宽带直流放大器的设计

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ʃ15V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）01－0103－05Design of Wideband DC AmplifierLIU 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．湖北民族学院学报（自然科学版）第29卷在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态．甲类放大器电流的流通角为360ʎ，适用于小信号低功率放大．乙类放大器电流的流通角约等于180ʎ；丙类放大器电流的流通角则小于180ʎ．乙类和丙类都适用于大功率工作，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者．高频功率放大器大多工作于丙类［3］．但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大．由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小．本系统以微功耗单片机MSP430FG439［4］为控制核心，采用丙类放大电路设计出直流放大器，电压增益变化范围为0 60dB ，步距为6，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，3dB 通频带0 10MHz ，电源采用自制直流稳压电源，其输出电压稳定，纹波小．图1采用分立元件的原理图Fig．1Schematic based onseparatecomponents图2电路框架图Fig．2Schematic of circuit1系统方案比较与设计1．1主放大器及输入输出电路1）采用纯分立元件，前级采用差分放大，中间级采用共基－共射高频放大电路，后级采用射集跟随器输出，其电路图1所示．差分放大电路有很好的共模抑制比，并且抑制零点漂移能力也很强，因此用其作输入级．共射极放大电路对电压和电流都有放大作用，共集电极放大电路常用作电压跟随器，共基极放大电路只有电压放大作用，没有电流放大，输入电阻小，高频特性较好，用于高频或宽频带低输入阻抗的场合．因此结合两者的优点，采用共基－共射高频放大．共射极只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好，用于输出级．2）采用集成运放实现宽带直流增益放大．集成运放输入阻抗很大输出阻抗可以很小，一般小于200Ω．采用闭环放大，其增益因负反馈而使电压输出稳定，零点漂移小．原理如图2所示．综上所述，采用分立元件高频三极管或射频管放大时，其优点是性价比高，放大倍数大，缺点是直流零点漂移不易控制，且其受温度影响很大，且电路复杂，不易调试，对制PCB 板要求很高，短时间内难以完成．而采用集成运放放大时，其抑制零点漂移能力强，放大器稳定，通频带内增益稳定，通过选择适当型号的运放可以达到题目要求，即3dB 通频带0 10MHz ，在0 9MHz 通频带内增益起伏≤1dB．采用集成运放电路缺点是成本比分立元件要高，功耗相对较大，但是电路简单容易实现，易于调试．综合考虑，选用多级集成运放来实现．1．2增益控制电路1）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，电路简单，调试复杂．2）采用高速乘法器型D /A 实现．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，但经实验知：当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此不选此方案．3）利用能够压控增益的放大器实现．其特点是可以用单片机方便地预置增益．由于主放大器可以找到压控增益的器件，本系统采用方案3．1．3稳压电源1）由整流电路和稳压电路两部分组成，稳压电路接在整流电路和负载之间，采用了三端可调稳压集成电路LM337作为ʃ15V ，7912作为ʃ12V 稳压，LM7905作为ʃ5V 稳压．该稳压电源的电路非常简单，输出电压纹波很小．401第1期刘三军等：宽带直流放大器的设计2）开关稳压电源．此方案效率高，但电路复杂，开关电源的工作频率通常为几十至几百KHz ，基波与很多谐波均在本放大器通频带内，极容易带来串扰．电源模块选择方案一中的串联型稳压电源．图3抑制直流零点漂移的电路Fig．3Circuit to Restrain dczero －point drift2理论分析与计算2．1带宽增益积根据OP690［5］运放的芯片手册可知，+5V 供电时其增益带宽积GBP =200MHz ，前两级采用OP690级联放大，在满足其增益带宽情况下，其增益倍数由第三级决定．OP690在10MHz 和5MHz 时其最大增益分别为200MHz 10MHz =20倍、200MHz5MHz=40倍，两级理论上总共可放大倍数为：A V 1=20ˑ40=800倍≈58dB第三级采用AD811［6］用来实现放大器的带宽可预置功能，据其数据手册可知，其在供电ʃ15V 时增益带宽积GBP =66MHz．由于第三级承担系统带宽可预置的功能，预置点为5MHz 、10MHz ，由AD811的增益带宽积GBP =66MHz ，系统的最大放大倍数为60dB （1024倍）可知，其分别对应的放大倍数如下：1）在预置点F T =5MHz 时，第三级增益A V 11=66MHz5MHz≈13倍≈23dB．前两级最大放大倍数为：A V =102413=78．7倍≈37dB ，小于A V 1=66dB ，满足设计要求．2）在预置点F T =10MHz 时，第三级增益A V 12=66MHz10MHz≈6．6倍≈18dB．前两级最大放大倍数为A V =10246．6=155倍≈42dB ，小于A V 1=66dB ，满足设计要求．2．2抑制直流零点漂移放大器直流弱信号放大导致零点漂移，发生在前级放大器．因此用电位器W 1（如图3）调节放大器的零点．在系统已经调试完毕后，用固定电阻代替W 2．2．3放大器稳定性本系统工作稳定度很大程度上受多级运放在深度负反馈时的自激振荡的影响，输出波形很容易失真．改进方法：破坏自激振荡条件［3］：20lg A ·F ·+G m =0φa +φf =（2n +1）180{ʎ或者满足20lg A ·F ·=0φa +φf +φm =180{ʎ其中幅值裕度G m ≤－10dB ，相位裕度φm ≥45°保证可靠稳定，留有余地，以保证不会自激振荡．消除自激振荡的措施如下：由于深度负反馈易造成自激振荡，因此在运放的输入端与输出端接上小于10pF 的电容，进行频率补偿，从而达到相位破坏自激振荡的条件．2．4直流稳压电源的效率计算1）对于LM317和LM337来说，使用的输出电压分别是ʃ14V ，输入电压分别是ʃ23V ，输出最大电流是1．5A ，其效率分别为：ρ1=14V ˑ1．5A23V ˑ1．5Aˑ100%=60．9%ρ2=－14V ˑ1．5A－23V ˑ1．5A{ˑ100%=60．9%2）对于L7812和L7912而言，输入电压分别为ʃ23V ，输出为ʃ12V ，最大输出电流量为1．5A ，其效率501湖北民族学院学报（自然科学版）第29卷分别为：ρ3=12V ˑ1．5A23V ˑ1．5Aˑ100%=52．17%ρ4=－12V ˑ1．5A－23V ˑ1．5A{ˑ100%=52．17%3）对于KA7805和KA7905而言，输入电压分别为ʃ12V ，输出电压为ʃ5V．最大输出电流时1A ，其输出效率均为21．74%．3系统电路结果分析3．1测试结果表1调节系统电路第三级的测量结果Tab．1Result of V pp when adjusting the third amplifier输出电压V pp /mV第1次第2次第3次平均值理论值10Hz 423422416421．64001KHz 422423423422．740010KHz423423422422．8400100KHz 422422420421．64001MHz 422418423420．339910MHz420421421420．5399表2调节系统电路前两级的测量结果Tab．2Result of V pp when adjusting the front two ampliflers输出电压V pp /mV 第1次第2次第3次平均值理论值10Hz 11．011．011．111．0201KHz 11．211．411．311．02010KHz 11．010．810．910．220100KHz 10．810．911．110．9201MHz 5．65．75．55．61810MHz 1．61．41．61．520200KHz10．310．510．510．420400KHz 8．88．78．68．620600KHz8．08．07．97．919620KHz 7．87．77．67．719650KHz7．57．47．47．4191）15Hz 、15mV 信号输入时，最大输出电压V 0pp =19．8V 转换为有效值为V m =19．8V1．414=14．0V ，电压增益A V =19．8V0．015V=1320倍=62．4dB ；2）当增益为最大时，最小输入电压可达到15mV ；3）3dB 时增益通频带为0 600KHz （增益为40dB 时测得），通频带内增益起伏≤1dB ；4）放大器的输出负载为50Ω；5）直流稳压源的效率为45%、31%、7%；6）当输入电压为100mV 时，单独调节第三级，使V pp 最大时的测量结果如表1所示；当输入电压为100mV 时，调节前面两级，使输出端得到最大增益，测量结果如表2所示．3．2结果分析与误差分析1）根据测试结果，与理论计算比较分析如下所示［7］：①3dB 的通带频据数据手册计算为66MHz ˑ200MHz =13200MHz ；②最大电压增益在多级开环增益A V 为约为无限大；③直流稳压电压效率．2）测试误差分析：可能有以下原因：①电路中及外界电信号的干扰，包括函数发生器和示波器的电缆线，造成较大杂波信号，并且被运放放大；②要得到稳定的输出电压，需要负反馈，但很容易造成深度负反馈，从而产生自激振荡，对信号的输出有很大的影响；③PCB 板布线有缺陷，高频干扰很严重；④运放芯片都是插上去的，而不是直接焊上，造成干扰；⑤数字电位器在高频信号时，其阻值有较大的变化，不利于电压增益A V 可预置［8］．4结论4．1本设计未能达到的指标及其原因1）3dB 时增益通频带为0 10MHz ，通频带0 5MHz内增益起伏≤0．1dB．原因分析：没有发挥运放的通频带的潜能，没能在高增益时较好的消除自激振荡；2）在A V =60dB 时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP ≤0．3V ，没有达到要求；原因分析：电路中分布电容和杂散电容对电路的稳定性有很大影响．4．2需要改进的地方这次作品有很多需要改进的地方．601701第1期刘三军等：宽带直流放大器的设计1）输入输出没有采用滤波电路，可在每一级之间加上低通滤波电路，降低噪声干扰．2）电路板设计方式有待改善，如覆铜、前后两级之间加上屏蔽盒，以减小高频干扰．高频宽带增益控制模块具有增益调节范围大、工作频率范围宽、控制灵活及成本低廉等优点．但是，对照芯片AD811和OP639的技术指标，我们发现仍有潜力可挖掘．3）自激振荡还没有完全消除．4．3本设计的创新点1）当电路确定时，根据第三级的增益带宽积为常数，来实现放大器带宽可预置5MHz、10MHz；2）用数字电位器来实现电压增益A可预置；V3）采用低功耗单片机MSP430单片机，可降低整体功耗．参考文献：［1］李景峰，陆生礼．电视调谐器中电阻负反馈结构的宽带低噪音放大器设计［J］．电子器件，2009，32（4）：771－773．［2］庄海军．基于软件仿真的高频功率放大器设计［J］．电子工程师，2008，34（11）：33－34．［3］康华光．电子技术基础（模拟部分）［M］．北京：高等教育出版社，2005：382－395．［4］洗建华，杨艳琴．MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2008：123－133．［5］黄争．德州仪器商性能模拟器件在大学生创新设计中的应用与快速选型指南［S］．上海德州仪器有限公司大学计划部，2009：7－11．［6］康华光．电子技术基础（数字部分）［M］．北京：高等教育出版社，2005：435－440．［7］谢自美．电子线路设计·实验·测试［M］．3版．武汉：华中科技大学出版社，2006：186－194．［8］王正林，王胜开，陈国顺，等．MATLAB/Simulink与控制系统仿真［M］．2版．北京：电子工业出版社，2008：109－117．·信息与写作·引言论文引言也称前言、序言或概述，经常作为科技论文的开端，提出文中要研究的问题，引导读者阅读和理解全文．引言作为论文的开场白，应以简短的篇幅介绍论文的写作背景和目的，以及相关领域内前人所做的工作和研究的概况，说明本研究与前人工作的关系，目前研究的热点、存在的问题及作者工作的意义，引出本文的主题给读者以引导．引言也可点明本文的理论依据、实验基础和研究方法，简单阐述其研究内容；三言两语预示本研究的结果、意义和前景，但不必展开讨论．本刊对引言的写作要求如下：1）开门见山，不绕圈子．避免大篇幅地讲述历史渊源和立题研究过程．2）言简意赅，突出重点．不应过多叙述同行熟知的及教科书中的常识性内容，确有必要提及他人的研究成果和基本原理的，只需以参考引文的形式标出即可．在引言中提示本文的工作和观点，意思应明确，语言应简练．3）尊重科学，实事求是．在论述本文的研究意义时，应注意分寸，切忌使用“有很高的学术价值”、“填补了国内外空白”、“首次发现”等不实之词；同时也要注意不用客套话，如“才疏学浅”、“水平有限”、“恳求指教”、“抛砖引玉”之类的语言．4）引言的内容不应与摘要雷同，也不应是摘要的注释．引言一般应与结论相呼应，在引言中提出的问题，在结论中应有解答，但也应避免引言与结论雷同．5）引言不必交待开题过程和成果鉴定程序，也不必引用有关合同公文和鉴定的全部结论．6）简短的引言，最好不要分段论述，不要插图列表和数学公式的推导证明．7）“引言”两字省略．。

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AD8065 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 ；STC89C521 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.输入信号* 缓冲级■程控增益级输出信号hD/A按键单片机STC89C52_) LCD显示图1系统框图3系统硬件电路设计与实现为了实现放大器电压增益 >40dB（ 100倍），且放大器增益歩进可调，由于总增益比较大，为了更好地增益精度和带宽指标•因此整个系统使用多级放大器级联，且具有压控放大功能•3.1单片机最小系统本文以STC89C52单片机为整个系统控制部分地核心器件，最小系统主要由复位电路和时钟电路构成.单片机最小系统电路图如图2所示.图2单片机最小系统电路图3.2前级放大电路第一级芯片地选择对放大电路性能影响很大.前级以AD8065为核心，AD8065是-具有高输入阻抗，低噪声、亚皮安级输入电流、精密失调、高速等特性地电压反馈型运算放大器.因此，特别适用作前置放大电路.前级采用了同相放大电路，有效地增大了输入阻抗对于电压反馈型放大器，增益带宽积为一个常数.电压反馈型放大器地增益与带宽成反比，若将其用于高增益下，就会牺牲增益精度和带宽指标.为了保证放大电路地性能，增益不宜取太高，第一级放大电路放大倍数固定为20dB （10倍）.电路如图3所示.111.0592MHz一X2 18RST 929ALE ■30-31DB1 1ADB2 2DB3 3DB4 4俨一DB5 5DB6 6DB7 7DB8 8P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11393837363534333221SDA22SCL2324 FMD0D1D2D3D4D5D7P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD2526 DIOLA27DULA28WELA~10P3.011一P3.1 —□C f14 LCDEN15 RS16 WR17RD30pFXTAL1XTAL230pFRST100 0PSENALEEAR3P1.0/T210k P1.1/T2EXP1.4P1.5P1.6P1.2P1.310uFP1.723456789图3前级放大电路及仿真波形3.3压控增益放大电路可控增益放大电路如图4所示•本文选用TI公司地一款低噪声，高带宽，温度稳定性高，高共模抑制比地压控增益放大器VCA810.VCA810采用i5V电源供电，增益控制电压在0V到-2V时，输出增益为-40dB到+40dB.不变地增益带宽35MHz, dB/V增益线性度±).3dB,增益控制带宽25MHZ.VCA810控制电压与增益地函数关系式为：G(dB) = -40 X(VG + 1)dB (1) 因此，只要利用单片机向DAC0832送DIN，在OP07地输出端便可得到所需地控制电压VG,控制VCA810产生可调增益.从而实现VCA810增益-40dB〜40dB可调地.该D/A转换电路地核心器件是DAC0832芯片.DAC0832是8位D/A转换器，转换时间为1 工作电压为+5V〜+15V，基准电压为±10V.它主要由两个8位寄存器和一个8位地D/A转换器组成.DAC0832以电流形式输出，当输出需要转换为电压时，可外接运算放大器图4 VCA810压控增益电路3.4 硬件抗干扰及提高可靠性措施由于放大器具有很高地灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则地电信号地影响.解决电路地抗干扰问题主要应从两个方面考虑，一是提高系统本身地抗干扰能力；二是找出强干扰源，这主要是在现场调试中进行地.测试时应注意仪器地摆放，测试仪器（如示波器）地测试线尽量不要与电源线交叉，即使有交叉，也应尽量保持垂直.低频自激振荡是由于放大器各级共用一个直流电源引起地.在系统地每一运放芯片地电源与地之间加有退耦电容，采用大容量电解电容旁边并联一只小电容地电路结构.高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起地.输入回路地导线和输出回路，电源地导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起，以免相互感应；输入线和输出线不要靠得太近，以免产生正反馈.而对电路板地整体布局来说，元件之间排列应尽量紧凑，信号线尽量走短.并且电源线和地线不要布成环状，否则容易产生高频干扰.4 系统软件地设计与调试4.1 系统主程序本文在软件实现方面采用地是 C 语言，在一定程度上增强了程序地易理解性.系统软件主程序流程图如图 5 所示.上电后对DAC0832 ，LCD1602 及相关变量进行初始化，然后通过扫描按键值相应地改变DAC0832 输入数字量，从而控制压控放大器VCA810 地放大衰减倍数，进而改变整个系统地增益并通过液晶实时显示，达到增益可程控可调地目地. 4.2 按键子程序系统有两个按键，KEY1 为系统增益步进6dB 档位，KEY2 相应地为-6dB 档位.在进行按键程序编写时，运用了状态机和定标思想，先逐步增大DAC 地输出值，利用示波器对实物进行观察并记录数据，最后在软件中建立数组，从而使整个系统地输出更为精确.按键子程序如图 6 所示.4.3系统测试系统采用先仿真后实物验证地方式•首先利用 后再进行软、硬件实物联调，采用定标思想，对 更加稳定，精准.4.3.1测试仪器及环境测试仪器主要有：UNI-T UT54数字万用表，GWINSTEK GOS-1102A-U 数字示波器， SG1005数字合成信号发生器.系统测试是在实验室进行地，环境温度为常温 25C ，无强电磁干扰，由市电 220V 供电，通过自制直流稳压电源转化为犬V 对系统进行供电.4.3.2测试方案及结果(1) 第一级调试从输入端输入峰峰值为 50mV 地正弦波，调节输入信号地频率，用示波器观察输出波 形并记录，测试结果如表1 所示.表1第一级频率特性测试数据频率/KHz 1 10 100 1000 3000 5000 实测VPP/mV510 510 510 510 500 480 增益/dB20.1720.1720.1720.1720.0019.655MHz 3MHz好，在3MHz 以后，系统增益略有下降，这跟该级使用地运放频率特性曲线是稳合地⑵测试DAC0832输入数字量与 OPO7输出电压地关系图5主程序流程图图6按键子程序流程图Proteus 对系统地软件部分进行仿真，然 DAC 输出数据进行了部分微调，使系统该步骤实际为软硬件联调，改变DAC0832输入数字量，用万用表测OP07地输出电压.测试结果如表2所示.表2软硬件联调测试数据由于放大器不能达到理想运放地性能参数，流入反相端地电流不为零，OP07地输出电压和理论值会有差别•故运用定标思想，对DAC0832输入数据量进行微调，使系统更加精确•(3)两级联调从输入端输入峰峰值为50mV地100KHZ地正弦波，调节按键预置放大电路增益，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表3所示•表3增益测试数据从输入端输入峰峰值为50mV地正弦波，系统增益预置为30dB，调节输入信号地频率，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表4所示.表4频率特性测试数据经测试表明，系统在通频带，系统增益基本满足了设计要求，但系统增益不能太高，当达到40 dB时，输出波形略有失真，当增益再增大时，出现自激振荡•经分析可能是因为使用万能板焊接和只做了两级电路•5小结本文以STC89C52单片机和TI 公司提供地高速运算放大器 VCA810为核心，搭建了个用于交直流小信号放大地宽带直流放大器电路•由于宽带放大器普遍存在零点漂移和容易自激等缺点，本文在第一级芯片选择、电源退耦、元器件安装，布线等方面都有研究，尽 量减小上述问题对电路性能地影响，整个电路整洁实效•由于时间和专业知识地限制，本文还有很多需要改进地地方，如缩短连线地长短、在放大电路末级加上功率放大级，提高带 负载能力等•参考文献[1] 冈村迪夫.0P 放大电路设计[M].科学出版社，20074[2] 郑锋，王巧芝,程丽平,张清鹏.51单片机典型应用开发范例大全[M].北京：中国铁道出版社,2009.1.[3] 华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京:清华大学出版社,2007. [4] 宋加磊，潘克修，陈斌,夏绪超.高性能宽带直流放大器地设计与实现J].军事通信技术,2010,31 (2)。

宽带直流放大器（C题）摘要：宽带直流放大器采用低噪声放大器INA217和可变增益宽带放大器AD603来提高电压增益。

当输入电压有效值<10mV时，电压增益A v可达到60dB左右，并在0～60dB范围内可实现手动连续调节和5dB的步进调节。

输出信号无明显失真时，最大输出电压有效值为4 V。

输入电阻≥50Ω，3dB通频带为0～8MHz，在0～7MHz通频带内增益起伏≤1dB。

放大器的电源采用三端稳压芯片LM317、LM337，经电容滤波后得到较小纹波的电压，能够满足放大器的要求。

此外，该放大器的增益均可预置并显示，能实现对增益的控制以及人机交互。

一、系统设计方案1. 方案比较及选择(1) 宽带直流放大器方案一：采用分立元件。

主要应用场效应管或三极管控制增益，为了满足增益60dB的要求，可采用多级放大电路实现。

本方案由于大量的采用分立元件，如三极管等，电路比较复杂，工作点难以于调整，增益控制和高带宽均难以实现，尤其增益的定量调节非常困难。

不可控因素较多，调试难度大。

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：采用集成芯片。

为了保持带内增益平坦，在低频部分应用低噪声放大器INA217进行增益补偿。

通频带内采用AD603进行增益可控放大，AD603是一款宽带、低噪声、精密控制的可调增益运放。

温度稳定性高，最大误差为0.5dB。

AD603单级实际工作时可提供超过20dB的增益，通过前后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过60dB的增益。

后级采用宽带运放AD811进行增益补偿。

这种方法的优点是电路集成度高，稳定性高，工作点容易调整，控制方便。

因此采用方案二。

（2）直流稳压电源电源模块是放大电路中的一个重要的单元模块。

温度系数、电压稳定性及抗噪性能是基准源的重要指标，其性能的好坏将直接影响到放大电路的稳定性及性能指标。

方案一：采用开关电源。

开关型电源的稳压范围比较宽。

而且开关电源可以省去电源变压器，整体比较轻便。

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。