基于AD603数控高增益宽带放大器的设计
摘要：提出了一种采用数控方式的高增益、宽带宽放大器。采用多个放大器直接耦合级联的方式，有效改善了放大器的低频特性，提高了放大增益范围；数控增益自动稳定技术，有效带宽内提高了增益稳定性；多个放大器增益统一控制电压，降低了增益控制难度，使控制电压与放大增益成线性关系，有利于数控调节增益变化；A VR 单片机作为数控单元，键盘输入预置、调节增益，液晶显示，使放大器的操作简单快捷；数控联动开关技术，设计了两级或三级放大的切换功能，使放大器的应用更加灵活。关键词：增益数控调节；增益自动控制；多级放大；直接耦合中图分类号：TN722
文献标识码：A
文章编号：1672－9870（2010）01-0082-03
收稿日期：2009-11-28
作者简介：唐雁峰（1980-），男，博士研究生，讲师，主要从事光通信发射技术，模拟电子技术研究。
唐雁峰，李洪祚，李锐
（长春理工大学
电子信息工程学院，长春
130022）
Design of Numeric Control ，High-Gain and Wide
Bandwidth Amplifier Based on AD603
TANG Yanfeng ，LI Hongzuo ，LI Rui
（School of Electronic and Information Engineering ，Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022）Abstract ：This paper proposes a high gain and wide bandwidth amplifiers with numerical approach.It is improved that the low-frequency characteristics and the range of gain refers to direct-coupling.The gain is controlled with numerical ap-proach ，which makes the gain stability.It is easy to control the gain of the multistage amplifier with adopting uniform gain control voltage.It is useful for numerical approach because of the linear between ontrol voltage and the gain.A VR microcon-troller is the heart of numerical unit.The gain is been preset and adjusted through keyboard.Most of index can be showed through LCD.NC linkage switching technology is used to switch between two or three multistage amplifier ，it is useful to enabling a more flexible application of the amplifier.
Key words ：adjustment of gain with numeric control ；auto control of gain ；multistage amplifier ；direct-coupling
随着电子技术、通信技术迅速发展，高增益宽
带放大器在科研中的重要作用越来越突出。宽带运算放大器广泛应用信号处理、视频放大器等电路。这些电路不仅要求放大器有宽带宽，还要求具有高的放大增益。
1放大器增益带宽积
对于放大器而言，增益和带宽是其非常重要的两个指标，而增益和带宽又是一对互相矛盾的参数，放大电路的增益随着频率的增加反而降低。用增益和带宽的乘积作为放大器的幅频特性参数可以
求得应用频率范围内的最小增益。增益带宽积是放大器的一项重要指标，由运放的内部结构决定的，当增益增大的时候，相应的带宽就会因为运放的内部影响而减小；同时，带宽增大的时候，其相应的增益就会减小，但积是一个常数。
若放大器带宽为F ，其上限截止频率=x ，下限截止频率=y ；那么在3dB 的增益下，电压放大倍数A U 为：
A U =3/(1+x/F )(1+y/F )
（1）
则
带宽增益积=(Po/Pi )*电压放大倍数
（2）第33卷第1期2010年3月
长春理工大学学报（自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.33No.1
Mar.2010
唐雁峰，等：基于AD603数控高增益宽带放大器的设计
第1期83
Po 是放大器输出功率，Pi 是放大器输出功率。
2系统设计方案
实现增益超过60dB 、宽带超过4MHz 的放大
器。只用一级放大无法满足，因此本设计采用多级放大器级联的形式，考虑到放大器的低频特性，多级放大采用直接耦合的方式级联。利用A VR 单片机实现增益的数控，可以通过键盘完成放大增益的设置、步进调节，并通过液晶屏幕显示当前的增益状态。峰值检波电路，ADC 转换电路和单片机构成了增益稳定自动控制电路，实时监测放大增益的波动，保证放大器当前设置增益的稳定性。由于三级放大器与两级放大器相比，增益大，带宽小，因此，本设计特别设计了由单片机控制的联动开关，可选择两级或三级放大，以满足不同的增益、带宽需求。
输入
AD603
AD603
DAC0832
AVR 单片机
夜晶显示器
键盘
“0”
联动开关
AD811
ADC0809
峰值检波电路
输出
图1高增益、宽带放大器原理框图Fig.1Basic block diagram of a high gain and wide bandwidth amplifier
2.1两级放大电路设计
AD603是一款8个引脚的高增益、带宽可调放大器。其最大增益实现50dB ，带宽最大90MHz 。通过改变5脚和8脚之间的反馈电阻，可以改变其带宽；调节1脚和2脚之间的电压可以改变放大增益。带宽在90MHz 的时候，增益可以达到-10～30dB ；带宽为30MHz 的时候，增益可以达到0～40dB ；带宽为9M 的时候，增益可以达到10～50dB 。
但是如果只用一个AD603的话，其带载能力差，而且增益调节范围有限。因此采用两个AD603级联，其中第一级放大器以低放大倍数保证带宽，第二级放大器主要实现高增益放大。
采用5脚和8脚之间接
5M
负载。其放大增益将AD811的
增益设置为2倍，以保证其带宽。
第三级放大器的加入使整个放大器的带宽比两级放大器减小。为了适应不同输入信号对增益、带宽、信号幅度的需要，采用数控两路联动开关，可
以在两级或三级放大方式间切换，适应不同的放大需要。
2.3增益自动控制电路设计
采用数控方式实现增益自动控制，由峰值检波电路取样输出电压，再由ADC0809将取样电压转换为数字信号送由单片机处理，DAC0832将单片机提供的数字信号转换为控制电压同时提供给两路AD603，以保证放大器增益的稳定性。三极管的基极由单片机控制，产生10
张晓朋，等：小视场红外探头光学系统理论分析与设计
第1期13
入射光线全部达到探测器灵敏面，所以设计是可行的。
为了在限制条件下设计出比较理想的小视场红外探头组合件，决定适当增加焦距，使F 数也略有增加，达到尽可能减小视场角的目的，所以在设计中采用f '=236.709mm ，使F 数达到0.986满足了对
超半球浸没透镜系统的要求。在设计中充分考虑了球差及弥散斑的大小；考虑光学加工工艺允许条件下减小光学零件的厚度，达到提高光学系统的光学效率。小视场红外探头光学系统的像差曲线及点列图如图3-图5所示。
从以上像差曲线及点列图可以得出，该设计弥散斑较小，光能分布均匀，设计的小视场红外探头光学系统像差小、像质好，设计指标达到要求。
3
结论
根据以上分析及系统测试结果可知，本文采用超半球浸没透镜的设计方法研制出视场较小、符合实际工程应用的小视场红外探头，并设计出了比较理想的小视场光学系统，满足了张角标定要求。
参考文献
［1］黄心耕.小视场红外光学系统设计［M ］.航天控制，2004，
22（5）：85-92.［2］张国玉，张帆，徐熙平，等.小型准直式红外地球模拟器
研究［J ］.仪器仪表学报，2007，28：545-549.
图5小视场红外探头光学系统点列图Fig.5
Spot diagram in Infrared probe optical system for small
field
（最大Xt =-0.364mm 、Xs=-0.364mm 、
Xts=0.018mm 、dYz=0.012%）
图3小视场红外探头光学系统场曲和畸变像差曲线
Fig.3Field distortion and aberration curve in infrared
probe optical system for small field
图4小视场红外探头光学系统轴外点像差曲线
Fig.4
Off-axis aberration curve in infrared probe optical system for small field
（上接第84页）
参考文献
［1］蔡锦福.运算放大器原理与应用［M ］.北京:科学出版社，
2006:61-86.［2］海涛.ATmega 系列单片机原理及应用-C 语言教程［M ］.
北京:机械工业出版社，2008:217-223.
［3］INC.ANALOG DEVICES ，Video VCAS and Keyers Using
the AD834and AD811［EB/OL ］.https://www.doczj.com/doc/d613027081.html,/download.aspx?id=1CD11A1DAE26226D ，2009-09-04.［4］INC.ANALOG DEVICES ，Low Noise ，90MHz V ariable-Gain Amplifier ［EB/OL ］.https://www.doczj.com/doc/d613027081.html,/down-load.aspx?id=BC74C7DA69D5F2FE ，2009-09-04.［5］INC.ANALOG DEVICES ，High Precision OPERA TIONAL
AMPLIFIERS ［EB/OL ］.https://www.doczj.com/doc/d613027081.html,/down-load.aspx?id=614E32D39C713B96，2009-09-04.
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
新型多路数控增益放大器 信息来源: 维库开发网发布时间:2009年12月30日 在数字与模拟接口电路中，通常采用放大器和多路开关来完成信号的放大与通道的选择，常用芯片有LF147、CA3140等，多通道选择开关有AD7501等。目前尚没有具有多路放大的专用模拟接口芯片。采用传统的技术方案用做A／D转换器前端接口电路，需要对放大器电路进行增益调节，改变增益控制电阻的阻值达到放大量的变化，当遇到具有+／-极性的输入信号时，处理起来更加繁锁。另外，在小信号的状态下，如采用常用的8位A／D转换器，一个5 V(满量程)的输入信号的分辨率为1／256，一个2.5 V输入信号通过放大至满量程后，它的分辨率将提高1倍，一个小于1／256信号如直接采用A／D转换器，该信号则已无分辨率可言。这样必需通过放大器进行预放大。 开发研制的基于微组装工艺的集成化高精度多路数控增益放大器(型号为 DG8256)，是用MCM(多芯片组装)技术实现的。在极性处理方面采用绝对值电路使得输出信号为正值，采用8位A／D转换器时，对小信号均可通过数字控制的方法进行256级增益控制，从而实现了高精度的连续放大。低频高精度A／D转换器的理想前级，放大器具有8个通道的信号输入。基于MCM技术的多路数控增益放大器体积小、重量轻，适用于小型微机处理系统中模拟接口电路，而且放大器具有良好的温度特性，适用于军事、商业、工业、民用领域。 1主要技术参数 开发该接口模块源于某雷达发射设备的控制与保护电路的研制。电路需要模拟接口电路，与以往的雷达发射机控制与保护电路不同的是对体积要求更高，要求在很小的体积下完成复杂的信号采样与控制。这就启发了我们开发研制该模块。模块具备8个通道信号输入，每个通道的信号具有正负信号输入能力，模块末级输出为正值输出，通道选择采用TTL信号控制，信号具有增益可控的能力，增益控制采用TTL电平控制。模块的主要技术参数如下： a)供电电源：±12 V； b)输入信号幅度：-5 V～+5 V； c)输入通道数：3位数控(S0～S2)，8通道信号输入(Vin0～Vin7)； d)输出信号幅度：0～+5 V； e)输入信号频率：i≥5 kHz； f)放大可控增益：-16 dB～+16 dB； g)放大器线性度：≤2％； h)增益调节：8位数控(G0～G7)，256级线性； i)输入阻抗：≥510 kΩ； j)输出电流：≥2 mA； k)工作温度：-55℃～+85 ℃； 1)封装：DIP(双列直插式封装)24脚； m)外型尺寸：长×宽×高为33 mm×21 mm×6.0 mm： n)镀金引脚：引脚长5 mm。 2功能特性与电路原理 2.1功能特性
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
通用可变增益放大器（B题） 摘要 本着简单、准确、可靠、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。本放大器系统分为前级放大部分、增益放大与控制电路部分、档位控制部分、后级稳压输出部分四部分。全系统采用单一的模拟电路方式，通过前级放大部分获得所需输入电压、输入阻抗等重要参数；通过拨码开关连接的反馈电阻进行精密全局控制，获得20dB至40dB之间分辨力不低于0.1%的可变增益范围；通过档位控制部分电路实现四个档位增益值转换，在衰减电路的作用下得到三个档位的增益值，即—20dB至0、0至20dB、20dB至40dB；最后通过后级稳压输出部分获得输出幅度不低于±8V的输出电压，此部分电路包括抑制零点漂移的调零电路。通过验证，本系统可以对输出电压数值的漂移，零点漂移等不良影响进行有效地抑制和降低。通过全面的调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求并融入了自己的创新思想，设计出了一个可控范围大、输出幅度高、稳定性好、抗干扰能力强、幅频特性好的通用可变增益放大器。
目录 摘要 (2) 目录 (3) 一、方案论证与比较 (4) 1、前级放大部分 (4) 2、增益放大与衰减控制电路 (4) 3、后级电压输出 (5) 二、系统设计 (5) 1、总体设计思路 (5) 2、主要电路原理分析与计算 (6) 2．1、前级放大电路 (6) 2．2、增益放大与控制电路 (6) 2．3、档位控制电路 (7) 2．4、电压输出电路 (7) 三、系统测试方法与测试数据 (8) 1、测试仪器 (8)
2、测试方法与测试数据 (8) 2．1、测前级放大电路 (8) 2．2、测增益放大与控制电路 (8) 2．3、各级电路调节好后，进行测量和详细记录 (8) 3、测试结果分析 (9) 3．1、测试结果分析 (9) 3．2、误差分析 (9) 3．3、测试心得 (10) 四、总结 (10) 一、方案论证与比较 1、前级放大部分 方案一：采用分立元件实现。此方案成本低，元器件易于得到，但是设计、调试难度过大，硬件电路连接与制作困难，在大赛规定的时间内很难保证作品的可靠性和指标，因此不
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/d613027081.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；
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
增益可控射频放大器 一、系统方案 1、方案分析与比较 方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。 方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。 方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。 综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。 2、系统整体设计 根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
图一 二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz ，电压增益为52dB 。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB ，理论上总增益=26+26+26=78dB ，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。 2、频带内增益起伏控制 造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。 3、射频放大器稳定性 由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施： （1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。 （2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB 板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。 （3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。 DC-DC （9V ） DC-DC （5V ） AD8321 AD8321 AD8321 STM32 液晶显示 键盘 直流稳压电源 输入 输出 语音播报 AD809 滤波器 衰减器
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)
基于vca820的压控增益放大器设计 摘要 对于压控增益放大器的设计，采用可调增益运放，并给出测试数据。关键词：VCA820 增益控制 一、设计要求 （一）设计要求采用压控增益放大（VCA820）。 （二）输入1mv输出1v。 （三）用TINA软件仿真，给出仿真结果，画出原理图。 二、方案设计 设计压控增益放大器有多种方案，本设计采用VCA820作为放大电路的核心部件。 VCA820的增益与控制电压成线性关系，最大带宽能达到150MHz,增益控制围为-20dB到20dB，精度较高。所以选用VCA820作为运放以达到实验的要求。
三、原理分析 电路前级可控增益放大，后级放大电路为OPA695控制的放大电路，VCA820放大电路接入反馈，经过后级放大输出达到设计的要求。系统实现框图如下： 图1 系统结构框图 四、系统硬件设计 （一）VCA820简介 TI公司的VCA820芯片是一款直流耦合、宽带宽线性放大器，通过改变控制电压能够连续改变放大倍数。它提供高阻抗单端转换的差分输入，增益控制一般通过设置增益电阻和反馈电阻从理论上最大值设定到40dB。VCA820的部结构由两个输入缓冲和集成了一个乘法器核的输出电路反馈放大级，该电路提供了一个无须外接缓冲就能有完整可变电压增益系统。最大增益由外部两个电阻设置，这为设计提供了很大灵活性。 VCA820带宽增益放大器，在控制电压作用下，该器件可以提供精确的增益，按Vout/Vin线性变化，基本增益为：Vout/Vin=RfRGVG+RfRG-RdR1,其中VG是控制电压输入，电压基本增益为（V/V），调节VG可实现对数增
宽带放大器 作者：王正齐陈华奇邓如岑（华中科技大学）编号：1-16 赛前辅导老师：尹仕文稿整理辅导老师：肖看 本设计利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。功率输出部分采用分立元件制作。整个系统通频带为1kHz～20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5V-5.5V时AGC控制范围为66dB。 方案论证与比较 1 增益控制部分 方案一：原理框图如图1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。 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。 2所示，使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器 图1 方案一示意图
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。用电压控制增益，便于单片机控制，同时可以减少噪声和干扰。 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。 2 功率输出部分 根据赛题要求，放大器通频带从10kHz 到6MHz ，单纯的用音频或射频放大的方法来完成功率输出，要做到6V 有效值输出难度较大，而用高电压输出的运放来做又很不现实，因为市面上很难买到宽带功率运放。这时候采用分立元件就能显示出优势来了。 3 测量有效值部分 方案一：利用高速ADC 对电压进行采样，将一周期内的数据输入单片机并计算其均方根值，即可得出电压有效值： ∑== n i i U N U 1 21 此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点，但调试困难，高频时采样困难而且计算量大，增加了软件难度。 方案二：对信号进行精密整流并积分，得到正弦电压的平均值，再进行ADC 采样，利用平均值和有效值之间的简单换算关系，计算出有效值显示。只用了简单的整流滤波电路和单片机就可以完成交流信号有效值的测量。但此方法对非正弦波的测量会引起较大的误差。 方案三：采用集成真有效值变换芯片，直接输出被测信号的真有效值。这 图2 方案三示意图 输入缓冲
辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计（论文） 题目：程控增益放大器 院（系）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2013.7.1—2013.7.12
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：教研室：Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。 本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：运算放大器；多路转换开关；程控；增益放大
目录 第1章程控增益放大器方案论证 (1) 1.1程控增益放大器的意义 (1) 1.2程控增益放大器的设计要求和技术指标 (1) 1.2.1设计要求： (1) 1.2.2技术指标 (2) 1.3总体设计方案 (2) 第2章程控增益放大器各单元电路设计 (4) 2.1模拟开关 (4) 2.2集成电路运算放大器设计 (4) 2.2.1集成电路运算放大器中的电流源 (4) 2.2.2偏置电路 (5) 2.2.3输入级 (6) 2.2.4中间级 (7) 2.2.5输出级 (7) 2.3反馈电阻网络 (7) 2.4增益调整电路设计 (8) 第3章程控增益放大器整体电路设计 (9) 3.1整体电路图及工作原理 (9) 3.2电路参数计算与选择 (10) 3.3电路仿真结果 (10) 第4章设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录I 总体电路图 (15) 附录II 元器件清单 (16)
说明：这篇课题设计是小酒花生为陈姐特别制作!如果需要可以进行修改，若觉得不是很满意，那么自己可以设计更好的；倘有不妥之处，还请多多指正，谢谢！！！ 增益可调差动放大器的设计与仿真 物理信息学院08电科二班XXX20081030XX 摘要： 本课题设计利用增益可调放大器uA709芯片为设计核心，根据uA709的放大原理，利用公式计算出放大倍数，然后利用专业软件（如ORCAD）模拟和仿真增益可调放大器电路，并测出其电压及电压增益的实际值！ 关键字：UA709LM709CN ORCAD 一﹑课题背景： 近年来随着计算机和互联网的迅速发展和普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。放大器作为集成电路的一种重要的组成部分是国内外研究的热点。目前集成放大器的研究主要集中在多级运放的补偿、宽带高速运放、满足专用放大器的特殊结构和提高通用放大器指标的方法等这几个方向。但是可调增益放大器的研究国外开展较多，国内目前已有少量关于可调增益放大器的研究，主要是基于CMOS工艺的可调增益放大器的设计放大。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪音、工艺稳定等特点。可调增益放大器是一种通过改变电路某一参对量对放大器增益进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。 差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。 基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。 第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管 （vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits） 元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期 的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但 是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利 用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为μA709，设计者则是鲍伯?韦勒（Bob Widlar）。但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。
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
福州大学 《电子技术综合实验》 课题：数控增益放大器 姓名：张全宇 学号：011100938 学院：电气工程与自动化学院2011级9班 指导老师：张选利 实验时间：2013年6月28-30日 目录
一、实验任务 (3) 二、实验目的 (3) 三、实验设计 (3) 四、实验内容 (5) 五、元件清单 (5) 六、心得体会 (5) 七、参考文献 (5) 一、实验任务 设计一个数字控制增益的放大器，要求在控制按键的作用下，放大器的增益依次在1~8之间转换，同时用LED数码管显示放大器的增益。 二、实验目的
通过本实验，熟悉运算放大器、计数器、数据选择器、加法器、译码/显示电路的用法。 三、实验设计 按照要求，放大器的增益应在1~8之间，因此，可选择图1-1所示的同相比例放大器，其电压增益为 2 1 1uf R A R =+ 图1-1 同相输入比例放大器 如果取R1=10k Ω,则可以通过改变R2实现增益的改变，当R2=0时，Auf=1；R2=10 k Ω时，Auf=2；R2=20 k Ω时，Auf=3；依次类推，当R2=70 k Ω时，Auf=8。为达到放大器增益数字控制的目的，可由数据选择器和电阻构成数控电阻网络，代替图中的R2，通过改变数据选择器的地址编码，实现数控电阻的目的，由此设计出图1-2所示的电路。图中用74LS160构成八进制计数器，计数器的Q2、Q1、Q0作为数据选择器CC4051的地址输入。每按动一下按键S1，计数器加1，数控电阻网络的等效电阻发生变化，由此控制放大器的增益在1~8之间变化。 为了直观地显示放大器的增益，译码/显示电路如下图所示。图中74LS283为二进制加法器，通过加一运算，将计数器的值转化为电压放大倍数。