8) 4.3自动增益控制介绍 (11) 4.4正弦电压有效值的计算 (12) 5 系统各模块的电路设计 (12) 5.1直流稳压电源部分 (12) 5.2输入缓冲和增益控制部分 (12) 5.3增益控制部分 (13)
宽带放大器设计报告 摘要：本系统由四大模块组成，分别为放大模块、电源模块、峰值检波和测量显示模块组成。放大模块采用三级放大，在前级放大电路中，采用指定的高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，输出经第二级放大器OPA690放大后，后级放大采用指定的低失真电流反馈放大器THS3091D放大达到最大峰峰值大于10V的输出。电源模块采用DC-DC转换芯片TPS61089得到正负12V电源（利用外部充电泵原理）和MC34063得到的正负5V电源，34063得到的正负5V给前两级放大电路供电，TPS61089DRCT得到的正负12V经稳压得到正负9V给后级放大器THS3091D供电。峰值检波采用数字检波电路。测量模块采用TI公司低功耗单片机MSP430F149，利用单片机内部AD对检波后输出采样，经单片机处理后送至LCD显示。 关键词：宽带放大器，DC-DC转换,充电泵，峰值检波 一．方案论证与比较 1.1 放大器方案选择 前级放大器和后级放大器分别为指定的TI公司的OPA820ID和THS3091D，但仅由这两级放大不能满足题目要求。因此，需加入中间级放大电路。方案论证如下： 方案一：采用LM358放大器组成的放大电路。LM358是一般的运算放大器，对电源的要求较高，功耗较大。它的放大精度不是很高，受环境因素影响变化大，而且对输入的小信号放大，纹波和噪声都比较大。另外，LM358的增益带宽积较小，不能满足要求。 方案二：采用OPA690放大器组成的放大电路。OPA690是TI公司的的一款高性能电压反馈运算放大器。它具有较高的放大精度和较大的带宽，受环境影响较小,符合题目要求。 综上所述：我们选择方案二。 1.2 电源方案选择 题目中提供给我们的电源只有 +5V, 但为了更好的达到题目的要求，我们采用双电源供电,所以，应该将提供的电源做DC-DC变换。前两级采用MC34063变换得到正负5V电源供电。THS3091电源选择方案如下： 方案一：使用TPS61087DRCT和变压器。5V电压经DC-DC升压变换后，输出电压经变压器变压后产生正负电源。该方案对变压器的要求较高，需要准确计算出线圈匝数比，比较复杂，且输出电压不是很稳定，故此方案不予采纳。 方案二：使用TPS61087DRCT外部充电泵生成辅助电压。使用外部充电泵是从升压转换器生成辅助电压轨的一种灵活易用的方法。这些电压轨理论上可以是任何电压，正负均可，并且可以为需要两个或更多电压的任何应用供电。该方案设计电路简单，容易实现，可以满足设计要求。 综上所述：我们选择方案二。
宽带直流放大器方案设计 一、方案的选择和论证 分析题目要求，设计需要满足以下几个技术指标：在输入电压有效值Vi≤10 mV 情况下放大器电压增益必须大于60dB，且电压增益为60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V。另外，3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB，能为50欧姆的负载输出正弦有效值10V的电压。 基于以上要求，我们把整个放大器分为5个板块来设计。前置缓冲级，中间增益可调放大级，后级功率放大电路，电源部分和滤波器。 系统总体框图： 1.前置缓冲级方案论证 方案一：采用宽带高精度集成运放。 缓冲级对整个放大电路来说尤为重要，高质量的前级是放大电路的基本保障，故本设计中采用宽带高精度低噪声运算放大器OPA620构成电压增益为6dB的缓冲级。该运放增益宽带乘积为200M赫兹，能很好的满足题目要求。 方案二：采用普通运放。 普通运放虽然价格稍低，但是带宽和精度都十分有限，理论上虽然能用反馈的方式扩宽通频带，但是题目要求的10M赫兹频带太宽，故普通低价的运放很难达到实验要求。 比较上述两种方案，方案一能更好的完善题要求的指标，方案二虽然成本较低，但是不容易达到题目要求，且前级配置的高低对后级电路影响很大。故选择方案一。 2.中间增益放大级方案论证 方案一：采用三极管构成多级放大电路
若用分立元件构成60dB放大器，则须采用三极管构成的多级放大器。此方案有选材方便和成本较低的优点，但是选择性能合适的三级管比较费时间，选择合适的三极管配对组合更是不容易，并且题目给出的指标较高，三级管构成的多级放大器容易引起更多的干扰，影响放大质量。此外，晶体管构成的多级放大电路不易实现大范围的增益连续可调，这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。所以，我们对下一种方案进行论证。 方案二：使用集成运放OPA620构成2级放大 单个OPA620的增益可调范围为 -20bB — +20dB ，采用两级相连，则可以实现-40dB-+40dB的可调范围。从厂商的数据手册可以看出，OPA620外围电路简单，容易操控，通频带内增益起伏小于0.05dB，且放大效果较好。但是若要求实现提高部分0-60dB全范围的连续可调，两级OPA620放大则不能达到题目要求。 方案三：使用低噪声增益可控放大器AD603 使用两级AD603构成的增益可调放大电路。 AD603是主要用于RF和IF AGC系统的低噪声可调增益放大器，它具有引脚可编程增益功能，可以使用一个外部电阻设置增益范围内的任何增益子范围，控制接口可以输入差分电压，也可以输入单端的正控制或负控制电压，使用十分方便。单级AD603便可以实现0-40dB的电压放大，且该增益范围内有30MHz的频带宽，性能优异，如果采用两级连放，理论上可以实现0-80dB的增益可调范围，能满足题目要求。其次，AD603构成的增益可控放大电路有很大的提升空间，可以通过电位器获取基准电压进行手动控制，通过模拟开关连接电阻器实现增益程控，通过单片机配合DAC模块实现不同精度的增益数控。 所以比较上述两种方案，AD603与OPA620相比，容易实现增益数控，AD603有更高的性价比，我们最终选择方案三。 3.增益控制电路 方案一:单片机和数模转换芯片实现增益可调 使用89C51单片机，选择稳定的基准电压，配合DAC0832输出电压信号控制AD603，从而实现增益数控。 DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，D/A转换结果采用电流形式输出，理论精度为1/256，能满足增益步进5dB的要求。该芯片价格便宜，使用方便，算是较常用的8位DAC芯片。该芯片为电流输出型，若采用该芯片实现AD603的增益可控，则须在输出端加上运算放大器LM324，实现电流到电压的转换，从而稳定实现增益可调。 方案二：单片机、模拟开关和电阻网络实现增益可调 使用89C51单片机，配合模拟开关控制不少于12个串联的电阻，通过取得电阻上的稳定电压控制AD603，从而实现步进为5dB的增益数控。模拟开关控制电阻网络与DAC模块工作原理相似，但是精度就远远不如8位DAC，并且使用模拟开关和电阻网络扩大了控制电路，电路集成度降低，引入更多的干扰因素。再者，从成本上看来，该方案也是不经济的。 方案三：滑动变阻器实现增益手动可调 通过电位器获取与基准电压成一定比例的控制电压输入AD603控制端，实现手动增益可调。 该方案很容易实现增益连续可调，相比以上两种方案成本是最低的，理论控制精度最高，精度仅有电阻器可调精度决定，但是此方案仅适用于固定范围内的手动
开放实验报告 课题名称程控放大器的设计 学生姓名 系、年级专业信息工程系、11、12级电子信息工程指导教师王少杰 2014年 5 月15日
程控放大器的设计 一．实验目的 1、了解程控放大器原理。 2、掌握在Proteus中进行电子电路设计与仿真方法。 3、学会Proteus虚拟仪器仪表的使用。 二．实验内容 1、在Proteus中，设计基于数字电位器的程控放大器，并进行仿真。 2、在Proteus中利用虚拟仪器仪表测量放大器的技术参数。 三．电路设计 1、程控放大器原理 2、程控放大器电路 3、程序设计 4、仿真结果与分析 5、结论 1、程控放大器电路原理如下：
其工作原理是： 通过单片机的SPI总线来控制数字电位器MCP41010，通过对数字电位器MCP41010写时序能够操作操控MCP41010的阻值大小，进一步控制电路中的电压大小，实现单片机对电路电压的放大与缩小。
四．实验分析 MCP41010是数字电位器MCP41XXX系列中的10K阻值的数字电位器，内部有256个抽头，能够精确地对电压实现放大与缩小，采用低功耗CMOS技术，结口是SPI串行接口，最大INL和DNL误差为1LSB，静态工作电流最大值为1uA，关断功能可断开所有的电阻电路，最大限度的节能功耗，单电源工作（2.7V-5.5V），在上电时抽头复位到半量程（80h），MCP41XXX系列数字电位器分为变阻器模式和电位器模式。本次试验使用MCP41010的变阻器模式，通过对单片机的P1.5，P1.6,P1.7（CS，SI，SCK）三个引脚进行输出控制，利用单片机的计数功能对外部按键（增大，减少）进行计数，单片机内部通过按键数多少对MCP41010时序写入，进一步控制MCP41010的抽头数，来改变电路的电压大小，实现程序控制电压的放大与缩小。 五．仿真结果 仿真开始