基于vca820的压控增益放大器设计
自动增益控制放大器
自动增益控制放大器吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课程单片机课程设计课题：自动增益控制放大器姓名：学号：专业：年级：指导教师：基地指导教师：2014 年11 月一、项目介绍与设计目的（1）此为2014年湖南电子设计大赛C题的设计报告，要求为：一、基础部分1、输入一个电压为0.01-0.03V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）2、输入一个电压为0.1V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）3、输入一个电压为10V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）二、提高部分1、输入一个电压为0.01-0.03V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）2、输入一个电压为0.1V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）3、输入一个电压为10V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）（2）目的在于培养我们的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于我们工程实践素质的培养、提高我们针对实际问题进行电子设计制作的能力。
二、设计方案1．项目环境要求基于MSP430单片机2．项目功能模块1、放大电路：考虑到负载电阻为10Ω，输出值要等于10V，所以电压仍需放大，第1部分为输入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适合后级处理的电压范围，前级放大将小信号放大50倍。
VCA810增益控制电路增益后达不到所需要求，所以在后又加了一个放大电路图一为前级放大电路，图二为后级放大电路图一图二2、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。
其中 1 脚为了匹配输入阻抗并接了50?的电阻，8 脚接25?的偏置电阻，其中 5 脚接 500?的负载电阻.......如图所示。
基于VCA810的自动增益控制放大器的设计与实现
第31卷 第4期 苏州市职业大学学报 V ol .31，No .42020年12月 Journal of Suzhou V ocational University Dec . ，2020基于VCA810的自动增益控制放大器的设计与实现王书立a ，王勤宏b(苏州市职业大学 a .艺术学院；b .计算机工程学院，江苏 苏州 215104)摘 要： 以STM32F103RET6和VCA810为核心部件，辅以分级处理模块、测频模块、键盘输入模块、LCD 显示模块及话筒输入模块等组成一个自动增益控制放大器。
当输入音频信号频率在100 Hz~10 kHz 、幅度在10 mV~5 V 时，该系统可通过STM32F103RET6调节VCA810的压控电压，实现放大器输出幅度的保持、步进式调节和任意设定等功能，并能够根据环境噪声的改变自动调节放大器的输出幅度。
该设计适用于各种接收机、录音机和信号采集系统。
关键词：自动增益控制；放大器；STM32F103RET6；VCA810中图分类号：TN702 文献标志码：A 文章编号：1008-5475(2020)04-0030-06Design and Realization of Automatic Gain Control Amplifier Based on VCA810WANG Shuli a ，WANG Qinhong b（a .School of Fine Art ；b .School of Computer Engineering ，Suzhou Vocational University ，Suzhou 215104，China)Abstract ：Taking STM32F103RET6 and VCA810 as the core components ， the paper presents an automatic gain control amplifier composed of hierarchical processing module ， frequency measurement module ， keyboard input module ， LCD display module ， microphone input module ， and etc . When the frequency of input audio signal varies between 100 Hz and 10 kHz ， with the amplitude within the scope of 10 mV ~ 5 V ， this system is capable of maintaining ， step modulating ， and setting the output amplitude of the amplifier through adjusting the voltage of VCA810， which is controlled by STM32F103RET6. Furthermore ， the output amplitude of the amplifier can also be adjusted automatically according to ambient noises ， which makes it suitable for the application in receiver ， recorder and signal acquisition system .Keywords ：automatic gain control ；amplifier ；STM32F103RET6；VCA810DOI ：10.16219/j .cnki .szxbzk .2020.04.007收稿日期：2020-09-02作者简介： 王书立(1969—)，男，黑龙江鸡西人，助理实验师，主要从事实验技术研究。
可控增益实验报告
一、实验目的1. 了解可控增益放大器的基本原理和设计方法。
2. 学习使用宽带压控增益放大器（VCA）实现可控增益。
3. 掌握放大器性能测试方法，包括增益、带宽和噪声等参数。
4. 通过实验验证可控增益放大器在实际应用中的效果。
二、实验原理可控增益放大器是一种能够根据输入信号的大小自动调整增益的放大器。
其主要原理是利用电压控制元件（如VCA）对放大器的增益进行调节。
本实验中，我们采用宽带压控增益放大器VCA821实现可控增益。
三、实验器材1. 宽带压控增益放大器VCA8212. 射频信号发生器3. 功率计4. 信号分析仪5. 电缆、连接器等四、实验步骤1. 搭建实验电路：按照实验原理图连接电路，包括VCA821、射频信号发生器、功率计和信号分析仪等。
2. 设置信号源：将射频信号发生器输出频率设定为100MHz，输出功率为0dBm。
3. 调整VCA821：通过调整VCA821的控制电压，观察输出功率的变化，记录不同增益下的输出功率。
4. 测试增益：使用功率计测量不同增益下的输出功率，计算增益值。
5. 测试带宽：使用信号分析仪测量放大器的带宽，记录带宽范围。
6. 测试噪声：使用信号分析仪测量放大器的噪声系数，记录噪声系数值。
五、实验结果与分析1. 增益测试：实验结果显示，当输入信号为5mV，频率为100MHz时，输出电压有效值为2.9V，增益大于52dB。
在不同增益下，输出功率的变化与增益值基本一致。
2. 带宽测试：实验结果显示，在50MHz-160MHz频率范围内，增益波动都在2dB内，通频带在60MHz-200MHz内。
3. 噪声测试：实验结果显示，放大器的噪声系数在-3dB左右，满足实际应用需求。
六、实验结论1. 可控增益放大器能够根据输入信号的大小自动调整增益，实现信号的放大和抑制。
2. 宽带压控增益放大器VCA821能够满足本实验对增益、带宽和噪声等方面的要求。
3. 通过实验验证，可控增益放大器在实际应用中具有良好的性能和效果。
基于OPA820宽带放大器的设计
基于OPA820宽带放大器的设计1.2前级放大电路设计OPA820是TI公司的一款低噪声电压反馈高速放大器。
增益带宽积为480MHz,低输入电压噪声： 2.6nV/√Hz,高直流精度：25℃最多输入失调电压为±700nV,25℃最多输入失调电压为±400nA。
采用高速运算放大器OPA820作为第一级放大电路（如图3）进行11倍的同相放大，本文选取反馈电阻RF为510Ω,反相端输入电阻RG为51Ω,为了抑制噪声，防止电源串入噪声信号，本文在电源线的进线处加0.1p和2.2p的旁路电容进行滤波。
输出信号进入后级放大电路进行放大（如图4）。
图3第一级放大电路图4第二级放大电路1.3后级放大电路设计T HS3091是一款高电压，低失真，电流反馈放大器。
转换速率为7300V/s,增益带宽积为420MHz,输出电流高达±250mA。
低噪声：正向电流噪声为14pA/√Hz,反向电流噪声为17pA/√Hz,电压噪声为2nV/√H z。
后级放大电路包含固定增益放大和功率放大模块。
本文用单片THS3091搭建同相增益放大和功率放大模块。
设置增益为11倍，本文选取反馈电阻RF为1k,反相端输入电阻RG为100Ω。
为了防止电流反馈运算放大器THS3091的自激，本文在THS3091的输入端加上20Ω的限流电阻。
该模块可同时对信号幅度和功率进行放大。
驱动后级的50Ω负载，同时输出信号传入峰值检测模块中。
1.4峰值检测电路设计峰值检测电路由两级电路组成：第一级是整流电路，第二级是增益调节电路和积分电路。
第一级整流电路如图5所示。
图5整流电路第二级增益调节电路和积分电路如图6所示。
图6增益调节电路和积分电路峰值检测波形如图7和图8所示。
图7检波前的信号波形图8检波后的信号波形1.5微控制器选择选用TI超低功耗的MSP430单片机对系统进行控制。
单片机主要完成对AD从峰值检测电路采集的信号进行处理，将输出电压的峰峰值和有效值显示在128×64液晶屏上。
opa820
OPA820特点高频带（240MHz, G = +2）高输出电流（±110mA）低输入噪声（2.5nV/√Hz）低供电电流（5.6mA）灵活的电源电压:双电源±2.5V到±6V单电源 +5V到+12V极好的直流精:当25°C时最大输入偏移电压=±750μV 当25°C时最大输入偏移电流=±400nA 应用廉价的视频线驱动ADC放大器低噪声器有源滤波滤波器便携式检测设备光学通道放大器低功耗、基带放大器CCD成像通道放大器OPA650和OPA620的升级描述OPA820提供一种宽频的,单位增益稳定的，有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6mA供应电流产生高输出电流的电压反馈放大器。
在单位增益里, 当峰值<1dB时 OPA820给出一个>800MHz的带宽。
在低功耗情况下，OPA820补充这一高速操作装置具有优良的直流精度。
最坏的情况下的偏置电压为±750μV和偏置电流为±400nA，它们给脉冲放大器应用程序一个优秀的绝对直流精度。
最小输入和输出电压摆幅的余量允许OPA820操作一个单一的+5 V 电源以供给>2V pp的输出摆动。
虽然它不是一个满摆幅(RR)输出，但它会支持大多数的新兴模数转换器(ADC) 输入跻身于比典型的RR输出放大器功耗和噪声低的行列。
特别低的dG/dP (0.01%/0.03°) 支持低成本的复合视频线驱动器的应用程序。
现有的设计可以用行业标准的 SO-8封装而新兴高密度便携应用程序可以使用SOT23-5。
提供业界最低的并且采用SOT封装的热阻抗，以及超过商业和工业温度范围完整规范，以得到在很宽的温度范围内拥有可靠的表现。
应用信息宽带电压反馈的操作只要遵守好的设计练习这个简单的准则，由OPA820提供的速度和动态范围的组合在多种的应用电路中是容易实现的。
VCA820可控增益放大器原理
VCA820可控增益放大器原理宽带放大器在工业测量与控制领域应用广泛。
在测量与控制电路中，宽带放大器是调理传感器输出信号的重要环节。
传感器输出的电平信号通常不是规则的正弦信号，且输出电压范围往往变化很大，这就需要后级放大器具有较高的频带宽度和灵活的电压增益，因此，这里提出一种以压控增益放大器VCA822为核心的可编程宽带放大器，可实现通频带为100 Hz～15 MHz，放大器增益为10～58 dB，6 dB 步进可调。
该设计可通过矩阵式键盘设置放大器增益，液晶显示器显示输出电压，人机界面友好。
1 放大器设计及工作原理设计一个通过键盘设置增益，且具有AGC功能的宽带放大器。
放大器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配，使输入电阻达到MΩ数量级。
该系统设计分为宽带放大、峰值采样、人机交互等3个模块。
宽带放大模块中电压增益可预置的功能是由VCA822实现。
VCA822一款直流耦合型宽频带压控增益放大器，最大工作频带宽度可达150 MHz。
放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定。
控制电压的输出是由单片机运算并控制D／A转换器而输出的，因而能够实现较精确的数控。
另外，放大器后级接入两档信号处理电路，一档增益0 dB，另一档为衰减档，通过一个控制端口，实现信号在这两档位之间选择。
这种方法的优点在于条理清晰，控制方便，易于单片机处理。
针对峰值采样，采用数字检波，即通过高速A／D转换器对输出的正弦信号进行采样，判断一定时间内采集到的数字信号的最大值，该最大值即为该信号的峰值。
而这种通用数字峰值检波电路仅能在低频段效果良好，针对系统设计要求中的高频信号，以及某些特定频率信号，将产生一定误差。
采用双频数字峰检对信号进行采样，这种方案可有效避免产生误差。
在上述两模块的基础上实现AGC的功能。
峰值检波测得的电压值反馈回单片机，单片机对宽带放大电路实现放大精确控制。
通过这种方式可将输出信号的峰值稳定在4．8 V左右。
该系统总体实现框图如图l所示。
一种增益可控宽带放大器的设计
信息科学科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald106增益可控宽带放大器是一种改变电路某一参量对信号增益进行调节的放大器，是音响、无线通信等系统中必不可少的部分。
为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。
宽带放大器在光纤通信、电子设备及微波仪表等方面的应用越来越广泛，这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪声、工作稳定等特点。
1 系统设计系统由增益放大、增益控制、功率放大、滤波器和控制器等几个部分组成。
增益放大器对输入信号进行固定增益放大，增益控制电路完成增益步进控制，功率放大器对信号进行功率放大，提高其带负载的能力，处理器完成信息输入的处理并显示当前的控制增益。
系统框图如图1所示。
2 单元电路的设计2.1 增益放大器系统最大输出信号要达到60 d B的增益放大能力，所以增益放大器选用两级放大电路比较容易实现。
运算放大器引入深度负反馈网络能实现准确的电压放大倍数，两级放大电路都选用同相比例运算电路，使输出信号不用接反相器即可使用。
放大器使用固定电压增益放大，可以保证在整个通带内增益不变，稳定性好，也必将容易实现，增益放大电路如图2所示。
在考虑各级放大电路电压增益分配时，第一级实现20倍的放大，第二级实现50倍的放大，则两级总放大倍数为1 000倍即60 d B的电压增益。
同相比例运算放大器的增益计算公式：A v f =1+（R F /R 1）。
A 1的放大倍数设定为20倍，当R 2取值为10 k 时，R 3的取值应为190 k；A 2的放大倍数设定为50倍，当R 4取值为10 k时，R 6的值应为490 k。
运算放大器选用高宽带运算放大器OPA820，它提供一种宽频的、单位增益稳定的、有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6 m A供应电流产生高输出电流的电压反馈放大器。
输出幅值可数控调节放大器VCA810_VCA822应用说明
输出幅值可数控放大器一、原理分析1、增益自调整通过增益控制端VG的电压大小，控制VCA822的放大倍数。
放大倍数的可调范围由RF决定。
本电路RF取6.8K,在实际调试过程中，当输出0.6V时，放大倍数能达到30倍。
2、峰值检波电路D1和RC构成峰值检波，在输入信号频率为100KHZ时，D1的负极输出一个Vpp约为60mV的直流电压（设为V2）。
OPA727构成一个减法器，电位器R15将2.5V的基准电压分压得到电压（设为V3）。
Vout=(R28/R29)*(V3-V2)以此公式，可调节反馈电压VG的大小，控制反馈强度。
R21，R27为VCA822提供一个初始电压，以保证正常工作。
3、数字分压X9C103介绍：INC是下降沿触发，一个下降沿移动一下滑片。
控制滑片移动方向。
高电平滑片向上滑，低电平向下滑。
低电平有效，保存当前状态。
输入信号电平范围+5V~-5V。
高电平2V~VCC+1V 低电平-1V~0.8V二、整体分析输入信号在40Mv~2V范围内变化，VCA810输出恒定的200mV。
再通过后级的X9C103，运放，实现数字可调幅值。
三、调试过程输入信号从高到低变化来调节R8和R15。
1、输入信号给定2V，100KHz。
调节R15使VCA810的输出为200Mv(VCA810的控制端GAIN的电压大小应使该运放工作在衰减状态)2、逐渐减小输入信号的幅值，适当调节R8，控制衰减量，使输出信号保持在200mV.3、在调试过程中VCA822会有大概70度左右的发热，属于正常现象。
四、调试结果输入信号在40Mv~2V范围内变化，输出幅值数控可调。
R8对应的VCA810的控制电压GAIN为-0.8571V。
R15对应的分压电压为1.9539.。
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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
益的调节。
下图为VCA820的电路图。
图2 Vca820外部电路图
（二）电路设计
电压输入，Rg接口串接电阻，经过部电路由输出口输出。
输出后接电阻，接入反馈电路，在经过opa695放大电路放大达到运放要求。
反馈电路接入通过opa820电路返回。
电路原理图如图所示：
图三电路原理图
五、仿真设计及其结果
（一）仿真软件介绍
TI公司提供的第三方软件TINA。
该软件的具体功能包括：在模拟电路分析方面，Tina Pro除了具有一般电路仿真软件通常所具备的直流分析、瞬态分析、正弦稳态分析、傅立叶分析、温度扫描、参数扫描、最坏情况及蒙特卡罗统计等仿真分析功能之外，还能先对输出电量进行指标设计，然后对电路元件的参数进行优化计算。
此外，它具有符号分析功能，即能给出时域过渡过程表达式或频域传递函数表达式；具有RF仿真分析功能；具有绘制零、极点图、相量图、Nyquist图等重要的仿真分析功能。
Tina Pro具有八种虚拟测量仪器，各仪器与元件之间采用虚拟连线。
其虚拟测试仪器（如多踪示波器）的动态演示功能，是极好的电类教学辅助工具。
Tina Pro的仿真分析结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。
（二）电路仿真结果
本仿真设计要输入1mV的信号，输出1V且VCA820设置放大倍数在40dB（即放大100倍），故要达到1000倍（1V/1mV）的放大一级是不行的。
这里采用了二级放大的电路设计，第一级放大在经过反馈电路，然后接入放大器达到放大要求。
下面的图为本次设计的仿真图。
图四信号分析图1
图四信号分析图2
图五波形图
六、设计分析总结
开始对于软件是一点也不知道的，我自己对于专业知识的掌握又不够，
对软件的使用和知识的欠缺，无法独立、完美的完成实验设计。
设计过程中软件的使用困难，只有求助于知道软件使用，专业能力强的同学。
通过这次设计，了解到我对于专业的知识还需有很大的提高才能满足现阶段的实验设计要求。
对于设计论文的撰写也存在问题，在这次设计的过程中学会了一些软件的使用，在论文写作方面也有了一定的进步，对于以后的毕业论文做出一些准备。
同时也在这里感同学的帮助和老师对我们的严格要求。