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宽带直流放大器摘要：本系统主要由五个模块电路构成：前级放大、中级程控放大、宽带预制、单片机显示与程控模块。
前级放大由电压反馈型放大器OPA820进行小信号放大，中间级由可程控放大芯片VAC810对前级信号进行放大，最后通过低噪声电流反馈型运放THS3091进行功率放大以达到有效值10V的输出。
宽带预置部分由继电器控制滤波部分来达到放大器宽带0~5M，0~10M的预制。
程控模块对放大的0~60dB的程控，宽带的预置与液晶的显示。
关键词：MSP430f449 OPA820 VAC810 THS3091目录一、方案设计与论证 (3)1、增益控制部分 (3)2、低通滤波器部分 (3)3、功率放大部分 (4)二、方案总体描述 (4)三、理论分析与计算 (5)1、增益分配 (5)2、通频带内增益起伏的控制 (6)四、模块电路设计 (6)1、前级放大电路 (6)2、程控放大电路 (7)3、低通滤波电路 (8)4、后级放大电路 (9)5、功率放大电路 (10)6、直流稳压源的设计 (11)五、程序设计 (13)六、测试数据与结果分析 (13)1、通频带测试 (13)2、预制电压增益测试 (14)3、噪声电压测试 (15)七、参考文献 (16)一、方案设计与论证1、增益控制部分方案一：AD603是一款低噪声高增益的压控芯片，AD603增益与控制电压的关系为AG（dB）=40Ug+10，输入控制电压Ug由AD603的1脚输入，控制电压范围为-0.5~+0.5，增益范围为-10dB~30dB。
单片机可以通过D/A（将数字量转换为对应的模拟电压量Ug）来控制AD603的放大倍数。
但是AD603的零漂比较大，顾方案待定。
方案二：VAC810具有宽带低噪声，宽带25MHZ，并且以dB为单位的线性增益的特点，增益控制范围为-40dB~40dB，增益与电平关系为：G（dB）=-40（Vc+1），Vc为VAC810的增益控制电压，范围为-2V~0V。
宽带直流放大器第三组：陈吉洋、杨在然、周佳佳本设计以超低功耗单片机STM32为控制核心，通过可控增益放大器AD603与OPA642分别实现信号增益的调节和末级的功率放大，在0～10M带宽范围内的小信号进行有效放大，实现增益0dB～100dB 范围内的步进程控可调和手动连续可调，最大不失真输出电压有效值达10V。
系统主要由六个模块组成:直流稳压源、前置缓冲电路、可控增益放大电路、滤波器模块、功率放大模块和控制与显示模块。
本设计在前置缓冲电路对信号进行初步处理，减小后续模块中的噪声来源，同时在后级放大电路中利用软件对后级放大器电路进行补偿，把系统的失调和漂移抑制在较低的限度之内。
关键词：可控增益放大器功率放大带宽一、系统方案论证1.总体方案论证分析放大器设计要求的指标，带宽和增益要求高，放大器带宽为10MHz 以上，增益在0dB～60dB之间可调，并且要求能够在50Ω的负载提供有效值为10V 的正弦波输出。
针对上述特点，我们将整个放大器分为五个模块：前置缓冲级，增益可调的中间放大级，末级功率放大级，控制显示电路和直流稳压电源。
系统整体框图如图1所示。
其中难点是增益可调放大级和末级功率放大级，下面对这两个部分的方案分别进行设计论证。
图1、系统整体框图2.1放大器的论证与选择方案一：单运放电路。
简单的测量放大器是由仪器放大器和可变增益放大器级联而成，该放大电路的优点是电路简单，易于实现，但其零漂很大，放大精度也差。
方案二：精密斩波稳零电路。
精密斩波稳零运放具有更加理想化的性能指标，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度，但其带宽很小，难以满足设计要求。
方案三：模拟增益可编程运放电路。
使用微控制器控制模拟增益可编程运放可以灵活的实现增益的步进，同时可以实现比较大的增益，但其结构和指令比较复杂，开发周期较长。
方案四：多级运放电路。
应用多级运放可以得到很大的增益，并且对单个运放的性能要求较低，系统总增益等于各运放增益的和，可以将信号放大和功率放大分开处理；带宽也比较好控制，可以选择多种耦合方式，充分的发挥出电路的性能；电路结构也比较简单。
“放大器类”赛题2.1.1 “放大器类赛题” 历届都有在9届电子设计竞赛中，“放大器类赛题” 除了1994年外，其它每届都有，共有9题：①实用低频功率放大器（1995年A题）；②测量放大器（1999年A题）；③高效率音频功率放大器（2001年D题）；④宽带放大器（2003年B题）；⑤程控滤波器（2007年D 题本科组）；⑥可控放大器（2007年I题高职高专组）；⑦宽带直流放大器（2009年C题）；⑧数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）；⑨低频功率放大器（2009年G题）。
其中：与音频功率放大器有关的有4题。
与宽带放大器有关的有2题。
与直流、低频放大器有关的有3题。
比较历届赛题可以看到，“放大器类”赛题的要求是越来越高，如：在“程控滤波器（2007年D题本科组）”中要求放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV。
制作“简易幅频特性测试仪”，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
在“数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）” 中要求：当输入正弦信号v i电压有效值为5mV、功率放大器接8Ω电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W。
功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。
功率放大电路的效率≥60％。
宽带放大器（2003年B题）”中要求3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥58dB(3dB 通频带10kHz～6MHz，最大输出电压有效值≥6V，数字显示输出正弦电压有效值。
“宽带直流放大器（2009年C题）”中要求最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。
放大器的输入电阻≥50Ω，3dB通频带0～10MHz；负载电阻（50±2）Ω，最大输出电压正弦波有效值V o≥10V。
注意：放大器同时也是各赛题中一个必不可少的组成部分。
2.1.2 常用的一些放大器（包含OP）芯片历届的“放大器类赛题” （包括其他赛题）中使用到的一些放大器（包含OP）芯片有：AD526精确程控放大器ADI公司，AD603，低噪声、90 MHz可变增益放大器.，ADI公司，AD605双通道、低噪声、单电源可变增益放大器，ADI公司，AD620低漂移、低功耗仪表放大器，增益设置范围1～10000 ADI公司， AD783，采样保持电路，ADI公司，AD811高性能视频运算放大器（电流反馈型宽带运放），ADI公司，AD818高速低噪声电压反馈型运放，ADI公司，AD8011 300 MHz、1 mA 电流反馈放大器，ADI公司，AD8056双路、低成本、300 MHz电压反馈型放大器ADI公司，AD8564，四路7 ns单电源高速比较器，ADI公司，AC524/AC525 5~500 MHz级联放大器，teledyne 公司，BUF634，250mA高速缓冲器，TI公司，/cnCA3140单运算直流放大器，Intersil Corporation，HFA1100 850MHz、低失真电流反馈放大器，Intersil Corporation，INA118精密低功耗仪表放大器，TI公司，/cnLF356 JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM311具有选通信号的差动比较器，National Semiconductor Corpora，LF356，JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM393电压比较器，National Semiconductor Corpora，LM7171高速电压反馈运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM358/LM158/LM258/LM2904双运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM2902,LM324/LM324A,LM224/ LM224A四运算放大器，National Semiconductor Corpora，LT1210 1.1A，35MHz电流反馈放大器，linear公司，/product/LT1210 MAX4256，UCSP封装、单电源、低噪声、低失真、满摆幅运算放大器，Maxim公司，MAX912, MAX913单/双路、超高速、低功耗、精密的TTL比较器，Maxim公司，MAX477 ，300MHz、高速运算放大器，Maxim公司，MAX427/ MAX437低噪声、高精度运算放大器，Maxim公司MAX900高速、低功耗、电压比较器，Maxim公司NE5532双路低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnNE5534低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnOP27低噪声、精密运算放大器ADI公司，OP37低噪声、精密运算放大器ADI公司，OPA637，精密、高速、低漂移、高增益放大器，TI公司，/cnOPA637，精密、高速、低漂移高增益放大器，TI公司，/cnOPA642高速低噪声电压反馈型运放，TI公司，/cnOPA690，宽带50MHz、电压反馈运算放大器，TI公司，/cnOPA690 高速、电压反馈型运放（大于等于50MHz），TI公司，/cn PGA202KP，数字可编程仪表放大器，TI公司，/cnTHS3091单路高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTHS3092高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTL084，JFET 输入运算放大器，TI公司，/cnµA741标准线性放大器，TI公司，/cn以上各放大器IC和OP的更多资料，可以登录有关网站查询得到（以运算放大器的型号为关键词）。
2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛宽带放大器（A题）队伍编号：参赛学校：参赛学生：指导教师：025211南京师范大学杨昊吕晨阳张沁枫王兴和孙航嘉2010年8月26日宽带放大器（A题）摘要：本作品由前置放大、中级放大、末级功率驱动、峰值检测、电源管理及人机界面这些模块所组成，具有宽带数字程控和AGC功能，整个系统以5V 单电源工作。
在前级放大电路中，用单位增益稳定宽带反馈型放大器OPA820和宽带压控放大器VCA810放大输入信号，在电压放大一定的倍数后，经过末级THS3091驱动50Q的负载。
VCA810勺使用方便了调整增益，THS3091的使用提高了驱动电路带负载的能力。
应用MSP430寸增益进行预置和控制，稳定性好，可控范围大。
电路设计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咼频自激。
经验证，本方案完成了全部基本功能和发挥功能。
关键词：宽带放大峰值检测AGC1系统方案1.1 方案比较与选择1.1.1增益放大电路的方案方案一：使用分立的三极管等元件搭建输入缓冲电路和增益放大的电路。
优点是成本低廉，易于购置。
为了满足固定增益40dB的要求，可以采用多级放大电路实现。
但时是大量采用分立元件比较容易在高频时产生自激振荡，可能会增加电路的调试时间，同时短时间内手工制作难以保证可靠性及指标。
方案二：使用OPA820作为阻抗匹配和前置放大器，中间级用VCA810动态调节增益。
此方案电路简单，可靠性高。
VCA运放的压控放大特性更增加了整个电路的可控动态范围至-20dB-60dB,既可以方便的做进一步的幅值微调和增益提高；也可以配合测量的峰值形成AGC电路。
综上，我们采用方案二，设计简洁高效灵活稳定的放大电路。
1.1.2功率输出电路的方案方案一：使用功率三极管和普通的运放组成升压输出复合放大器，这种电路可以将运放的标称摆幅扩展的更大，同时将负载驱动提升到100mA以上。
D 题增益可控射频放大器电子科技大学作者：谭文张育铭易嗣为摘要本系统由电流反馈型运算放大器AD8009,程控衰减器HMC307构建而成。
系统前级通过级联四片AD8009实现46dB固定增益放大，由前级衰减器和中间级衰减器实现4dB～66dB总动态增益范围，后级由RF3827做功率级保证输出有效值2V以上且波形不失真。
系统各部分采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，各个模块独立线性稳压电源供电，提高稳定性和抗干扰能力。
经测试，本系统达到了题目的所有要求。
关键词：射频宽带放大器、HMC307、AD8009AbstractThis system consists of current feedback amplifier AD8009 and digital attenuator HMC307.The primary System achieve 46dB fixed gain by cascading 4 AD8009 and achieve 4dB~66dB gain dynamic rang with two digital attenuatores. To reach 2Vrms output without distortion，we use RF3827 as final amplifier . All parts of system are warped up by shielding box protected from EMI.Every module are supplyed by separate LDO to enhance system’s stability andanti-jamming capability.This system pass text andmeet all request of subject一、系统方案 (1)1.1 程控增益的论证与选择 (1)1.2固定增益放大器的论证与选择 (1)1.3 输出缓冲级放大 (1)1.4滤波器设计 (2)1.5 总体框图 (2)二、系统理论分析与计算 (2)2.1宽带放大器设计 (2)2.2 频带内增益起伏控制 (2)2.3射频放大器的稳定性分析 (3)2.4 增益调整 (3)三、电路设计 (3)3.1固定增益模块设计 (3)3.2程控增益模块设计 (3)3.3后级射频功放模块设计 (3)四、测试方案与测试结果 (3)4.1 测试仪器 (3)4.2 测试方案及测试条件 (4)（1）测试阻抗匹配和负载设置 (4)（2）放大器电压增益测试 (4)（3）放大器BW及增益平坦度测试 (4)-3dB4.3测试结果及分析 (4)（1）放大器电压增益测试 (4)带宽测试 (4)（2）放大器BW-3dB五、参考文献 (4)增益可控射频放大器（D 题）【本科组】一、系统方案本系统主要由程控增益模块、固定增益放大模块、滤波器模块、功率放大器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
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构成的同向放大器，可以有效的抑制噪声和提高输入电阻。
后级放大之前，通过一个加法器电路,将直流偏置调零，再通过通道选择，经过截止频率分别为5M、10M的椭圆低通滤波器，实现增益带宽可选。
之后通过单片机控制三个继电器，达到三个增益范围可调的目的，最后总增益为0～60dB可调。
最后经过一级功率放大电路，使输出电压有效值不小于10V。
2. 系统总体设计框图二、理论分析与计算1、带宽增益积的计算1)增益控制部分AD600的基本增益公式为：GAIN(dB) = 40Vg + 10从上式可以看出，以分贝作单位的对数增益和电压之间是线性关系。
因此只需通过单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益，增益步进可以很准确的实现。
本系统采用16位串行D/A转换器MAX541, 基准源为4.096，所以可输出的最小电压步进为4.096/216=0.000625V=62.5uV，对应的增益步进为0.025dB，精确度足够高。
AD600可实现0~40dB的范围可调，在0~30dB增益范围内，其在0~10M的频率相应效果较好。
2)各级增益分配在10M频率范围内，前置放大为6dB，增益范围小于1dB,后级功率放大增益约为10dB 左右。
可控增益部分在0~30dB范围内可调，另外通过继电器控制三个增益档位，分别为-10dB、15 dB、40 dB左右，实际值根据实际系统调试适当改变，最终实现0~60 dB的增益范围可调。
2、通频带内增益起伏控制各级放大电路的运放芯片增益带宽积至少大于10MHZ,需要采用增益带宽积较大的芯片。
前级放大电路采用的运放LM6172为高速低噪声电压反馈型运放，其带宽为100MHZ。
放大6dB左右，使其在0~10MHZ通频范围内，增益起伏平坦。
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0~10MHZ通频带内增益起伏不大于1dB。
3、线性相位的理论分析本系统采用椭圆低通滤波器来实现放大器的增益带宽的选择，预置5M、10M两点。
椭圆滤波器chebyshev滤波器的设计是为了在接近通带的止带产生最佳的衰减，即，具有最快的滚降。
但是它在相位上不是线性的。
也就是说，不同的频率分量要受至少同时间延迟的支配。
bessel 型滤波器同受到广泛应用的buterworth 滤波器相比，具有最佳的线性响应，但是滚降就慢得多，并且较早就开始滚降。
逐次增大阶次的bessel 滤波器能获得改善的线性相位函数。
椭圆函数滤波器可以产生比butterworth 、chebyshev 或bessel 滤波器更陡峭的截止，不过却在通带和止带代入内容复杂的纹波，并造成高度的非线性相位响应。
但为了得到陡峭的截止，我们采用椭圆滤波器。
4、抑制直流零点漂移的理论分析采用一个加法电路，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，直到输出值为零，或者是在一个小的范围内变化。
三、主要功能电路设计3) 1）前级放大 2) 抑制直流零点漂移电路图1 前级放大2）可控增益放大该部分以集成可变增益放大器AD600为核心,AD600的增益（dB ）与控制电压成线形关系，它有一个电压控制端，通过改变控制端的电压就可以获得不同的放大倍数。
但为了实现步进基本连续，我们用DAC 来给予其增益控制端电压，实现步进的连续性。
另外我们可于是我们选择16MAX541外围电路非常简单。
同时在将电压由于AD600的输入电阻只有100欧姆，要满足输入阻抗≥1k Ω的要求，必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减小噪声。
故采用高带宽低噪声运放LM6171作前级隔离放大。
电路如下：图3 抑制直流零点漂移图2 可控增益放大电路四、系统软件设计1）MAX197控制模块如图4-2：此模块的功能是：双向口data197[7..0]是和MAX197传递信息的数据总线，P0[7..0]是与单片机P0口连接的数据总线。
图4 MAX197的控制模块五、系统测试与数据分析1、测试条件(1).测试仪器清华同方计算机：奔腾4 CPU + 512M内存 + Windows XP操作系统直流稳压稳流电源：型号SG1733SB360M双信道数字存储示波器：型号Tektronix TDS 1002数字信号源：型号Agilent 33120A数字万用表：型号FLUKE 45dual(2).测试条件工作电源电压：±15V ±12V ±5V 测试环境温度: 26℃2、测试方法及测试结果（1）测试方法将各级电路级联起来,输入0V的正弦信号，接入600欧姆的负载。
先调整10dB增益,即调节送入16位DAC的控制电压.然后分别将增益设置在16、22、28、34、40dB等，细调AD输出控制电压。
找出并验证其线形关系，做必要的修正。
并通过前后的检波系统和单片机的控制，使增益有自适应性和智能性，通过这种方法理论上可以将误差控制到极小的范围。
（2）测试结果1）输出最大有效值输入频率为1MHz ，有效值小于10mV的正弦信号，设置增益为60dB，得到输出电压有效值为10V。
满足题目发挥部分要求不小于10V的要求。
2）输出噪声电压增益设为0~60dB，将输入端短接到地，得到输出噪声电压为74 mV，满足题目要求小于0.3V的要求。
O3）频率特性测量增益可控制范围为0~60dB，将频率从0变化到10M测试的结果（频率—KHz，输出—dB）。
由于系统加入了增益监控和自动调整功能。
则增益控制较为准确。
4）增益误差测量3、测试数据分析由于我们采用了16位DAC对控制增益端施加电压，由于其精度较高，在加上AD603。
