实验2宽带低噪声放大器及自动增益控制
5V单电源供电的宽带低噪声放大器
高校理科研究
5V 单电源供电的宽带低噪声放大器
南京航空航天大学金城学院信息工程系 徐 俊
［摘 要］本次设计的宽带放大器为 5V 单电源供电的宽带低噪声放大器，整个系统通频带为 20Hz～30MHz，放大器电压增益 40dB (100 倍)。功率放大部分采用具有高驱动力的运放搭建，驱动 50 负载时，输出电压有效值可达 10V。放大器输入为正弦波时，可测量 并数字显示放大器输出电压的峰峰值和有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为 0.5～10V，测量相对误差约 3.45%。 ［关键词］功率放大 高增益 直流放大器 低压差
（上接第 116 页） AD637 的内部结构如图 4 所示：
根据 AD637 芯片手册所给出的计算真有效值的经验公式为：
— — Vrms=
2
VIN Vrms
其中：VIN 为输入电压，Vrms 为输出电压有效值。
2.5 TPS61087 供电部分计算
大器 OPA820ID 设计，末级放大电路 THS3091D 设计，利用 DC- DC 变 换器 TPS61087DRC 为末级放大电路供电,MSP430F149 接受信号处理 并显示。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 20Hz～30MHz，放大器电压增益 40dB(100 倍)。功率放大部分采用具有高驱动力的运放搭建，驱动 50 负载时，输 出电压有效值可达 10V。放大器输入为正弦波时，可测量并数字显示放 大器输出电压的峰峰值和有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为 0.5～ 10V，测量相对误差约 3.45%。
［42］S.L.Wang, H.Yang,B.S.He.Solving a Class of Asymmetric Variational Inequalities by a New Alternating Direction method［J］.Computers and Mathematics with Applications,2000，40:927- 937.
一种自动增益控制放大器的设计
一种自动增益控制放大器的设计摘要：本文介绍了一种自动增益控制放大器的设计方法，该方法采用反馈电路实现自动增益控制，使放大器在输入信号强度变化时保持输出信号稳定。
设计中采用了MOSFET管和电容的组合连接方式，使放大器具有高增益和低噪声系数，同时实现了高稳定性和可靠性。
实验结果表明，该自动增益控制放大器具有优良的性能，适用于信号放大和处理的多种应用场景。
关键词：自动增益控制；放大器设计；反馈电路；MOSFET管；电容连接；稳定性正文：1.引言随着科技的不断发展，信号处理技术在通信、电子、计算机等领域得到了广泛应用。
在众多信号处理技术中，信号放大是其中的重要环节之一。
而自动增益控制放大器是实现信号放大的重要器件之一。
它可以在输入信号强度变化时自动调整增益，使输出信号稳定。
因此，本文提出了一种自动增益控制放大器的设计方法，旨在提高放大器的性能和稳定性，并适用于多种信号处理场景。
2.设计原理自动增益控制放大器的设计原理是基于反馈电路实现自动调节增益。
如图1所示，当输入信号Uin经过放大器后，产生的输出信号Uout被反馈到放大器的控制端A处，与输入信号进行比较，产生一个误差电压Ue。
该误差电压被输入到一个控制器中进行处理，控制器通过调节放大器的增益，使误差电压接近于0，从而实现自动增益控制。
图1 自动增益控制放大器原理图在设计中，我们采用了MOSFET管和电容的组合连接方式，如图2所示。
MOSFET管可以提供高增益和低噪声系数，电容与MOSFET管的组合连接方式可以提供稳定性。
此外，在设计中还考虑了放大器的输出阻抗和带宽等因素，使放大器的性能更加优良。
图2 自动增益控制放大器组合连接示意图3.实验方法为验证设计的可行性和有效性，我们进行了一系列实验。
实验中，我们利用模拟电路软件对自动增益控制放大器进行模拟分析，并对其输出信号进行测量分析。
实验结果表明，该放大器具有优良的性能和稳定性。
4.实验结果与分析实验结果显示，该自动增益控制放大器在不同频率和输入信号强度下均能达到稳定的输出信号。
增益可调超宽带低噪声放大器的开题报告
增益可调超宽带低噪声放大器的开题报告一、选题背景随着科技的不断发展，射频电路对于通信、雷达、导航等应用中的信号处理器件的需求越来越高。
在射频电路中，低噪声放大器（LNA）是一个重要的组成部分，它需要保持着高增益、低噪声和宽频带等特性。
而可调增益的LNA能够实现在不同的场合下，通过调整增益达到最佳性能的要求。
因此，开发一种增益可调、超宽带、低噪声的LNA具有重要的实际意义和应用前景。
二、研究内容本研究旨在设计一种增益可调超宽带低噪声放大器，主要研究内容包括以下几个方面：1. 设计一种高增益、低噪声的放大电路，采用合适的电路拓扑结构来实现。
2. 对于这种放大电路进行参数优化，以获得更高的性能指标。
3. 设计一种增益可调电路，实现对放大电路增益的调整。
4. 将增益可调电路和放大电路组合在一起，并设计出合适的功率分配网络，以实现超宽带的频率响应。
5. 通过电路仿真和实验验证，检验该低噪声放大器的表现。
三、预期成果通过本研究，预期达到以下几个成果：1. 设计出一种增益可调、超宽带低噪声放大器，实现高增益、低噪声、超宽带的特性。
2. 对于设计的放大器进行仿真和实验验证，检验其性能指标，并与同类产品进行比较。
3. 探究增益可调、超宽带低噪声放大器应用于通信、雷达、导航等领域的实际效果。
四、研究意义增益可调、超宽带低噪声放大器在通信、雷达、导航等领域具有重要的应用价值，本研究的开展将有助于：1. 为射频电路技术提供新型的解决方案，推动相关领域的发展。
2. 具有重要的应用前景，进一步发挥现有系统的性能，实现系统整合和功能升级。
3. 推进中国电子产业的发展，增强我国在该领域的竞争力，提高我国在国际射频电路市场上的话语权。
五、研究计划本研究计划分为以下几个阶段：1. 阶段一：研究论文调研和介绍，确定研究方向，制定具体研究计划，制定相关技术规范和标准。
预计研究时间为2周。
2. 阶段二：设计低噪声放大器电路，优化电路参数，初步进行电路仿真。
自动增益控制的工作原理
自动增益控制的工作原理
自动增益控制(AGC)是一种可以根据输入信号强度自动调节放大倍数的技术,广泛应用于通信系统中。
其工作原理可以从以下几个方面阐述:
1. AGC的作用
AGC的主要作用是在信号传输链路上的不同节点之间自动调节信号的增益,以抑制信号的动态范围,使信号保持在后级电路的适用输入水平,既防止因信号过大而造成失真,也防止信号过小下降至噪声水平。
2. AGC的关键部件
一个AGC系统主要包含检波器、放大器、反馈环路三个部分。
检波器检测输入信号强度;放大器提供可变增益;反馈环路将检波器输出作为控制信号调节放大器增益。
3. AGC的工作原理
当输入信号增大时,检波器输出增加,经过反馈环路后控制放大器减小增益;当输入信号减小时,放大器增益增加以补偿信号损失。
这样就实现了输出信号振幅的动态范围压缩。
4. AGC放大器的实现
AGC放大器的增益控制可以通过改变放大管的偏置电流,或者使用可变电阻调节反馈网络来实现。
也可以采用FET来构建可变增益放大器。
5. AGC的增益控制特性
一个理想的AGC系统应具有快速响应速度、足够大的动态范围、低噪声和小失真等特性。
对控制电路和反馈环路的精心设计可以优化这些指标。
6. AGC的应用
无线通信系统中广泛使用了AGC技术,对输入的高频信号进行精准控制。
它也应用在音频放大器中进行音量自动控制。
还可以用在雷达接收机的前端进行回波增益控制。
总之,AGC技术对于保证通信系统信号稳定至关重要。
随着科技的进步,AGC控制的性能也在不断提升和完善。
宽带低噪声AGC放大器的设计与实现
! 宽带低噪声 9:* 放大器设计
宽带低噪声 9:* 放大器组成框图如图 % 所示。
图 % 宽带低噪声 9:* 放大器组成框图 !( % 指标分配和计算 设放大器 9% 和 9! 的增益为 3% 、3! ; AX B ) 隔离
收稿日期： !##! H #" H %J 。 工程师。研究方向为宽带无线通信。 刘 强： %JK! 年生， 虞忠辉： 高级工程师。研究方向为移动通信与安全保密。
设计要器件选择。 放大器 9% 选择 97.64-1 公司的 %）
・!"・
()$ * +!,-+，噪声系数 低 于 !. #/0， 增 益大 于 其特性曲线如图 ! #+/0， 所 示。 放 大 器 $! 选 择 1232 * &2456278 公 司 的 9:$ * #;1， 增 益 高 于 ,</0， 噪 声 系 数 低 于 #. "。 （ !） 宽 带 低 噪 声 $%& 放大器电路设计。 宽 带 低 噪 声 $%& 放 大 器电路如图 # 所示。 宽带低噪声 $%& 放 大器的放大电路由 ()$ * +!,-+、 9:$ * #;1 和隔离 器组成， 具有 ’=/0 增益。 $%& 电路由环路放 大器、:> 检波器、运算 放大器和电调衰减器组 成。 $%& 将放大器的输 出信号耦合一部分到环 路， 经环路放大、 射频检 波后送入运算放大器放 大。通过调整运放增益 控制 $%& 的起控电压， 第一级 $%& 的起控信号功率 为 * ’=/0?， 动态范围为 + @ !+/0， 第二级 $%& 的起 控信号功率为 * !=/0?，动态范围为 + @ !+/0，满足 宽带低噪声 $%& 放大器共 ’+/0 的 $%& 动态范围。 电源滤波电路由限流电阻、 旁路电容、 扼流电感 组成， 滤除由电源进入射频通路的噪声， 同时防止射 频信号串入电源影响整机性能。 ! 型滤波网络滤除 由电源进入射频通道的噪声；扼流电感防止射频信 号串入电源。
低噪声放大器..
5） C
C 0 VBC 1 0
n
反偏集电结电容
6） 7）
Ccs 集电结与衬底间的势垒电容
rbb ' 、ree 、 rcc 为各极的体电阻
大倍数下降为 1 时的频率
8） 特征频率 fT 定义为共射输出短路电流放
gm gm fT 2 (C C ) 2 C
3） 有源偏置电路
有源偏置电路具有相 当出色的温度稳定性，但 同时也带来了元件数目增 多，电路结构复杂等缺点。 在放大器的温度稳定性要 求比较高的时候，可以考 虑采用这种偏置电路。
有源偏置电路
3）传输线偏置电路
传输线偏置电路
传输线偏置法可以抑制偶次谐波，并且还可以 改善放大器的稳定性。
固定基流偏置电路
IIP3
Input VSWR
－11.1dBm
1.5
－3dBm
1.2
Output VSWR
隔 离
3.1
21dB
1.4
21dB
从表中可以看出，低噪声放大器的主要指标为： 噪声系数 增益 线性范围
输入输出阻抗的匹配
功耗
输入输出的隔离
以上各项指标并不独立，是相互关联的，在 设计中如何折中，兼须各项在指标，是设计的 重点也是难点。
C gd ---漏极与源极电容
rG 、 rS 、 rD 分别为各极的欧姆电阻，rds 是漏源电
阻， R 是串联栅极电阻 i
对于GaAs FET ，这些参数的典型值为
Ri 7
C gs 0.3 pF
rds 400 Cds 0.12 pF
gm 40mS
C gd 0.01 pF
基极分压射极偏置电路
宽带低噪声放大器的设计
宽带低噪声放大器的设计摘要:低噪声放大器(LNA)是雷达、通信、电子对抗、遥测遥控等电子系统中关键的微波部件，有广泛的应用价值。
本文在给出了低噪声放大器的主要技术指标及低噪声放大器的设计方法的基础上,采用负反馈技术，并使用ADS2003C 对整个匹配网络进行优化设计，实现了在0.35-2.5GHz 的超宽带频率范围的低噪声放大器的设计。
关键词：低噪声放大器（LNA ）、负反馈、噪声系数0、引言：系统接收灵敏度的计算公式如下：S= -174+ NF+10㏒BW+S/N由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF ，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。
下图1为二端口网络示意图：图1为二端口网络示意图 根据戴维南定理，输入输出匹配网络以及多级放大器的级间匹配网络，都可以归结为图 1 所示的无源二端口网络的设计，当Z S ，Z L 之中有一个是纯电阻时，称为单端口匹配问题；当Z S ，Z L 均为复数阻抗时，称为双端匹配问题。
在微波多级放大器电路中，匹配网络一般由传输线，无耗集总元件构成。
本文经过对低噪声放大器的各种重要参数进行分析，结合指标要求，采用负反馈技术设计宽带低噪声放大器。
然后使用仿真软件ADS2003C ，对放大器的匹网络进行优化设计，得出了符合指标的匹配网络，提高了设计效率。
1.低噪声放大器的主要技术指标1.1噪声系数NF放大器的噪声系数NF 可定义如下out out in in N S N S NF // （1）式中，NF 为微波部件的噪声系数；S in ，N in 分别为输入端的信号功率和噪声功率；S out ，N out 分别为输出端的信号功率和噪声功率。
噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常，噪声系数用分贝数表示，此时)lg(10)(NF dB NF = （2）对单级放大器而言，其噪声系数的计算为：（3）1.2放大器增益G放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值：G=Pout / Pin低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。
低噪声放大器指标
gm gm fT 2 (c c ) 2C
与工作点有关
取决于半导体工艺
射频通信电路
（3）噪声系数
线性网络：
(Vn I n RS ) 2 F 1 4kTBR S
双极晶体管: R r 1 1 m S 1 bb ' Rs 2 g m RS 2 Rs 2 g m RS
增益取决于
信号强，增益小，以防 后级非线性失真
射频通信电路
（6）输入阻抗匹配 最大功率传输——共轭匹配 放大器与输入源的匹配 噪声系数最小——噪声匹配 宽带放大、消耗功率、
纯电阻网络 ——
匹配网络
增加噪声
电抗网络 —— 不增加噪声、窄带放大
射频通信电路
（6）输入阻抗匹配 匹配方式
a. 共源组态
1 c.电阻负 输入阻抗很大 输入阻抗 g m 反馈改变 并联电阻等于 改变 g m 达 输入阻抗
Cbe
输出点+
正向传输——压控电流源
gmvbe
输入
反向传输——极间电容 C (Cbc ) 引起不稳定的原因
CN
输出点 -
射频通信电路
改进措施
① 中和法——用中和电容抵消
由 C (Cbc ) 引起的反向传输 ② 失配法——采用共射共基（共源共栅）组 合连接
1 1 F 1 RS g m
共源MOS管
分析： ①放大器的噪声与工作点有关—— g m ②双极晶体管放大器的噪声 与基区体电阻
rbb 有关
③放大器噪声系数与信号源内阻有关
射频通信电路
（4）增益
增益要适中 增益大——可降低后级对系统噪声系数的影响 增益大——后级易产生非线性失真 跨导 g m ——由工作点决定 负载 LC谐振回路—— Q值、谐振阻抗 LNA的负载形式 集中参数选频滤波器——注意阻抗匹配 （5）自动增益控制 信号弱，增益大 根据接收信号的强弱自动控制增益
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采用频谱仪测量，功率谱与分辨率带宽有关系：
N F d B N o u t ( d B m / R B W ) 1 0 l o g ( R B W ) 1 7 4 d B m H z G a i n d B
宽带低噪声放大器及自动增益控制
实验目的
掌握自动增益控制放大器的实现方法和工作原 理
了解电路主要性能指标 对放大器的增益、噪声系数、1dB压缩点进行
测量和分析
低噪声放大器的主要性能指标
增益
噪声系数：输入信噪功率比与输出信噪功率比的
比值
FSSN NoiR RSSoi NhomakorabeaNi No
若只考虑电子器件的热噪声：
➢ 输入动态范围： ➢ 输出动态范围： ➢ 动态增益范围：
响应时间
AD603功能框图
➢由增益控制接口、无源输入衰减器和固定增益放大器三部分组成 ➢衰减量由VG确定 ➢固定增益由Vout和FDBK之间的连接方式决定 ➢多级级联由电容耦合，有两种增益控制模式：并联和顺序模式
实验电路
➢两级级联AD603放大器，由电容C9耦合 ➢采用顺序增益控制方式，增益由R7、R8确定 ➢Q2和R6构成检波器，Q1及外围电阻构成恒流源 ➢自动增益控制电压VAGC ➢开关SW4及外围电阻网络构成可变衰减器 ➢开关SW2控制AGC环路 ➢WR1调节开环放大器增益
低噪声放大器的主要性能指标
非线性（1dB增益压缩点）
➢ 用1dB压缩点衡量放大器的线性工作范围 ➢ 增益下降1dB时对应的输入、输出信号幅值或功率值
20logVout
1dB
OP1dB
IP1dB
20logVin
AGC主要性能指标
动态范围：
➢ 给定输出信号幅值变化的范围内，允许输入信号幅度变化 的范围。
实验板
实验仪器
电源 高频信号源1台 频谱分析仪1台
实验内容
测试连接图：
高频信号源
+12V电源
JP2
JP3
LNA & AGC （01号板）
TP11
TP4
TG Output
频谱分析仪
RF Input
示波器
实验内容
测试内容： 最大开环增益的测量 噪声系数NF的测量（参考电平改为-40dBm） 1dB增益压缩点的测量 AGC放大器特性的测量