宽带直流放大器
武汉大学廖艳闺唐晓庆李刚
指导老师黄根春张望先
提要：本系统以单片机MSP430F449为控制核心及数据处理核心,采用可变增益宽带放大器AD603作为提高增益的核心器件,设计并制作了一个宽带直流放大器及所需的高效率直流稳压电源。以AD603构成前级放大电路，辅以程控放大电路和功率放大电路,整个系统最大电压增益达到90dB，增益可以连续调节，最小输入电压有效值为0.35mV，最大输出电压正弦波有效值达到10.6V。可以设置0~5MHz和0~10MHz两个通频带，通频带内增益起伏≤0.8dB。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激，该放大器性能稳定，并具有零点自动校准功能，能较好地抑制直流零点漂移。由于采用了单片机低功耗工作模式，并且使用了一些高性价比、低功耗的器件去设计电路，因此本放大器具有成本低，功耗小，性价比高的优点。
一、方案比较与选择
题目分析：综合分析题目要求，在较宽的信号带宽（0~10MHz）内，实现最大电压增益≥60dB，且能够连续调节增益或能够以5dB步距预置增益，是本题的最大难点，也是设计的重点之一。另一难点是后级功率放大模块的设计要使最大输出电压正弦波有效值V o≥10V。要得到更好的性能指标，放大电路的零点漂移也是一个很难解决的问题。此外，在整个放大器的设计中，要考虑其成本。
1、数据处理和控制核心选择
方案一：采用单片机AT89S52+FPGA最小系统板。即由单片机和FPGA来实现信号增益控制、数据处理和人机界面控制等功能。
方案二：采用单片机MSP430F449最小系统板。即由单片机MSP430F449实现整个系统的统一控制和数据处理。
本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理，虽然方案一控制更灵活更方便，但FPGA的资源得不到充分利用，且系统规模大，成本高。而单片机MSP430F449是一种16位超低功耗微处理器，具有丰富的片上外设和较强的运算能力，且可在线编程，不用外部编程电压，使用十分方便，性价比高。故采用方案二。
2、信号增益控制及功率放大方案设计
方案一：采用三极管构成多级放大电路实现≥60dB的增益，并使用分立元件自行搭建后级功放。本方案成本低，但电路设计复杂，增益的步进调节或连续调节难以实现，调试繁琐，且电路稳定性差，容易产生自激现象。
方案二：采用集成芯片，如采用低噪声、精密控制的可变增益放大器AD603作增益控制核心器件，采用高电压输出的宽带运放完成功率输出。AD603温度稳定性高，其增益（dB）与控制电压（V）成线性关系，使用D/A输出控制电压能实现精确数控。
综上所述，采用方案二，电路集成度高、控制方便、易于数字化用单片机处理。
二、总体方案设计及系统方框图
系统总体框图如图2-1所示。
总体方案描述：本系统采用单片机MSP430F449作为数据处理和控制核心。输入信号经过前级放大电路、后级程控放大和末级功率放大，实现了90dB的最大电压增益。后级功率放大器使用高电压输出的宽带运放，提高了输出电压有效值。单片机通过D/A转换器调整AD603的控制电压，通过继电器切换后级程控放大电路通道，实现了放大器增益的预置和控制功能，大大提高了系统的精度和可控性。通过切换两路椭圆滤波器实现了通频带选择。手动调节连续可调电位器，连续改变AD603的控制电压，实现了增益连续调节功能。本放大器的直流偏置电压和直流零点漂移主要由AD603输出端引入，AD603增益不同时，输出的直流偏置电压不同。将本直流放大器输入短路，用MSP430F449内部ADC对直流偏置电压采样，利用单片机和数字算法控制D/A转换器输出对应的调节电压，控制调零放大器调节直流偏置电压为零，既抑制了直流零点漂移，又实现了自动调零校准功能。
图2-1 系统总体框图
三、主要单元电路介绍
1、AD603构成的前级放大电路
如图4-1所示，信号经SMA接头输入放大器。由于AD603的输入阻抗为100Ω，故在输入端接100Ω的电阻R1到地，使放大器输入阻抗为50Ω。电路增益由1、2脚间电压差V G控制，2脚接固定参考电压，1脚电压由D/A转换器控制，或由变位器手动调节控制，实现增益连续调节。AD603的增益为G(dB)=40×V G12+G0，AD603的5、7脚间接3k的反馈电阻R f(最好要与反馈电阻并联一个小电容(几p到几十p左右)),使G0=21.58dB，增益调节在1.58dB~41.58dB范围内。
图4-1 AD603构成的前级放大电路图4-2 调零放大电路
2、调零放大器电路
该部分为电压反馈型运放OPA690构成的一个加法电路，如图4-2所示。OPA690 具有1800V/us摆率，单位增益带宽积为500MHz，完全能够将AD603输出信号放大3倍。由D/A转换器输出调节电压加在OPA690输入端，对AD603输出的直流偏置电压进行校正。OPA690另一路采用加法方式输入-5V，调节双通道D/A转换器TLV5638输出的单极性电压（0~4.096V）变换为双极性电压。双通道D/A转换器TLV5638另一路为AD603输出控制电压；调零用的采样ADC利用MSP430内部AD，节约了ADC，降低了系统的成本。
3、椭圆滤波器
分别设计了-3dB截止频率为5MHz和10MHz的9阶无源椭圆滤波器。根据滤波器设计手册中的归一化设计表格，可以查表得到所需要的电容电感值。并通过滤波器软件仿真，根据仿真得到的幅频特性曲线对电容电感值做调整。图4-3为10MHz的椭圆滤波器的电路及仿真幅频特性曲线图。实际测试结果为：截止频率为10.02MHz,带内起伏≤0.8dB。
图4-3 10MHz的9阶椭圆滤波器电路及仿真幅频特性曲线图
4、程控放大电路
如图4-4所示，该程控放大电路为降低成本，仅用到一款运放OPA699，构成增益为1和10两个档，后面为两个继电器切换电阻衰减网络，一个衰减为0.1倍，另一个为0.01倍。该程控放大电路加上前级AD603的41.58dB最大增益、14dB的末级功率放大等，最终整个系统实现了90dB的最大电压增益。
图4-4 程控放大电路图4-5 功率放大电路
5、后级功率放大电路
采用电流反馈型运放THS3091做5倍功率放大，如图4-5所示。THS3091具有高达7300V/us的摆率，带宽不小于200MHz，采用±18V供电。其最大输出电流为250mA，若采用一片THS3091，驱动不了题目要求的最大电压有效值不小于10V的输出，因此采用两片THS3091并联，每片THS3091为50Ω负载提供一半电流。
6、直流稳压电源
直流稳压电源核心部分包括：电源变压器、桥式全波整流电路、大电容滤波电路、低压差稳压器件稳压电路。电源变压器由一个初级线圈和三个次级线圈构成，为低压差稳压器件LT1963和LT1175提供三个独立转换电压。LT1963、LT1175均为可变输出的稳压芯片，LT1963输出正电压，LT1175输出负电压，调节每一稳压芯片外围的两个取样电阻值的比例，灵活得到±18V、±15V和±5V输出。低压差稳压器件的使用提高了直流稳压电源的效率。
四、程序设计
本系统软件设计部分基于MSP430F449单片机平台，主要完成增益控制、直流零点自动校准功能、按键处理和显示控制。充分利用MSP430F449低功耗模式，当相应
控制设置好后，不做其它处理时，单片机便进入低功耗模式。低功耗模式下，单片机可以被任意按键中断唤醒。图5-1为主程序流程图。
图5-1 主程序流程图 五、设计和调试中遇到的问题
整个系统偏重了模拟设计，数字控制简单，控制部分主要是基于MSP430F449进行编程实现，没有遇到纯数字控制上的问题。在模拟设计和调试中遇到的问题比较多，需要一一考虑清楚，采用合理的方法解决。本系统为宽带放大，需要考虑增益带宽积的问题，还有放大器的稳定对整个系统至关重要。控制通带内的增益起伏，尤其是本系统是一个直流放大器，直流零点漂移是一个较难解决的问题，在这个问题的解决上我们都学到了很多东西，特别是在对一个不确定的电路参量进行检测时，采用绝对的地作为参照，这样在任何情况之下都是成立的，并且可以衍生出以地为参照的各种准确的参照。然后依据这样的方法，我们实现了在不同时间温度情况下能随时数控自我校准的功能。
1、带宽增益积
带宽增益积是指放大电路通带电压增益与通频带的乘积。
对电压反馈型运放，带宽增益积是一个常数。典型的电压反馈型运放构成的同相
放大电路的增益可用A 表示：1/1(1/)/()
f g f g R R A R R A ω+=++，其中()A ω为开环增益，是随频率增加而减小的函数；f R 为反馈电阻，g R 为接在反相输入端到地的增益电阻。当(1/)/()1f g R R A ω+=时，频率为-3dB 频率3dB f ，闭环增益1(/)f g R R +越大，3dB f 越小。
对电流型反馈型运放，带宽增益积并不为常数。其频率3dB f 由反馈电阻f R 决定，即电流反馈型运放的频率特性几乎不受闭环增益的影响。
本系统设计最大电压增益≥60dB ，通频带最大达到10MHz ，由于电压增益和通频带都很大，则要求的带宽增益积就更大。实际不可能会具有这么大的带宽增益积的运放，因此应该设计为多级放大。每一级放大设计时，若选用电流型运放，首先要
选取合适的f R ，再根据放大倍数的设计选取g R ；若选用电压反馈型运放，则在放大倍数（即闭环增益）确定时，要考虑其带宽增益积足够大。整个系统的设计中，要根据通频带（5MHz 或10MHz ）和放大倍数来考虑整个放大系统的增益带宽积。
2、通频带内增益起伏控制
由于各器件的幅频特性以及滤波器的幅频特性不平坦等多种因素，系统通频带内增益会出现起伏。如AD603的频率响应特性有一个增益尖峰，调节AD603的5脚和7脚间的电阻可以使增益变化范围进行平移。该电阻选取合适时，将增益尖峰调节在10MHz 之后，在10MHz 通频带以内，保证AD603构成的前级放大电路输出信号幅度平坦。后级程控放大和功率放大，选取各参数指标（如增益带宽积、摆率、失调电流、失调电压、温度系数等）满足本系统设计要求的运放，使信号调理时在10MHz 以内幅频特性平坦。再通过无源椭圆滤波器实现题目要求的5MHz 和10MHz 的-3dB 截止频率。
椭圆函数滤波器在有限频带上既有零点又有极点，极零点在通带内产生等纹波，通频带内出现增益起伏。椭圆滤波器的通带波纹dB R 与反射系数ρ之间的关系为：
210lg(1)dB R ρ=--，
将ρ减小，通带波纹会减小。可根据通带内的纹波特性，将AD603的控制电压通过软件作一拟合曲线，调整AD603的控制电压进一步减小纹波带来的增益起伏。但这样需要对信号进行测频才能得到对应频点上的调整控制电压，会同时增加硬件和软件的复杂性。因此，本系统将椭圆滤波器的通带纹波设计得尽量小，使满足通频带增益起伏≤1dB 的题目要求。
3、抑制直流零点漂移
零点漂移是直流放大器直流工作点的渐进的慢变化。产生零点漂移的原因很多，电路中任何元器件参数的变化，供电电源的波动，都会造成输出电压的漂移，但主要因素还是温度的影响。零漂是一种不规则的缓慢变化，增益越大，放大级数越多，在输出端出现的零漂现象越严重，因此主要考虑放大电路第一级零漂的抑制。 前级放大器AD603后面接入一级放大器作为调零放大器，将本直流放大器输入短路，以0.1dB 步进控制AD603的增益，不断采样AD603的输出直流偏置电压，并通过单片机控制D/A 转换器在调零放大器的调零端加入对应的校正电压，使这个直流偏置电压驱动到零，从而很大程度上抑制了直流零点漂移。
后级放大电路中，应尽量采用高指标型的低温漂运算放大器，如后级采用了OPA690、OPA699、THS3001和THS3091，它们都具有较低的失调电流和失调电压，但属于高速运放，失调电压温漂系数不一定都很小，如末级功放采用的THS3091其失调电压温漂为±10uV/0C ，因此在一些运放输入端采用了电位器调零措施，而且对功放还安装了小风扇进行散热来抑制温漂。
4、放大器稳定性
放大器要达到绝对稳定，放大器不仅不能同时接近自激振荡条件：0180T ??=和20lg ||0T dB =，而且要留有适当的富裕量。富裕量越大，放大器愈不易产生自激振荡，但设计也就越困难，对放大器所使用的元器件的要求更严格。
不良接地和不充分的供电电源滤波、大容量容性负载、输入杂散电容的影响、前沿校正（补偿）和高频噪声都对运算放大器的稳定性有影响。一些高速运放只有在增益大于5或更大时才会稳定。
本系统具有较好的稳定性。通过电源旁路电路增加电路的稳定性，许多电源和地之间使用10uF 的钽电容再并联一个0.1uF 的陶瓷电容。每一级输出端增加了一个串联电阻，减小负载容性影响。可在反馈电阻上并接一个反馈电容，构成超前相位补
偿来补偿输入杂散电容的影响。
同时本系统的椭圆滤波器抑制了高频噪声，也加强了放大器的稳定性。
六、总结和心得体会
通过四天三夜的紧张比赛，终于取得了成功。本宽带直流放大器完成了题目中所有的基本要求和发挥部分的要求，测试结果精度都较高，误差极小。本系统的特色主要在于具有直流零点自动校准功能，在很大程度上消除了电路直流偏置电压带来的影响，对直流零点漂移起到非常好的抑制效果。更关键的是采取了多种抗干扰措施，如继电器模块采用屏蔽保护、使用同轴电缆、输入级采用SMA接头、功放加风扇散热等。
四天三夜的紧张比赛，小组成员要团结合作，分工明确。首先拿到题目，要根据小组当前水平选择合适自已的题目，并酌情按题目的要求制定自已能实现的指标。分析讨论题目中的各项要求，定下最佳方案。方案的选择至关重要，即使方案不确定为最终的最佳方案，但方案一定是能够迅速改进优化并不太影响进度的，因为时间紧迫，一旦方案失败，全盘皆输。集中精力首要攻克疑点和难点，因为即使所有简单的问题都解决了，但最核心的问题没解决，最终还是不能取得成功的。要充分发挥集体的作用，小组成员要配合默契，分工协作。每个人的压力都很大，要互相鼓励，相互支持，调整好心态，心态最重要，共同克服困难，取得成功。
第29卷第1期湖北民族学院学报（自然科学版）Vol．29No．1 2011年3月Journal of Hubei University for Nationalities（Natural Science Edition）Mar．2011 宽带直流放大器的设计 刘三军，樊江川，宴佳治，廖红华 （湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施445000） 摘要：宽带直流放大器在无线通信领域，尤其是发射机的末级有重要的用途．通过各种方案的比较，系统采用运放OPA690作为前级和中间级放大，输出级采用?15V供电的视频运放AD811，辅以相应的偏置电路和程控可调电阻实现增益的调节，以单片机MSP430为控制核心；设计出电压增益A V范围为0 60dB，最大输出电压有效值V o ≥10V，3dB通频带为0 10MHz的宽带直流放大器．人机接口采用红外遥控及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能． 关键词：宽带放大器；带宽增益；MSP430；OPA690 中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1008－8423（2011）01－0103－05 Design of Wideband DC Amplifier LIU San－jun，FAN Jiang－chuan，YAN Jia－zhi，LIAO Hong－hua （School of Information Engineering，Hubei University for Nationalities，Enshi445000，China） Abstract：Wide band DC Amplifier can be widely used in wireless telecommunication field，especially in the output side of a transmitter．Based on the comparison of various methods，the system uses OPA690as front and middle amplifiers and AD811as the output amplifier，and uses the adjustable resistors to change gain of wide band DC Amplifier．The experiment shows that voltage gain ranges from0dB to 60dB．The maximum output sine voltage is more than10volts．The3dB pass band is from0to10MHz． The whole system is controlled by MSP430which is of low power consumption，and the infrared remote module is used as interface，LCD is used as display module that is convenient for interaction． Key words：wideband DC amplifier；pass band gain；MSP430；OPA690 随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离、迅速而准确地传送多媒体信息．于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟．而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分，随之，人们对它的设计要求也越来越高．宽带放大器广泛应用于A/D转换器、D/A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路；例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中，宽带放大器都有十分广泛的应用和良好的市场前景［1］． 放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成．宽带放大器可以作为高频功率放大器使用，高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出；因而可以用宽带放大器作为发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平．按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器［2］． 收稿日期：2010－10－20． 基金项目：湖北省教育厅科学研究项目（DZ0101903）． 作者简介：刘三军（1980－），男，硕士，主要从事嵌入式、SOPC技术的研究．
2009年全国大学生电子设计竞赛 【本科组】 宽带直流放大器（C题）
摘要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。 关键词：前置放大无源滤波步进放大 Abstract:The broadband amplifier using a straight ad8039 two levels of preamplifier and then through a programmable amplifier circuit composed of VCA810 through a 5 m and 10 m of third-order passive filter through AD811 precision op-amp and BUF634 load output buffer circuit, the whole system is controlled by a single-chip microcomputer by keyboard, can step between magnification and manual adjustment, can also use buttons adjust the filter of 5 m and 10 m channel, the system performance is good, can be between 0 ~ 66.8 dB gain adjustment, amplitude fluctuations within the bandwidth of the provisions of no more than 1 dB, completed the topic request. Key Word：pre-amplification Passive filter Step amplification
宽带直流放大器（C题） 摘要 本系统以两级直接耦合的可控增益放大器AD603为核心，外加跟随器OPA642和电压放大器AD811配合，实现了增益可调的宽带直流放大器。系统主要由四个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。可控增益放大电路由两级直接耦合的可控增益放大器AD603构成，可实现-20dB到40dB的增益调节范围，配合AD811的固定增益实现0dB到60dB的增益调节范围；后级功率放大电路由高速缓冲器BUF634扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。第二级AD603与固定增益模块间加入直流偏移调零模块，最大限度地减小了整个放大器的直流偏移。为解决宽带放大器自激问题及减小输出噪声，本系统采用多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，改善放大器的定性。 关键词：宽带放大器，可控增益，调零电路，固定增益，功率放大
一、系统方案 1. 方案比较与选择 （1）可控增益放大 方案一：采用可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC 的基准电压，用DAC 的电阻网络构成运放反馈网络的一部分，通过改变DAC 数字控制量实现增益控制。理论上讲，只要DAC 的速度足够快、精度足够高就可以实现很宽范围的精密增益控制，但是控制的数字量和最后的20dB 不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，因此不选用此方案。 方案二：选用两级集成可控增益放大器直接耦合作为增益控制，集成可控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生。单级集成可控增益放大器AD603具有-10dB 到+30dBdB 的增益控制范围，两级级联后理论上可达到-20dB 到+60dB 的增益控制范围，精度达到0.5dB,带宽90MHz ，可以满足题目指标要求。 采用集成可控增益放大器AD603实现增益控制，外围电路简单，便于调试，而且具有较高的增益调节范围和精度，故采用此方案。 （2）功率放大电路 方案一：采用分立元件实现宽带功率放大器，可以实现较大输出电压，但需采用多级高频放大电路，受电路分布参数影响，调试难度大，带宽难以保证，所以不选用此方案。 方案二：采用单片集成宽带运算放大器提供较高的输出电压,再由高速缓冲器 BUF634实现扩流输出,提升放大器带负载能力。此方案电路较简单,容易调试,故采用此方案. （3）低通滤波器方案论证 方案一：采用有源滤波器，通带内没有可以没有能量损耗，电路相对有源滤波复杂，需要直流电源供电。 方案二：采用无源低通LC 滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。无源LC 滤波器的优点是电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高，为了使通带尽量平坦，选用了通带比较平坦的巴特沃斯滤波器。同时在滤波器后加入固定增益放大器，弥补信号通过滤波器时幅度的衰减。 2. 方案描述 系统框图如图1所示，系统主要由五个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、低通滤波电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。系统增益调节范围为0～60dB ，
HEFEI UNIVERSITY 毕业设计（论文） 开题报告 题目宽带直流放大器的设计与研究系别电子信息与电气工程系 专业通信工程 班级 09 级通信工程（ 2 ）班 姓名 指导老师 完成时间 2013 —03 —29
合肥学院电子信息与电气工程系 毕业设计(论文)开题报告 学生：汪皖春班级：09通信工程 2 班论文题 目 宽带直流放大器的设计与研究导师姓名李翠花 可行性方案分析 要求包含以下几个主要部分：（不少于1500字） 研究背景、主要内容、设计方案、技术路线、关键问题、时间安排 见附页 参 考 文 献 [1]黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版 社，2006. [2]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编 [M].北京：北京理工大学出版社，2006. [3]沈伟慈. 通信电路(第2版)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007. [4]高吉祥. 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程:模拟电子线路设计[M].北京： 电子工业出版社，2007. [5]第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：北京理工大学出版社， 2003. 开 题 小 组 及 教 研 室 意 见 开题小组签名： 年月日
研究背景： 随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。宽带直流放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于A∕D转换器、D∕A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。因此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。宽带直流能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带直流放大器也同样占有重要地位。 主要内容： 本系统利用 C8051F120单片机作为主控制器，设计并实现了一宽带直流放大器，通过三级直接耦合放大和一级功率放大，放大倍数为0～40dB，通频带为0～10MHZ可预置。通频带内增益起伏≤3 dB；由外置键盘实现增益可控预置，步距为5dB；由LCD12864同步显示增益预置值和增益步进值；利用单个元器件的零点漂移特性，巧妙采用放大级正向、反向输入端，有效的抑制了零漂。整个系统实现简单，操作界面友好。 设计方案： 方案一：集成运放和分立元件相结合。宽带集成运放级联构成前置放大电路，实现小信号的前置放大及增益要求；运算放大器加分立器件三极管构成功率扩展型电路实现末级功率放大。 方案二：采用分立元件，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，末级采用大功率器件来保证输出功率，通过负反馈电路来确定增益。该方案可实现的放大器工作频率高、功率大，但其电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。此外，由于电路采用了多级放大，其稳定性差，容易产生自激现象。 方案三：采用集成运算放大器芯片级联构成。集成运放芯片使用简单，精度高，但是采用这种方案，放大器可能会出现输出功率不够，因此我们采用两个功率集成运放并联的方式实现增大输出功率。 方案选定：经三种方案比较，考虑到集成运放高增益、低直流漂移的优点和增益容易控制，决定采用方案三。 技术路线： 1、设计框图 以单片机为控制器，输入信号通过前置放大、中间级放大，再经过通频带选择网络完成对通频带带宽的选择，由末级放大器输出。通过键盘控制选择通频带带宽、电压增益等参数，并由显示器同步显示增益预置值和增益步进值。
宽带直流放大器地设计 电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵 摘要：本文以TI 公司地压控放大器VCA810 为核心，外加ADI 公司地运算放大器AD806 5 作前级，采用ST 公司地89C52 单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益± 6 dB 步进可调，并通过1602 液晶实时显示.系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成.整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠. 关键词：程控放大；VCA810 ；STC89C52 1 引言 宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛.传统放大 器由分立元件器搭建而成，且有地采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表地应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能地宽带直流放大器是很有必要地.而宽带直流放大电路地发展中，为了满足 电路地更高性能与控制地便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生.本文就是对程 控宽带直流放大器进行研究. 2 系统方案设计与论证 本文所设计地宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为OHz?6MHz ;最大增益>40dB （100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值>3V负载电 阻600 Q.根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块 2.1 方案比较与选择方案一：采用分立元件构成，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益.但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号地放大. 方案二：采用集成运放芯片级联.集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能.而对于实用地放大电路，通常要求 其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求. 方案选定：比较上述地两种方案,决定采用方案二. 2.2 系统方案描述 系统框图如图 1 所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分.信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成.前级缓冲模块采用AD8065 电压反馈型芯片.可变增益放大器采用可控增益放大器VCA810. 系统通过STC89C52 实现控制，通过STC89C52 和按键控制DAC0832 地输入数字量，并在LCD1602 上实时显示该放大器地增益.
基于AD603的直流宽带放大器设计直流宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事和医用设备等高科技领域上，具有很好的发展前景。在很多信号采集系统中，经放大的信号可能会超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大倍数，在自动化程度要求较高的场合，需要程控放大器的增益。AD603是由美国ADI公司生产的压控放大器芯片，具有低噪声、宽频带、高增益精度（在通频带内增益起伏小于等于1dB）的特点。压控输入端电阻高达50MΩ，在输入电流很小时，片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响较小，适于实现程控增益调节。故该系统选择AD603为核心实现高增益、低噪声的程控直流宽带放大器。 1系统设计 1.1技术指标 输入电阻Ri≥50Ω；输入电压有效值Ui≤10mV;带宽0～10MHz,0～9MHz范围内，增益起伏小于等于1dB;程控增益40dB和60dB,以5dB步进；在60dB放大，带载50Ω时，最大输出10V,且无明显失真。 1.2总体设计 宽带直流放大器的实现原理框图如图1所示。该系统主要由宽带运放级联组成，输入信号经由AD603及外围电路构成的放大网络输出，输出增益为36.5dB,带宽15.6M,再由AD811放大，两级可实现40dB增益，在0～10MHz范围内无明显失真。经AD811放大电路放大的信号再经过AD829实现60dB增益，输出电压有效值10V,信号经过AD829之后进入扩流电路，实现带载50Ω电阻。单片机mega16通过DAC0832来控制预置增益，编程实现步进增益5dB,实时液晶显示。
图1总体设计框图 1.3单元电路分析与参数计算 1.3.1前置放大电路分析与设计 AD603是一款8引脚的高增益、带宽可调放大器，带宽最大为90MHz.在-1～+41dB 的增益范围内，带宽可达30MHz;在9～51dB的增益范围内，带宽为9MHz.由于带宽增益积的关系，一级AD603无法实现60dB放大，需采取多级级联实现。由于低噪声的特性，选择AD603作为第一级放大。根据芯片技术手册，当VG在-500mV～+500mV范围内以40dB/V（即25mV/dB）进行线性增益控制，增益G（dB）与控制电压VG之间的关系为：G（dB）=40VG+G0i（i=1,2,3）。这里要求增益5dB步进，故VG=5325mV=125mV,其中VG=VGPOS-VGNEG（单位为伏特），G0i分别为三种不同模式下的增益常量： G01=10dB,G02=10～30dB,G03=30dB. Ri=R1‖100=100‖100=50Ω，系统要求带宽为10M,前置放大器的带宽应大于 10M,采用G02模式，通过计算调试选定AD603的5、7脚接2.15kΩ，4、5连接5pF电容，实现频率补偿。第一级放大器的最高频率为： AD603芯片内部有100Ω电阻，在反向输入端与地之间加入100Ω电阻，实现输入电阻为50Ω，第一级实现增益36.5dB. 1.3.2中间级放大设计 AD603的供电电压最大为±7.5V,经AD603放大的信号幅度最大为5V左右，带载能力差。AD811是一款视频驱动放大器，在满足通频带内增益起伏小于等于0.1dB,增益小于等于2时，具有25M带宽，供电电压选用±15V,可实现10V有效值输出。满足系统10M通频带的指标要求，具有较强的带载能力，在满足40dB增益的前提下，还要考虑到与后级放大器一起实现60dB增益，且满足带宽要求，这里选择AD811的增益为1.5倍（3.5dB）。增益由电阻RFB和RG来决定： 为了便于精确调整放大倍数，RFB选用1kΩ滑动电位器，前两级放大后，在10M带宽范围内，实现了40dB增益。
宽带直流放大器 江帆、胡斌、王泽强 摘要: 本系统采用宽带压控增益放大器VCA810来实现增益可调，由前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块和电源模块组成，具有宽带数字程控放大功能。在前级放大电路中，用宽带电压反馈型运算放大器OPA690和宽带压控运算放大器VCA810放大输入信号，再经后级 THS3091功率放大电路将电压放大十倍，并增大输出电流，增强负载驱动能力，提高输出电压有效值X围。经验证，本方案完成了全部基本功能和部分扩展功能。关键字：压控增益放大器；功率放大；宽带数字程控 一．系统方案论证 1.1可控增益放大器部分 方案一：采用场效应管或三极管控制增益。只要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现程控增益，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。 方案二：为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。利用D/A转换器的VRef作为信号的输入端，D/A的输出端做为输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减信号实现增益控制。此方案简单易行，精确度高，但经实验知：转化非线性误差大，带宽只有几kHz,而且当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此未选此方案。 方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取压控增益运算放大器VCA810实现，其特点是以dB为单位进行调节，可调增益-40dB至+40dB，
可以用单片机方便地预置增益。 综合以上的分析可知，方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化程控处理。所以本系统采用方案三。 1.2滤波部分 为了达到题目要求的5M和10M带宽，需制作两路低通滤波器电路。 方案一：由无源器件（电阻、电容、电感）构成八阶椭圆滤波器，电路比较简单，成本低，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应。 方案二：为达到通频带内增益起伏≤1dB，采用四阶巴特沃斯低通滤波器。巴特沃斯滤波器特点是通频带内频率响应曲线最大限度平坦，虽然阻带内缓慢下降，但可以增加阶数来加快阻带内的衰减。 由于用Tina仿真软件设计出来的八阶椭圆滤波器需用的器材（电阻、电容、电感）很难找到或组合成相近的值，而用Tina仿真软件设计出的四阶巴特沃斯低通滤波器幅频特性较好，所以选择了方案二。 1.3功率放大部分 方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用此方案。 方案二：采用高输出电压运放作为功率输出部分的第一级，对信号进行电压放大；第二级采用推挽射级跟随器进行电流放大。由于采用分立元件，通频带内信号可能出现较大失真，线性度不好。 方案三：直接使用高电压输出、低失真、电流反馈型的运算放大器THS3091，可以大大提高输出电流，驱动50欧的负载。
宽带直流放大器 摘要： 本系统采用FPGA和AT89S52单片机构成的最小系统为控制核心，设计了一个输入电压有效值小于10mV的宽带直流放大器。其3dB通频带为0～10MHz，在0～9MHz通频带内增益起伏不超过1dB。系统的基本放大器部分主要由前置放大、可控增益放大和后级功率放大构成，其中前级放大采用高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172实现；可控增益放大以AD600为核心，通过12位串行DAC给予不同的控制电压的方式来达到增益步进5dB （手动连续可调）,总增益从0dB到60dB的目的；后级功率放大由3个电流反馈型放大器AD811构成，其输出电压正弦波有效值V o不小于10V，输出信号波形无明显失真。通过键盘输入控制、人为预置放大器的带宽值和 64*128点LCD显示，本系统界面友好美观，控制方便。 关键词：程控放大，AD600，功率放大
正文： 一、方案比较设计与论证 1.程控放大方案比较与论证 方案一：采用三极管搭接实现。为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出采用二极管包络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，电路复杂，设计难度大，增益可控、高带宽均难以实现。而且不可控因素多，电路稳定性差，调试难度也大。故不采用。 方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为D/A的基准电压。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，由于控制量和增益呈指数关系，会造成增益调节不均匀。 方案三：使用控制电压与增益成线形关系的可编程放大器PGA，用控制电压和增益成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。采用可控增益运放AD600实现。AD600的增益范围为0dB到40dB可调，具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好，另外具有直流到35MHZ的高带宽范围，极能满足题目直流宽带放大器各方面的设计要求。这种方法的优点是电路集成度高，条理清晰，控制方便，易于用单片机处理，能实现系统要求。 鉴于以上分析，我们采用方案三。 2、直流偏置调零方案比较与论证 方案一：采用连接补偿电路来实现调零的功能，但偏置电压是随温度而变化的，无法自动实现电压偏置的调零。 方案二：采用一个加法电路，通过AD不断对加法器输出值进行采样，采用搜索算法，再通过DA输出，反馈到加法器的反相端与输入信号相加，直到输出的直流偏置为零，或者是在一个小的范围内变化。 方案三：可以采用低通滤波器，将直流偏置电压滤除，但由于设计的是直流宽带放大器，本系统还需对直流进行放大，因此不能采用该方案。 基于以上分析，我们采用方案二。 3、功率放大部分方案比较与论证 方案一：采用三极管等分立器件实现。该方法可以较为准确地调节放大倍数、输入输出阻抗等参数，但实际的调试过程比较复杂，而且由于分立元件的分布参数较大，会引入较大噪声和干扰。 方案二：采用驱动电流较大的放大器实现，如ADI公司生产的AD811、AD844等芯片。该方法电路简单，增益可调，且只要芯片性能优良可以达到很高的信噪比。 两种方案都可以达到题目的要求，但方案二实现较简单，方便调试，故采用方案二。 二、系统总体设计方案及实现方框图 1．系统总体设计方案 根据题目的要求和方案的选择，本系统主要由三个模块电路组成：可控增益放大电路、偏置调零电路、功率放大电路和单片机显示和控制模块组成。其中可变增益放大电路以AD600作为核心,通过12位串行DAC给予不同的控制电压实现增益范围为0～40dB。前置放大采用由高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172、带宽为100M的运放LM6172构成的同
宽带直流放大器（杨秋云） 组员：李华卫毛丽君杨秋云肖茜雯谭平平 摘要：本作品以STM32F103VET6为控制核心，采用宽带放大芯片LMH6624和压控放大器VCA810结合方式，实现了设计中可调增益的要求；采用低噪声电流反馈运放THS3091芯片实现了10V有效值输出的功率放大；在系统设计中，采用了合理的阻抗匹配，规范的线路布局和有效的散热设置，并且综合考虑了去耦、滤波，以及使用同轴电缆屏蔽干扰，降低功耗，减少了高频信号的噪声和自激，全面提高了系统的稳定性。经测试，指标达到设计的要求。 关键词：STM32F103VET6 LMH6224 VCA810 THS3091
一、方案论证与选择 1、前级放大模块 方案一：采用三极管和各分立元件构成前级放大器。实现不小于22dB的增益，本方案成本低，但电路复杂，调试繁琐，且电路稳定性差，容易产生自激现象。 方案二：采用集成芯片。采用放大器LMH6624做前级放大的核心器件，具有低噪声、低功耗、高性能的优点。所以我们采用此方案。 2、可控增益放大模块 方案一：采用场效应管控制增益实现。采用单片机控制场效应管工作在可变电阻区，利用其电压与电阻的线性关系实现增益的控制，但由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。 方案二：采用程控放大器VCA810实现。因为VCA810的可调范围-40dB~+40dB，那么可直接采用VCA810作为放大的中间调节级对已进行小倍数放大的信号进行再次放大或衰减。更有一点就是VCA810具有宽带低噪声，并且以dB为单位的线性增益的特点。该方案方便、稳定，可操作性强，所以采用此方案。 3、低通滤波模块 方案一：采用集成芯片实现有源滤波电路。集成芯片成本较高，而且截止频率难达到设计的要求。 方案二：采用椭圆低通滤波器。椭圆低通滤波器是一种零、极点型滤波器，它在有限频率范围内存在传输零点和极点。同样的性能要求，椭圆低通滤波器的通带和阻带都具有等波纹特性，因此通带，阻带逼近特性较好，比其它滤波器所需用的阶数都低，而且它的过渡带比较窄，可以更好的达到设计的要求，所以采用此方案。 4、功率放大模块 方案一：采用三极管搭建。三极管成本低，使用灵活，但各种参数的选择过于复杂，会给电路的设计带来较大的难度，并且管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也比较大，不满足设计对放大器稳定性的要求。使用晶体管也不易控制其零点漂移。 方案二：采用电流反馈型集成芯片。电流反馈芯片THS3091具有210MHz 以上的带宽，压摆率达到7300 V/us，最大输出电流250mA，并且可以输出 15V 的高电压，若采用二片并联的形式可完全胜任10MHZ下10V有效的稳定输出和50Ω负载的驱动。该方案简单稳定、方便调试，因此采用方案二。 5、直流稳压电源模块
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
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
宽带直流放大器的设计 电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵 摘要：本文以TI公司的压控放大器VCA810为核心，外加ADI公司的运算放大器AD8065作前级，采用ST公司的89C52单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益±6dB步进可调，并通过1602液晶实时显示。系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成。整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠。 关键词：程控放大；VCA810；STC89C52 1 引言 宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛。传统放大器由分立元件器搭建而成，且有的采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表的应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能的宽带直流放大器是很有必要的。而宽带直流放大电路的发展中，为了满足电路的更高性能与控制的便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生。本文就是对程控宽带直流放大器进行研究。 2 系统方案设计与论证 本文所设计的宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为0Hz～6MHz；最大增益≥40dB（100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值≥3V；负载电阻600Ω。根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块。 2.1方案比较与选择 方案一：采用分立元件构成，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益。但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。 方案二：采用集成运放芯片级联。集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能。而对于实用的放大电路，通常要求其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求。 方案选定：比较上述的两种方案,决定采用方案二。 2.2系统方案描述 系统框图如图1所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分。信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成。前级缓冲模块采用AD8065电压反馈型芯片。可变增益放大器采用可控增益放大器VCA810。系统通过STC89C52实现控制，通过STC89C52和按键控制DAC0832的输入数字量，并在LCD1602上实时显示该放大器的增益。
宽带直流放大器 摘要：本项目制作了一个宽带直流放大器。宽带直流放大器主要由输入缓冲级、程控增益放大器、调零电路、功率放大四部分构成。输入缓冲级采用THS4001高宽带运放对输入高频小信号放大输出给下一级，输入电阻50Ω与信号源进行阻抗匹配；程控增益放大器由AD603构成(-10dB~30dB)增益的高频放大电路，同时由80C51f0202的单片机为核心主控放大器的增益调节；然后再经THS3091对放大信号进行功率放大，使得输出电压达到10V有效值以上的电压，驱动50Ω的负载电阻。本项目设计的放大器可以达到5MHz以内电压1dB波动，10MHz 以内3dB的衰减；纹波电压（V pp）0.2V；最大不失真输入电压（V pp）59mV；最大不失真输出电压（V pp）5.6V；增益可控范围0~32dB，步进1dB。 关键字：高频；放大器；程控增益；单片机； 1、设计任务与实验要求 1.1 设计任务 设计并制作一个宽带直流放大器 1.2 基本要求 （1）电压增益A V≥40dB，输入电压有效值V i≤20mV。A V可在0～40dB范围内手动连续调节。 （2）最大输出电压正弦波有效值V o≥2V，输出信号波形无明显失真。 （3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。 （4）放大器的输入电阻≥50Ω，负载电阻（50±2）Ω。 1.3发挥部分 （1）最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。 （2）在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP≤0.3V。 （3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。 （4）最大输出电压正弦波有效值V o≥10V，输出信号波形无明显失真。 （5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。 （6）电压增益A V可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可
2009年全国电子设计大赛论文题目名称：宽带直流放大器(C题) 论文编号：C甲3832
本课题采用集成电压放大电路和分立元件构成的功率放大电路，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，步进间隔较小。本宽带放大器以可编程增益放大器AD603和NE5532为核心，由三级放大器组成，由于AD603的输入阻抗为100Ω,满足题目所要求。前两级为AD603组成的可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AG能，第三级为由NE5532构成的放大电路，其主要功能是近一步提高系统的增益，并且使系统的3dB带宽稳定在题目要求的10Hz左右。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0dB～60dB，步进5dB，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之间负载能力，提高输出电压幅度。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，故本系统采用减少耦合电容以避免系统产生的自激振荡的方法。 关键词：AD603, AGC, 增益可调宽带。
一方案论证与比较 (4) 1.1增益控制部分 (4) 1.2运放的选择方案论证... (4) 错误！未定义书签。 1.3功率输出部分方案论证 (5) 二主要电路原理分析和说明 (5) 1增益分配 (5) 2前级电压跟随器 (5) 3 增益控制电路 (5) 4 单片机小系统 (6) 5 软件设计 (7) 6 输出级功率放大电路设计 (8) 7 自动增益控制设计 (9) 8电源电路设计 (7) 三．数据测试与分析 (8) 1．测试使用的仪器 (8) 2．测试数据 (8) 3.控制测量 (11) 4噪声控制 (11) 四．进一步改进措施 (11) 附录 附录1：元器件明细表 附录2：电路图 附录3：参考文献 附录4:部分源程序代码