宽带直流放大器
摘要：本作品基于压控对数放大器设计，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，具有宽带手
动连续调节和数字程控功能。在前级放大电路中，用电流反馈型放大器OPA691
和宽带运算放大器VCA810 放大输入信号，输出放大一定倍数的电压，经过后级THS3120 放大电路达到大于10V 的有效值输出，其中的OPA691 的使用弥补了一般电压反馈型放大器的带宽随增益增加而急剧降低和压摆率不足的问题，VCA810 的使用方便了程控增益，THS3120 的使用提高了输出电压的有效值范围。
本设计采用压控增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级功率输出，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，稳定性好，可控范围大。而且综合应用了电容去耦、滤波、使
用屏蔽线传输信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。经验证，
本方案完成了全部基本功能和部分扩展功能。
关键词：压控对数放大器宽带数字程控
一、方案设计与论证
1.1 方案设计与比较
1.1.1 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。主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，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作信号的输入端，D/A的输出端
做输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。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，考虑直接选取可调增益的运
放实现（如运放VCA810）。其特点是以dB为单位进行调节，可调增益±40dB，可以用单片机方便地预置增益。
方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
所以本系统采用方案三。
1.1.2 功率输出部分
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，尤其是短时间内手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用
此方案。
方案二：直接使用集成高电压输出的运放THS3120，放大器通频带从0到
10MHz，并能驱动50 的负载，单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出，
要做到10V有效值输出难度较大，而THS3120是一款高速宽带放大器，并可以
提供475mA的电流输出，完全满足题目要求，本方案简单易行，而且由于采用
单芯片，系统体积大大减小，所以采用方案二。
1.1.3 稳压电源部分
方案一：线性稳压电源。其中包括并联型和串联型两种结构。并联型电路复
杂，效率低，仅用于对调整速率和精度要求较高的场合；串联型电路比较简单，
效率稍高，虽然方便可靠，但还是满足不了高效率的要求。
方案二：开关稳压电源。此方案效率高，虽然理论电路复杂，但是如果使用
开关电源集成芯片，只需在外围加少量器件，即可达到题目中高效率的要求。
所以电源模块选择方案二中的开关稳压电源。
1.2 理论分析与参数计算
1.2.1 带宽增益积
带宽增益积(GBP)是这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数
表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。
题目中要求放大器最大电压增益A V≥60dB，即Gain≥1000V/V。
放大器的通频带0～10MHz，所以本放大器的带宽增益积为
GBP = 1000 * 10M = 10G
单个放大器是很难达到10G的GBP，所以我们考虑多级放大器级联。
经过查阅手册，OPA691的GBP为450M，级联上后级的VCA810 和THS3120，足以达到题目要求。
1.2.2 通频带内增益起伏控制
题目中要求通频带内增益起伏≤1dB，本设计采用的是巴特沃斯滤波器，巴
特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，虽然
在阻频带内缓慢下降为零，但可以通过增加滤波器阶数来加快阻带内的衰减，符
合题目要求。
经过滤波器设计软件Filter Solutions 和仿真软件Multisim 仿真，发现 4
阶的时候即可达到题目要求（仿真效果见附录图1、图2）
这两个滤波器可同时作为放大器预置带宽点，通过继电器切换。
1.2.3 放大器稳定性
（1）放大器板上所有运放电源线及数字信号线均加磁珠和电容滤波。磁珠
可滤除电流上的高频毛刺，电容滤除较低频率的干扰，它们配合在一起可较好地
滤除电路上的串扰。安装时尽量靠近IC 电源和地。
（2）所有信号耦合用点解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下
降。
（3）在两个焊接板之间传递模拟信号时用同轴电缆，信号输入输出使用
SMA-BNC 接头以使传输阻抗匹配，并可减少空间电磁波对本电路的干扰，同时避
免放大器自激。
（4）数字电路部分和模拟电路部分的电源严格分开，同时数字地和模拟地
电源地一点相连。
二、硬件电路设计
2.1 系统框图
本系统主要由由前级放大模块、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。如图 1 所示
2.2 主要模块电路
（1）压控增益电路
可控增益调节部分我们使用压控增益放大器VCA810，VCA810 在宽频带工作
模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB ，且控制电压与增益dB 数成线性关系，
满足设计要求。如图 2 所示
（2）步进及手动调节电路
步进调节基本电路是由单片机数字程控，经D/A 转换产生控制输出电压。
利用MSP430 单片机自带的12 位D/A 转换功能，输出稳定的控制电压。VCA810 的控制电压为0V~-2V，而单片机DA 输出范围在0V~2.5V，不符合要求，因此在
电路中加入了减法器，（实际加到图 2 中VCA810 的 3 脚的控制电压是DA 值减去2.5V 基准的值）。手动连续调节则可以使用多圈精密电位器来实现。具体电路如
图 3 所示
三、软件设计
软件主要实现数字调节步进及显示功能。
为了减少功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，控制数据设置完成之 后，将微控制器设为低功耗模式。
键盘输入采用中断模式，而不是查询模式，这样键盘输入完成后，数据端 口处于静态，这样可以大大降低数字系统对模拟信号的干扰。
软件流程图如图 4
（软件见附录）
四、系统测试和数据分析
4.1 测试仪器
（1）泰克 TDS1002 60M 数字示波器 （2）RIGOL DS1022 20M 信号源 4.2 测试方法
（1）放大器预置带宽 5M 。
（2）输入 0~5M 信号，输入有效值为 10mV 的电压信号，测试通频带内是否 平坦。
（3）改变输入电压有效值，分别记录在步进 5dB 的时候的输出电压有效值 范围。
4.3 相关测试数据
4.4 数据分析
通过表 1 可以看出放大器在预置带宽为 5M 的时候，0~4M 通频带内很平坦，
最大起伏出现在 3M 、增益 40dB 的时候，放大 dB 数为 ，
,完全符合题目要求中通频带内增益起伏≤1D 的指标。 由表2可知，系统可以实现电压预置并可以实现5dB 的步进，而且可以输出9V
左右的有效值。
五、结论与系统改进措施
5.1 作品达到了题目所有基本和部分扩展功能及指标的要求：
（1）最大电压增益Av≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。
（2）在Av＝40dB 时，输出端噪声电压的峰－峰值V ≤0.03V。
（3）最大输出电压正弦波有效值Vo≥5V，输出信号波形无明显失真。
（4）电压增益Av 可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB 并且可以手动连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（5MHz、10MHz 两点）。在通频带内增益起伏≤1dB。
（5）通过制作开关电源来提高电源效率。
（6）本设计多使用集成芯片，以较低的成本实现了题目要求。
5.2 存在问题及改进措施：
（1）在每个模块都能正常工作的情况下，整机连调的时候会出现“共地”
问题，导致整机会有一个50Hz 的工频干扰。改进措施是系统地线不能出现环路，所有地线最好一点接地，包括单片机的数字地和模拟地。
（2）在方案实施过程中，由于时间比较紧，来不及制版，而实验板的结构
受限，导致频率过高的时候会引入干扰。如果能在精确调整之后，将整体电路利
用PCB 开出电路板，减少连线引起的干扰，一定可以提高精度和性能。
参考文献
附图 1
附图 2
4 阶 5M 巴特沃斯滤波器仿真
4 阶 10M 巴特沃斯滤波器仿真（0~9M 带内平坦）
J
1
3PIN-1
+5
V
220u
f
220u
f
GAIN CON C5
10
4
C2
5
10
4
10
4 C2
6
+5
V
C6 104 C7
10
4
C1
5
U
1
6
2
5
R
2
OPA691
R5
10k
C12 104
100
k
C
9
-5
V
6.8u
f
-5
V
1
-5
V
6.8u
f
C1
4
C1
1
1u
f
R
6
1
+5
V
IN4007
23
F
C8 104
R
4
47
R
1
47
C1
6
100p
f
C1
100p
f
1
VCA810
5
Q
2
R2
5
1
Q
1
901
3
+5
V
5
R
8
R
3
8
6.8u
f
U
2
C3
4
5p
f
R195
1
C3
2
330p
f
R185
1
C3
5
27p
f
R2
1
5
1
R
9
1
k
P3.
6
10
4
C13 104
P
1
SM
B
3 6.8u
f
R
7
1
K
+5
V
C
2
C
4
C
1
C
3
C23220uf
C24220uf
-5
V
+15
V
-15
V
J
3
3PIN-1
+5
V
+5
V
10
4
C2
8
C2
7
6.8u
f
C2
9
C3
6.8u
f
3
U
6
6
2
C3
6
100p
f
opa690
47
R1
6
5
1
10
4
U
5
C3
1
220pfC33 R17
3
6
2
5
1
C3
7
56p
f
C3
9
6.8u
f
C4
1
10
4
-5
V
+5V
C4
2
C4
4
10
4
6.8u
f
U
7
3
C481
nf R2
6
R2
5
5
1
5
1
opa690
R22 51
C3
8
C4
6.8u
f
-5V
104
10
M
+5V
C4
3
+5
V
C1
9
10
4
U
3
6
3
+5
V
R1
3
20
K
10
4
-5
V
opa227
C2
2
GAIN CONT
+5
V
7
5
23F_
2
1
R14
8
51
6
4
P
4
3
1
K
2
6
opa227
C2
2
10
4
+15
V
10
4
U
4
C2
1
3
P3
C4
5
10
4
6.8u
f
U
8
R1
2
+5
v
R
9
R1
2
J
2
C1
7
10u
f
C1
8
10
4
2PIN-1
1
2
20
K
20
K
R11
DAC_OU T
1
K
20
K
+2.5
V
2.2n
f
6
2
33
R2
8
5
1
C51C52 56
opa690
C5
3
C5
5
10
4
6.8u
f
-5
V
3
R2
3
C46 C47 R24
220p
f
6
2
5
1
5
1
R2
7
C50C49 56pf100p f
+15
V
C57 104
C58
104
C6
C6
1
6.8u
f
3
Q
1
901
3
-5
V
2
R3
3
R3
5
20
R1
5
1
k
51
ths3001
C66 104
C6
9
-15V
6.8uf
R3
6
12
6
U
9
R2
9
5
C6
3
100p
f
6.8u
f
3
2
R3
4
51
opa690
5
1
C5
4
C5
6
10
4
5
M
6.8u
f
-5
V
+15
V
C59
104
C6
2
U1
6.8u
f
R3
6
R3
1
U1
1
91
2
ths3001
5
6
R3
2
C6
4
100p
f
3
ths3120
5
C67 104
C6
5
100p
f
C68 104
C7
C7
1
-15V
6.8uf
-15V
6.8uf
附图3 整体电路图
4 7
1
2
3
8
4 7
1
P3 .7
8
7
2
6
3
4 7
1
1
2
3
4 7
4 7
4 7
4 7
8
4 7
8
4 7
4 7
1
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
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
宽带放大器(A题) 摘要 本作品主要由增益放大器OPA820ID和功率放大芯片THS3091D,分别实现增益信号的调节和末级功率的放大，在20HZ到5MHZ带宽范围之间的小信号进行有效的放大，实现增益0dB到100dB之间连续可调，最大不失真输出电压有效值不小于10V，利用DC—DC变换器TPS61087DRC为末级放大电路供电。系统主要由三个模块组成：前级放大电路；功率放大电路；供电电路，本设计在放大电路中设计了相位补偿电路和防止产生自激振荡电路，由于电路限用单电源供电，所以在电路设计时加入了合适的偏置。 关键词：宽带增益放大器 OPA820ID TPS61087DRC THS3091D
一方案选择与论证： 分析设计题目的各项要求，放大器的增益调节是重点，而功率放大是本题的难点，因此有以下的方案选择与论证。 1增益放大电路部分 方案一：采用TI公司提供的OPA820ID芯片，采用反相输入比例运算放大电路，设计简单，但容易产生自激振荡，电路稳定性差，不选用此方案。 方案二：采用多级放大器的级联实现增益放大，通过模拟开关选择信号的级联放大，每一级实现不同的增益放大，最终实现的增益等于各级增益之和。此方案原理简单，但需较多模拟开关和较多运放的级联，增加了系统的成本和不稳定性，而且调试难度较大，增加了本身的不稳定性。故放弃此方案。 方案三：采用TI公司提供的OPA820ID芯片，采用同相输入比例运算放大电路，设计简单，且能有效避免自激，稳定性好。采取此方案。 2功率放大部分 方案：由于题目要求采用THS3091ID，所以放弃使用分立元件实现的方 案，而使用集成高速功率放大器THS3091D，驱动负载能力较大，低噪声，采用并联三个THS3091D高速宽带放大器，电路简单，增益可调，而且方便调试，为防止自激，我们采用输入电压从反相输入端输入，由于THS3091D为单电源供电，所以在其同相输入端加入直流偏置电路，以使同相输入电压为Vcc/2.其原理图见下。总放大增益为16 dB。而其在输出端能实现大电流输出，完全满足题目要求，实现起来简便易行，易于调试，且噪音小。故采用此方案。 二理论分析计算： 1 增益分配： （1）前级放大电路以OPA820ID为核心，其频率上下限控制在10HZ-10MHZ，其电压增益不小于40db。前级放大电路有两级OPA820ID构成，为实现输入阻抗匹配，系统第一级为缓冲级，为扩展通频带，输入缓冲级增加一补偿电路。第一级放大倍数为16dB，在其同向输入端加入直流偏置。第二级放大倍数为16 dB。题目要求放大电路不失真时输出电压峰峰值大于10V。频率下限不大于20HZ，上限不小于5MH，而本电路对输入输出电压及频率都有限制，所以，必须合理分配各级放大器的放大倍数。 第一级电路由OPA820ID构成电压串联负反馈，在其同向输入端加入直流偏置电路以使其同相输入端电压稳定在Vpp/2，即2.5V。为展宽电路通频带，在其电路反向输入负载并联30pf可调电容。使并联后总的阻抗减小，频率增大，使高频顺利通过。起补偿作用。在此电路中，在OPA820ID电源端加入去耦电容和瓷珠。以稳定输出电压及起滤波作用。两级放大电路通过隔直电容级联。 末级放大电路以THS3091D为核心，其电压增益为16dB采用并联三个THS3091D高速宽带放大器，为防止自激，我们采用输入电压从反相输入端输入，由于THS3091为单电源供电，所以在其同相输入端加入直流偏置电路，以使同相输入电压为Vcc/2.其原理图见下。总放大增益为16dB。而其在输出端能实现
5.4 宽带高频功率放大器 以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。 以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。 5.4.1 传输线变压器 1. 传输线变压器的结构及工作原理 传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。如图5-24（a）所示为1:1传输线变压器的结构示意图。 传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。 如图5-24(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线 R上。如果信号的波长与传输线的长度相比拟，变压器的传输，在2、4端将能量传到负载 L 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图 5-24(d)所示。若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。 图5-24 1:1传输线变压器的结构示意图及等效电路
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，
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。
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/e816618467.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；
?阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。 1 同轴变换器模型 同轴变换器有三个重要参数：阻抗变换比、特征阻抗和电长度。这里用电长度是为了分析方便。当同轴线的介质和长度一定时，电长度就是频率的函数，可以不必考虑频率。 1.1理想模型 理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0，其等效模型如图2所示。
其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为： 图2和公式（1）表明：变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。 同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联，输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。 1.2通用模型 由于特征阻抗是实数，而源阻抗与负载阻抗一般都是复数，所以，就不能简单的用变换比来计算。阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭，实现功率的最大传输。特征阻抗为Z0，电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。 由于源阻抗与同轴线特征不匹配，电路的反射系数就不是负载反射系数。 由于同轴线是无耗的，进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。那就可以把电路简化只有一个负载Zin，又因为Zg与Zin都是复数且串联，就可以把Zg中的虚部等效到Zin中，最后得到反射系数为： 其中：
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。
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：
47 实验四 线性宽带功率放大器 一、实验目的 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 二、实验内容 1. 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 2. 掌握线性功率放大器的幅频特性 三、实验原理及实验电路说明 1. 传输线变压器工作原理 现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采用自动调谐技术，以便于迅速转换工作频率。为了满足上述要求，可以在发射机的中间各级采用宽带高频功率放大器，它不需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得线性放大。但为了只输出所需的工作频率，发射机末级（有时还包括末前级）还要采用调谐放大器。当然，所付出的代价是输出功率和功率增益都降低了。因此，一般来说，宽带功率放大器适用于中、小功率级。对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级同样也能节约调谐时间。 最常见的宽带高频功率放大器是利用宽带变压器做耦合电路的放大器。宽带变压器有两种形式：一种是利用普通变压器的原理，只是采用高频磁芯，可工作到短波波段；另一种是利用传输线原理和变压器原理二者结合的所谓传输线变压器，这是最常用的一种宽带变压器。 传输线变压器它是将传输线(双绞线、带状线或同轴电缆等)绕在高导磁芯上构成的，以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。图9-1为4：1传输线变压器。图9-2 为传输线变压器的等效电路图。
的扩展方法是相互制约的。为 了扩展下限频率，就需要增大 初级线圈电感量，使其在低频 段也能取得较大的输入阻抗， 如采用高磁导率的高频磁芯和 增加初级线圈的匝数，但这样 做将使变压器的漏感和分布电容增大，降低了上限频率；为了扩展上限频 率，就需要减小漏感和分布电容，如采用低磁导率的高频磁芯和减少线圈 的匝数，但这样做又会使下限频率提高。 把传输线的原理应用于变压器，就可以提高工作频率的上限，并解决 带宽问题。传输线变压器有两种工作方式：一种是按照传输线方式来工作， 即在它的两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，磁芯中的磁场正好 相互抵消。因此，磁芯没有功率损耗，磁芯对传输线的工作没有什么影响。 这种工作方式称为传输线模式。另一种是按照变压器方式工作，此时线圈 中有激磁电流，并在磁芯中产生公共磁场，有铁芯功率损耗。这种方式称 为变压器模式。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，或者说，传输 变压器正是利用这两种模式来适应不同的功用的。 当工作在低频段时，由于信号波长远大于传输线长度，分布参数很小， 可以忽略，故变压器方式起主要作用。由于磁芯的磁导率很高，所以虽然 传输线段短也能获得足够大 的初级电感量，保证了传输 线变压器的低频特性较好。 图9-3传输线变压器高频段等效电路图 48
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
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。
射频功率放大器宽带匹配如何解决 在很多远程通信、雷达或测试系统中，要求发射机功放工作在非常宽的频率范围。例如，工作于多个倍频程甚至于几十个倍频程。这就需要对射频功放进行宽带匹配设计，宽带功放具有一些显著的优点，它不需要调谐谐振电路，可实现快速频率捷变或发射宽的多模信号频谱。宽带匹配是宽带阻抗匹配的简称，是宽带射频功放以及最大功率传输系统的主要电路，宽带匹配的作用是，使射频功率放大管的输入、输出达到最佳的阻抗匹配，实现宽带内的最大功率放大传输。因此，宽带阻抗匹配网络的设计是宽带射频功放设计的主要任务。同轴电缆阻抗变换器简称同轴变换器，能实现有效的宽带匹配，可以为射频功率放大管提供宽频带工作的条件。同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽性能好的特性，可广泛应用于HF/VHF/UHF波段。 1方案设计 同轴变换器及其组合是一种具有高阻抗变换比的宽带阻抗匹配网络，它能将射频功率放大管的较低的输入阻抗或输出阻抗有效匹配到系统的标准阻抗50 Ω。同轴变换器设计方案多选用1:1变比形式、1:4变比形式及其组合形式。 1.1 同轴变换器原理 同轴变换器是由套上铁氧体磁芯的一段同轴电缆或同轴电缆绕在铁氧体磁芯上构成，一般称为“巴伦”。“巴伦”的结构如图1(a)所示，其等效电路如图1(b)所示。
同轴变换器处于集中参数与分布参数之问。因此，在低频端，它的等效电路可用传统的低频变压器特性描述，而在较高频率时，它是特性阻抗为Zo的传输线。同轴变换器的优点在于寄生的匝间电容决定了它的特性阻抗，而在传统的离散的绕匝变压器中，寄生电容对频率性能的贡献是负面作用。 当Rs=RL= Zo时，“巴伦”可以认为是1:1的阻抗变换器。同轴变换器在设计使用上有两点必须注意:源阻抗、负载阻抗和传输线阻抗的匹配关系;输入端和输出端应在规定的连接及接地方式下应用。在大多数情况下，电缆长度不能超过最小波长的八分之一。为了保证低频响应良好，还必须有一定绕组长度，可以依据下列经验公式来估算在频率高端和频率低端时所需绕组的长度。 在高频端: lmax≤ 18 O00n/fh(cm) (1) (1)式中，fh为最高工作频率(MHz);n为常数，一般取为0.08左右。 在低频端: lmin≥ 50Rl / [ (1 u/uo ) × fl ] (2) (2)式中，fl为最低工作频率(MHz);u/uo为磁芯在时的相对磁导率。 磁芯的影响可以用等效电感来反应，等效电感决定了频段低段反射量的大小，计算为: L=uo ur n2 (S/J) (3)
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