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
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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。
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。
基于AD603宽带直流放大器的设计
侯鹏亮 江向阳（滁州学院 安徽 滁州 239000）
摘 要： 采用集成运放AD603和AD818级联的方法实现宽带增益要求，后级推动由分立元件实现，系统总增益由电位器调节控制，并采用合理化布线和外界屏蔽罩等多种抗干扰措施减少噪声和抑制高频自激。整个系统供电由LM317和LM337自制稳压可调电源完成。实际测得系统3dB通频带为0～10MHz，最小增益0dB，最大增益67.6dB，且具有较好的稳定性，基本实现设计要求。关键词： 宽带；直流放大器；AD603；AD818中图分类号：TN42 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2010）0920046－01
0 前言运放的增益与带宽设置，当减小外部电阻时加大负反馈时，使增益减小而扩展带宽，反之则增大增益而减小带宽。其增益可由下式决定：随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，宽频电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。从军用向民用扩展，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。但宽频直流放大貌似是个新概念，其实是一种放大频带比较宽的较综合电路。1 系统设计1.1 方案的选择考虑直接选取可调增益的运放实现，如运放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30dB的增益，两级级联后即可得到60dB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。1.2 流稳压电源的设计直流稳压电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件稳压的方法，产生各种直流电压，采用LM317T和LM337可变输出的稳压芯片。1.3 设计与实现AD603是Analog Device公司的一款高性能、低噪声、90MHz、增益可调的集成运放。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，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。常用于视频增益控制、A/D输入调整、信号测量等领域。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30dB的增益，两级级联后即可得到60dB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、易于数字化可利用单片机进行处理。增益控制接口通过控制电压VG=GPOS-GNEG来控制片内的精确调节器来控制输入信号的衰减量GA，增益控制接口的电压增益转换率为42.14dB/V，即23.73mV/dB。其中对GPOS与GNEG只要求不超过电源电压，增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值VG有关，并且控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50MΩ，即输入电流很小，则片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响很小。以上特点适合构成程控增益放大器。固定增益放大器通过在AD603的5脚FDBK与7脚VOUT之间外加电阻实现式中R为外加电阻； 固定增益放大器的增益。当R为短路时，固定增益放大器的增益/带宽值为31.07dB/90MHg，当R为开路时，则为51.07dB/9MHg，考虑到梯形网络的衰减量，则AD603的整体增益可计算为：
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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。
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一、 方案论证与比较
1、 总体方案
方案一：选用结电容小，fT 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
