2013射频宽带放大器设计报告材料
毕业设计(论文)-射频宽带放大电路设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-射频宽带放大电路设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/bb25adaf804d2b160b4ec0fb.png)
毕业论文(设计)射频宽带放大电路设计学生姓名:指导教师:专业名称:电子信息工程所在学院:信息工程学院2015年6 月目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)课题背景 (1)本课题在世界的目前水平及现状 (1)本课题的主要内容及意义 (2)第二章射频宽带放大电路设计的总体方案 (3)系统功能要求 (3)方案比较与论证 (4)理论分析与计算 (5)第三章射频宽带放大电路单元电路设计 (8)稳压直流电源 (8)固定增益的第一级放大电路设计 (9)第二级放大电路设计 (11)第三级电路设计 (12)其他元器件的功能说明 (13)第四章射频宽带放大电路的仿真分析 (15)应用软件 (15)测试方案以及测试条件 (15)测试结果及分析 (16)结束语 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录整机电路图 (22)摘要本次设计采用宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824以及电流型运放OPA695等集成芯片来作为本次设计的射频宽带放大器的核心。
设计放大器的前级电路希望能够实现10倍的固定增益放大,最后决定通过宽带放大器OPA847来完成,本次设计的中间级电路将以压控放大器VCA824作为核心,~5倍的增益变化,本次设计的后级电路将使用电流型运放OPA695和继电器共同来实现5~25倍的增益变化,本次设计的末级电路,目的是进行10倍的衰减,将使用电阻网络来实现,从而可以达到设计预期的0dB~60dB的增益范围可调。
由于整个系统的输入信号幅度较小,而频率很高,所以为了提高系统整体的稳定性以及抗干扰能力,将引入屏蔽盒进行改善。
最后将整个设计进行仿真,结果达到了设计最初的所有要求和目的。
关键词:射频功率放大,稳压直流电源,宽带放大器,压控放大器,电流型运放AbstractThe design of the RF broadband amplifier composed by a voltage controlled amplifier VCA824 and Current-Op Amp pre-design system is composed by the broadband amplifier OPA847 to achieve the 10 times the fixed gain amplification. The middle of the design is composed by the voltage controlled amplifier VCA824 to achieve the ~5 times gain change. The subsequent circuit of the design is composed by the current- op amp OPA695 and relays to achieve the 5~ 25 times gain change. The final stage of the design used the resistor network to achieve the 10 times attenuation. Thus we can meet the design’s expectations that achieve it adjustable in the 0dB ~ 60dB gain range. Since the input signal with small amplitude and high frequency, the paper will set the shield case in this design after the simulation test to improve the stability and anti-jamming capability of the whole system. The whole system achieves all the indicators of the desired and the purpose of the design.Key words: RF Power Amplifier, Regulated DC Power Supply, Broadband Amplifier, Current-Op Amp第一章绪论课题背景随着我国通信技术迅猛的前进,我们已经进入了全新的信息科技时代。
宽带射频功率放大器设计

•导读: 介绍了一种分析同轴线变换器的新方法,建立了理想与通用模型,降低了分析难度和简化了分析过程。
通过研究分析,提出了一种同轴变换器与集总元件相结合的匹配电路设计方法,通过优化同轴线和集总元件的参数,实现放大器的最佳性能。
o关键字o功率放大器阻抗变换器•阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。
为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配,匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。
要实现宽带内的最大功率传输,匹配电路设计非常困难。
本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。
同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性,广泛应用于VHF/UHF波段。
常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换,如图1所示。
但是实际应用中,线阻抗与负载不匹配时,它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型,提出一种简化分析方法。
1 同轴变换器模型同轴变换器有三个重要参数:阻抗变换比、特征阻抗和电长度。
这里用电长度是为了分析方便。
当同轴线的介质和长度一定时,电长度就是频率的函数,可以不必考虑频率。
1.1理想模型理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配,每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0,其等效模型如图2所示。
其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为:图2和公式(1)表明:变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。
同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联,输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。
1.2通用模型由于特征阻抗是实数,而源阻抗与负载阻抗一般都是复数,所以,就不能简单的用变换比来计算。
阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭,实现功率的最大传输。
特征阻抗为Z0,电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。
由于源阻抗与同轴线特征不匹配,电路的反射系数就不是负载反射系数。
由于同轴线是无耗的,进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。
那就可以把电路简化只有一个负载Zin,又因为Zg与Zin都是复数且串联,就可以把Zg中的虚部等效到Zin中,最后得到反射系数为:其中:当反射系数为零时,功率可以无反射的传输,这时阻抗实现完全匹配。
500W射频宽带功率放大器设计

同样 有 着 很 大 的 功 率 余 量
,
可 以在
。
若合路器插人损耗
则最终输 出 的
之 间 添 加 一 个 电 阻 衰减 网 络 进 行 级 间 隔
,
左右
。
离 提 高 器 件 的工 作 可 靠 性 以 及 加 快 电 路 调 试 速 度 添 加 衰减 器
。
增 益 然 而 加 人 负反 馈 以及 展 开工 作 带 宽 后 工 作 频
,
定程 度 上 制 约 了
上接 第
。
页
范 围 内 特性 要 平 坦度 变差
监控 电路 及
监控 电路 在 射 频 功 率 放 大器 中作 用 十 分 重要 的示 工 作 电流显 示 状 态 显
,
负反 馈 的 引人 也 可 以 设 计
离 的直 接 相 连 因 此 需 要 承受 前 后 级 功 放 管 的影 响 同样 它 的选 择 应 该 有 很 大 的 余 量 在
。
公司的
凡
,
下有
增益 以及
,
。
的
,
参数 可 以 从 手 册 中查 到 所 以 可
,
,
的 输 出 正 好 满 足 我 们 的 设计 要 求
自检 和 执 行 保 护 动 作 的 依 据
即功 率分 配 问 题
。
由于 一 般 前 级 放 大器 的 输 出
。
对 双 向 藕 合 器 的要 求 是 线 性 要 好 在 工 作 频 率
下转第
阻 抗 与 后 级 放 大 器 的输 人 阻 抗 并 不 一 样
所 以一般
页
以娜
年常
卷常
期
,已
悦 电通佑技木
宽带放大器设计报告参考模板

宽带放大器设计报告―-武汉大学电子设计基地设计组第1组:许可崔振威谢超摘要:本系统利用可变增益放大器AD600作为核心,通过模拟开关选通不同的控制电压的方式来达到增益步进6dB,总增益从0dB到30dB的目的,其控制电压均由2.5v电压基准MAX873经过精密电阻分压得到,有效的保证了控制电压的稳定度,获得良好的波形。
前置放大采用由AD844构成的正向放大器,可以有效的提高输入电阻,使输入电阻达到兆欧级别。
后级放大采用增益固定为10dB的同向放大器,从而使整个电路的增益能从10dB变化到40dB,该放大器由高精度宽带运放MAX477构成,在保证良好输出波形的同时,可以使输出电压有效值大于3V。
前置放大和后级放大的输出均采用峰值检测电路检测出正半周最大电压值,用于有效值的计算,采用AD603构成的AGC电路,在输入信号在0.05V~1.00V内变化时,能将输出有效值稳定在2.05~2.6 V。
整个系统的通频带为1K~14.6MHz。
由12位A/D 转换器MAX197对输出信号的峰值进行测量,分辨率达到1mV 。
AT89S52和CycloneFPGA 构成的单片机小系统板可以通过键盘,人为预置增益值来获取相应的放大倍数,同时实时显示实际增益值、输出有效值和当前增益误差。
整个系统采用中文显示,界面友好美观,控制方便。
一、方案论证与选择1.增益控制部分:方案一采用普通宽带运算放大器组成的放大电路,同时由分立元件构成的AGC控制电路,通过包络检波再反馈回放大器的方法来控制放大倍数,这种方法构成电路简单,但是反馈控制比较困难,难以实现步进,精度也很低。
方案二采用集成可变增益放大器AD600作为增益控制。
AD600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,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压成线性关系,因此可以方便的采用控制电压的方式来控制放大器的增益.采用D/A变换装置输出电压控制高速压控放大器AD600来实现增益的步进,采用此种方法可以获得很小的步进。
射频宽带放大器报告终版

射频宽带放大器摘要本系统采用OPA847,电流型运算放大器THS3091和压控放大器VCA824组成。
系统分为四级:前级通过OPA847实现固定增益放大,并且进行阻抗匹配和噪声抑制;中间第二、三级由压控放大器VCA824实现0.05~5V/V增益变化同时加大带宽,后级由电流型运算放大器THS3091进行功率放大。
放大器中的电源控制电路,通过利用MC1403和LM324芯片和电压跟随电路产生-1到1V 的连续电压,能够稳定供给VCA824的vg端,从而达到0到60dB增益可调。
经测试,系统达到了题目所设定的基本要求和部分扩展要求。
关键词:射频放大器,宽带,OPA847,VCA824,THS3091,MC1403,LM324目录一、方案论证 (3)1.≥60dB增益设计 (3)2.放大增益可调设计 (3)3.后级电压放大模块的选择 (3)二、电路设计 (4)1.前级放大电路: (4)2.中间级放大电路: (4)3.后级放大电路 (5)4.压控电路 (6)三、理论分析与计算 (7)1.增益分配计算 (7)2.带宽计算 (7)3.频带内增益起伏控制 (7)4.射频放大器稳定性分析 (8)四、系统测试 (9)1.测试仪器 (9)2.测试方案及测试条件 (9)3.测试结果与分析 (9)五、作品成效总结分析 (10)六、参考资料 (10)七、附录 (11)一、方案论证1.≥60dB增益设计宽带运放实现,采用高带宽,大压摆的宽带运放实现60dB放大。
由于运放具备高开环增益、高输入阻抗和低输出阻抗,所以由运放够成的放大器电路具备较好的线性,但由于运放的高开环增益以及反馈机制的存在,运放电路频率响应一般比较差。
采用OPA847作为第一级放大,具有超低输入电压电流噪声,超高增益积带宽。
在放大十倍的情况下,OPA847具有3.9GHz的增益带宽积。
2.放大增益可调设计方案一:固定增益与电阻网络衰减。
通过前级放大电路进行固定增益放大,后级由电阻网络衰减,如电位器,实现0~60dB范围内增益可调。
2013年电子设计竞赛D题射频宽带放大器(国家二等奖)解析

摘要本设计以低噪声、低功耗、的THS3001和增益可变放大器AD8330运算放大器为主控器件,放大器分别由前级放大、二级增益控制和稳压直流电源等模块。
论文根据放大器系统的特点,结合相关的电路设计理论,设计出了几本符合要求的放大器,系统整体提高电压增益,使电压增益大于dB A V 20≥,放大器dB 3-BW 的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ,并要求在1Z MH ~15Z MH 频带内增益起伏dB 1≤。
关键字:THS3001 AD8330 电压增益 截止频率 增益起伏设计报告一、总体方案的选取及确定 1.1 系统方案的确定题目中要求电压增益大于dB A V 20≥,放大器dB3-BW的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ,并要求在1Z MH ~15Z MH 频带内增益起伏dB 1≤。
我们从网上查到THS3001的单位增益宽带为420Z MH ,而且它的0.1dB 的平坦宽带为115Z MH ,因此我们首先采用THS3001来作为首级的电压增益,但是发挥部分要求dB A V 60≥,因此电压增益还需扩大,从手册中查到AD8330是一款DC 至150Z MH 的宽带可变增益放大器,适合要求完全低噪声、精确定义增益和适度低失真的应用,因此我们在第二级增益可控部分采用AD8330作为主控元件来控制电压放大的倍数,最后可直接驱动50欧姆的负载。
系统方案框图见图1.1。
输入图 1.1 系统方案框图1.2 各级电路方案的确定 1.2.1 前置放大电路部分方案一:采用场效应管或三极管设计增益放大电路,主要利用场效应管的可变电阻区或三极管的放大区可实现电压增益放大,但是本方案采用了大量的分立元件,电路复杂,在设计本放大器的高频功率条件下,可能会造成电路的稳定性很差,而且很容易受外界噪声等的因素影响,因此未选此方案。
方案二:根据题目要求,电压增益大于dB A V 20≥,放大器dB 3-BW 的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ,我们查到THS3001的单位增益宽带为420Z MH ,而且它的0.1dB 的平坦宽带为115Z MH ,非常符合我们题中的要求,因此我们采用此方案来实现第一级放大电路的增益控制。
2013全国电子大赛射频宽带放大器报告

代码:LN09-222013年全国大学生电子设计竞赛射频宽带放大器(D题)【本科组】2013年9月7日摘要本设计采用四级放大,电源选用LM317为放大器提供3.3V电压。
第一级放大使用噪声小的THS3092构成同相放大电路,第二、三级使用uA733差动放大器固定增益放大,后级采用带负载能力较强的THS3091。
在第一级放大器后利用等效电阻实现0~60dB增益可调。
测试结果显示,当信号在输入电压有效值小于1mV,输出波形无明显失真时,频带范围内达到0.3MHz~45MHz,增益大于60dB且连续可调。
完成了所有基本部分的要求和部分发挥部分的要求。
目录1系统方案 (2)1.1直流稳压电源的论证与选择 (2)1.2前置放大模块的论证与选择 (2)1.3 增益控制模块的论证与选择 (2)1.4 中间放大级模块的论证与选择 (3)1.6 后级功率放大模块的论证与选择 (3)2系统理论分析与计算 (3)2.1 三级放大电路的分析 (3)2.1.1 前置放大电路 (3)2.1.2 中间级放大电路 (3)2.1.3 后级功率放大电路 (3)2.2 增益分配和调节的计算 (3)2.2.1 增益分配 (3)2.2.2 增益调节 (4)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2前置放大电路原理图 (4)3.1.3中间级放大电路原理图 (5)3.1.4后级功率放大电路图 (5)3.1.5电源 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (7)4.3.2测试分析与结论 (10)附录1:电路原理图 (11)射频宽带放大器(D题)【本科组】1系统方案本系统主要由前级放大模块、增益控制模块、中间级模块、后级功率放大模块、电源模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1直流稳压电源的论证与选择方案一:采用CW7905,7809,7812,7905,7909,7912芯片设计正负直流稳压电源,此系列芯片最大输出电流0.5A,带载能力相对较差,纹波较大。
射频宽带放大器的设计方案

射频宽带放大器设计报告摘要:本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分,能实现放大倍数0~50dB 增益可调。
前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大,固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。
关键词:宽带放大器高速运放 OPA847 AD8330一、方案论证与选择1、方案选择与比较1.1 固定增益放大器比较方案一:采用OPA820运放芯片作为固定增益放大,该芯片是一种高速运算放大器,在6 Hz~ 20 MHz 的通频带中可实现放大增益为43 dB, 具有带内波动小, 输出噪声低的特点。
但是缺点是通频带不够宽。
方案二:采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大,符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。
方案三:采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器,最大频带宽度达3.9GHz,完全满足本题频带要求,输入电压噪声低,带内波动小,自激现象少。
综上所述,本设计采用方案三。
1.1.2 可变增益放大器比较方案一:采用可编程程控放大器AD603。
该运放增益在-11~+30dB范围内可调,通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益范围,易于控制。
但该运放增益可调带宽为90MHz,不满足题目要求。
方案二:采用高增益精度的压控VGA芯片AD8330。
该芯片可控增益带宽可达150MHz,增益可调范围0~70dB,符合本题指标要求.因此,该电路采用方案二。
1.1.3 电压增益可调方案比较方案一:基于单片机做步进微调。
由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控,实现增益在可取范围内可调。
但是,此设计只能步进调节,不能连续可调,此方案不可取。
方案二:基于精密电位器做连续可调。
用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
射频宽带放大器摘要:本系统采用宽带电压反馈运放OPA690、压控增益放大器VCA810以及宽带电流反馈放大器THS3001结合的方式,实现了增益可调的射频宽带放大器。
系统主要由四个模块构成:前置放大电路、压控增益放大电路、后级放大电路、单片机显示控制模块。
压控增益放大电路以VCA810为核心,实现60dB的可调节围;使用THS3001等运放进行电压放大使最大有效值达到1V;整个电路波形稳定、无明显失真,噪声电压小,通频带增益平坦,较好得完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键词:射频放大、宽带放大、压控增益、单片机控制AbstractAdopting a combination of wideband voltage-feedback amplifier OPA690, voltage-controlled gain amplifier-VCA810, wideband current-feedback amplifier THS3001, the system can achieve a RF(RF-Radio frequency)broadband amplifier with adjustable gain. The system is consisted of four blocks:pre-amplifier circuit, voltage-controlled gain amplifier circuit, the latter amplifier circuit, MCU display control module. With acore of VCA810, the VGA circuit can achieve 60dB of gain adjustment range. Applying THS3001 etc. amplifier gains 1V of maximum effective value. The whole system has a feature of stable distortionless waveform, low noise and high gainflatness complete the design tasks, both the basic part and extended part.Keywords: Radio frequency amplification、bandwidth amplification、voltage controlled gain、single chip microcomputer control目录一、系统方案 (4)1.1方案比较与选择 (4)1.1.1前置放大电路 (4)1.1.2 压控增益放大电路 (4)1.1.3 后级放大电路 (4)1.2方案描述 (5)二、理论分析与计算 (6)2.1 宽带放大器设计 (6)2.2 频带增益起伏控制 (6)2.3 射频放大器稳定性 (6)2.4增益调整 (6)三、电路与程序设计 (7)3.1电路设计 (7)3.1.1前置放大电路与电路原理图 (7)3.1.2压控增益放大电路与电路原理图 (7)3.1.3 后级放大电路与电路原理图 (8)3.2程序的设计 (9)四、测试方案与测试结果 (10)4.1测试仪器 (1)4.2 测试方法及数据 (10)4.3 测试结果及析 (11)五、总结 (12)附录1:元器件表 (12)附录2:幅频特性显示与波形显示 (12)附录3:总电路图 (15)附录4:源程序 (15)一、系统方案1.方案比较与选择(1)前置放大电路方案一:选用分立元件搭建电路,可以输出较大电压,但需采用多级高频电路,电路比较复杂,工作点难于调整,容易产生自激振荡,难以保证带宽,故不选用此方案。
方案二:使用多级放大器实现放大,采用同相输入形式,多级放大电路的对数增益等于其各级对数增益的对数和。
此方案原理简单,易于调试,能够满足题目中输入阻抗和线性度的要求,故选取此方案。
综上所述,选择方案二。
(2)压控增益放大电路方案一:采用可编程放大器思想,通过程序调节放大倍数,使A/D转换器满量程信号达到均一化,大大提高测量精度,但由于难以满足高频率的指标,控制的数字量和电压增益不成线性关系,故不采用此方案。
方案二:采用程控电位器作为反馈电阻,由于电压增益的调节围较大,需要电阻值的调节量很大,增加了电路的复杂程度,易影响分布的电容,造成电路的不稳定,故放弃此方案。
方案三:选用集成压控放大器作为增益控制,其增益与控制电压成线性关系,通过单片机输出数字信号到D/A芯片转换出相应的控制电压,实现精确的数控,且外围电路简单,便于调试,故选用此方案。
综上所述,选择方案三。
(3)后级放大电路方案一:采用晶体管单端推挽放大电路,通过多级深度负反馈扩展通频带,级联可用直接耦合方式,但直接耦合的多级放大电路调试繁琐,电路不够稳定,且对电源电压的要求较高,所以放弃此方案。
方案二:选用多级运放实现放大,可以输出较高电压,但由于要与前置放大电路和压控增益放大电路级联,本身也要级联,带宽缩减,波形容易失真并产生自激振荡,所以放弃此方案。
方案三:选取单片集成宽带运算放大器。
避免了本身级联使得带宽缩减,波形不易失真,且该方案电路较简单,容易调试,故采用本方案。
综上所述,选择方案三。
2.方案描述系统框图如下图1所示,系统主要由四个模块构成:前置放大电路、压控增益放大电路、后级放大电路、单片机显示控制模块。
前级放大电路增益为20dB,由两级OPA690 组成,保证输入阻抗匹配。
放大后的信号通过VCA810再次进行放大,其中由单片机对VCA810输入-2~0V 的控制电压以涵盖0~20dB 的增益调节围。
在压控增益放大电路再接一级后级放大电路,设置后级放大电路的增益为20dB ,整个电路就能实现0~60dB 的增益调节。
图1 系统框图二、理论分析与计算1.宽带放大器设计本系统的宽带放大器主要体现在前置放大电路与后级放大电路,分别采用OPA690和THS3001两种运放。
OPA690是宽频带、低温漂运放;THS3001是电流反馈运放,其带宽达到420MHz,两者对单位增益稳定都有很大作用。
增益带宽积一定,为了扩展通频带,两个电路的放大倍数均设置为20dB,加上中间压控增益电路的可调节增益围-40~40dB,则整个电路的增益调节围达到80dB。
2.频带增益起伏控制随着频率的增高,放大器的增益会随之下降,通过补偿电容即在电阻两端并联电容(如下图2所示),当频率增高时,阻抗减小,电路的放大倍数增加,从而实现相位补偿和增益补偿,使信号在通频带的增益更加平坦,并调整反馈电阻,将放大器的增益在通频带的起伏降至最低。
图2 电容补偿图3.射频放大器稳定性由于本系统放大倍数非常大,芯片的增益带宽积越大越容易引起自激振荡,所以在运放的连接中,反馈电阻尽量靠近输入引脚,接地端并联旁路电容,级联采用阻容耦合,布线要短且尽量减少弯折。
在输入级,将整个运放用较粗的地线包围,缩短地线回路,吸收高频信号减少噪声,增加电路的稳定性。
4.增益调整增益控制部分以VCA810为核心,其通频带为25MHz,增益调节围为-40~40dB,输入控制电压为0~-2V,增益控制精确到±1.5 dB。
题目要求电压的最大增益要大于等于60dB,且在0~60dB可调,而中间级采用的压控增益放大器VCA810对输入电压和输出电压均有限制,所以,必须合理分配各级放大器的放大倍数。
前置放大电路增益设置为20dB,则前置放大电路和VCA810级联可实现-20~60dB 的增益调节围。
由于输入电压有效值小于等于1mV,为了提高VCA810 的输入电压和进一步提高系统最高增益,VCA810下一级增加增益为20dB 的后级放大电路,则系统增益调节围为0~80dB。
三、电路与程序设计1.电路设计(1)前置放大电路电路如下图3所示。
设置前置放大电路,采用宽频带、低漂移运放OPA690,在±5V双电源供电下,组成二级级联的同相宽带放大器。
在其同相输入端并联51Ω电阻到地,实现阻抗匹配。
反馈电阻经过多次调试确定分别为560Ω和800Ω,反相输入端阻抗则由电阻与电容构成,频率增加,阻抗减小,而第一级同相电路的增益Av1为Av1=1+R4/Z1(Z1为R1、R2、C1构成的阻抗),从式中很容易看出增益也随之增大。
两级之间采用一样的电路网络,第二级的增益Av2为Av2=1+R8/Z2(Z2为R5、R6、C4构成的阻抗),则整个前级放大电路的增益为Av=Av1*Av2,实现20dB以上的放大。
图3 前置放大电路(2)压控增益放大电路电路如下图4所示,系统压控增益放大电路以VCA810为核心,其带宽达到35MHz,增益-40dB至+40dB连续可调,最高的增益线性度为±0.3dB/V。
采用单片机程控DA转换输出电压,来控制VCA810的电压增益,同时可手动按键更改电压增益。
结合前级放大电路的增益20dB,整个电路则实现0~20dB 连续可调。
图4 压控增益放大电路(3)后级放大电路电路如下图5所示,与前置放大电路相似,采用宽带电流反馈放大器THS3001在±5V双电源供电下,构成同相宽带放大器,为了与输出阻抗匹配,在输出端串联一个50Ω的电阻。
反馈电阻接入1.8kΩ,该放大电路的增益Av3=1+R16/Z3(Z3为R14、R15、C9构成的阻抗),实现20dB以上的增益。
图5 后级放大电路2.程序设计由于本环节中单片机只需具备控制增益和液晶显示的功能,所以软件设计比较简单。
启动单片机后进入增益控制及显示界面,可以通过按键调节增益,步进0.4dB,并将控制电压和增益显示在液晶屏上。
如下图6为软件流程图。
开始图6 软件流程图四、测试方案与测试结果1.测试仪器(1)VC9802A+型数字式万用表(2)RS-1303DQ电源(3)GDS-815C数字存储示波器(4)EE1461 DDS合成信号发生器(5)SP3060型数字合成扫频仪2.测试方法及数据(1)放大器最大增益与最小信号输入端加1MHz正弦波,调节电压和增益测得波形不失真最大输出电压有效值。
输入有效值:1mV预置增益:60dB输出有效值:1V(2)放大器输入阻抗与输出阻抗电路设计的输入阻抗为50Ω,测得输出阻抗为50Ω。
(3)输出端噪声在Av≥60dB时,将输出端短接,输出端噪声电压的峰峰值U oNpp为90mV,达到U oNpp≤100mV的要求。
(4)幅频特性测试放大器宽带预置100MHz显示,最大起伏为0.98dB。
测试数据如下表1,测试的采样波形图及幅频特性见附录2。