宽带放大器设计

宽带放大器设计一、设计目的(1) 掌握宽带放大器的设计、组装与调试方法；(2) 熟悉集成电路的使用方法。

二、设计内容及要求(1) 设计一个宽频带放大器，要求带宽大于30MHz，可扩展；(2) 带宽增益积大于300MHz，可扩展；(3) 输出阻抗为600 Q,输出电压》1V。

三、宽带放大器原理几种常见宽带放大器(参考)：1•二级直接耦合宽带放大器电路图1是二级直接耦合宽带放大器电路，第二级采用PNP型晶体管，这种电路适合于提高电源电压的利用率，需要给出较大输出振幅的电路。

各级开环增益为20dB，与R1串接的电位器RP1用于调整晶体管最适宜的偏置。

隔直电容C1和C2的参数由低频特性确定，频率特性上限由所使用的晶体管(特别是VT2 )限制，若使用2SA495晶体管，约有30MHz的带宽。

VT2要求具有高截止频率f H，低输入电容C ob晶体管。

直流偏置是降低集电极负载电阻，有较大工作电流。

这种电路要采用稳定电源供电，低负载使用时，要在VT2输出增设1级射随电路。

两级宽带放大器构成电压串联负反馈电路，其电压放大倍数R5Auf =1 11R42.宽带缓冲器电路宽带缓冲器电路如图 2所示。

这种电路用作电流驱动能力较弱的通用宽带运放输出电 路，要求高速动作的无放电电路及50 Q 负载的线路驱动电路等。

该电路属于简易功率合成器， VT1、VT2、VT3和VT4均工作在射极跟随状态。

要求 VT1与VT2 , VT3与VT4参数一致。

输入的功率 P IN 在A 点一分为二，经过电流放大后， 在B 点合成。

电压放大倍数不超过2，但接近2。

但电流放大倍数较大，因此功率放大倍数也较大。

此电路输入阻抗高，而输出阻抗低，正适合于作驱动级。

输出loon输入O图2宽带缓冲器电路电阻Ri 用于防止高频振荡等异常动作。

旁路电容 Cl 和C2也很重要，要靠近晶体管安装。

3.10MHz 以上的宽带放大器电路图3是采用卩PC4539C 构成的宽带放大器电路。

视频放大器常采用差动输入/差动输 出的卩A733，此电路是电流差动型的宽带放大器电路，转换速率高 (60V /卩s), GB 乘积大(300MHz)，高频特性优良，并由卩PC4539外部设定工作条件。

o-|?V2SOJ452SA7332SC94> 2SA7331卩PC4539C 内电路结构为电流差动型，与一般放大器的设计方法不同。

首先是偏置工作点的设定，内部电流基准I SET 由R5设定，I SET =(V CC -1.2V)/(R 5-lk Q ),当R 5=20k Q 时，I SET 为568卩A 。

7脚偏置输入电流由 V cc 和R4确定，与输出端的直流电位无关。

因单电源工作， 卩PC4539C 的输入/输出需接隔直电容，根据需要低频特性选用C1与C5。

反馈放大器的增益由R3与R2之比决定，约10倍(20dB)，与R3并联相位补偿电容，抑制高频尖峰信号， 获得平坦的频率特性。

GBW 随设定电流I SET 的不同大幅度变化，I SET 为20卩A 时，GBW 为20MHz; ; 100 卩 A 时为 90MHz ; 1mA 时为 300MHz 。

闭环增益由电阻 R2和R3确定，采用稳定性高的金属膜电阻。

电容C1和C5根据低频1截止频率选定， C(R 为750Q 或150Q ), C1和C2采用100卩F 以上的铝电解电2对c R容，但高频时阻抗增大，与其并联0. m F 的陶瓷电容更好。

4.采用y,PC1663C 构成的宽带放大器电路图.4是采用卩PC1663C 构成的宽带放大器电路。

卩PC1663C 与视频放大器 卩A733有相 同的电路结构，高频特性好，达到100MHz 以上的频率。

适用于高清晰度电视、高分辨显示器、视频电路、CCD 传感放大器等电路中，需要带宽特性的电路。

卩PC1663C 是差动输入/输出型集成芯片，此电路使用单端输入/输出。

输入端用图3采用卩PC4539C 构成的宽带放大器电路R1(50 Q )作为终端电阻，采用直流耦合，但输出端产生约3V的同相电压，需要电容C3进行交流耦合。

差动输出作为单端使用时，不用的输出端子开路，特性发生变化，因此，接入R4和R5调节平衡。

输入差动晶体管的发射极间电阻R3用于设定差动增益，R3为0时，增益为300倍，100Q时为100倍，1.2k Q时为20倍。

若R3采用lk Q可变电阻，就可方便改变增益。

与一般运放相比，其特点是即使改变闭环增益，频率特性也不会改变。

5. 50MHz宽带放大器电路宽带放大器广泛用于高速脉冲与视频电路、高频振荡器、高速A/D转换器的前置放大器等。

图5中的运放A1采用HA2539构成的宽带放大器电路。

HA2539追求高速性能，具有S/R为600卩s, GB积为600MHz , f T为400MHz及优良的交流特性，但不足之处是失调电压最大为15m V,输入偏置电流为20卩A，失调电流最大为6卩A，输入阻抗典型值为10k Q，不适用运算等电路。

为使工作频率达到100MHz，必须降低电路阻抗，反馈电阻R3为lk Q左右，据此推算R2，令R1 =R2 〃R3，以减小因输入偏置电流产生的失调。

为使输出阻抗为50 Q，在输出端串联电阻R4，如果与下级的连线短接，则可不接R4。

电源线路的旁路电容要靠近HA2539 安装，要与钽电容C2并联0.01〜0. I卩F的陶瓷电容。

6. 100MH超宽带直流放大器电路如图6所示是采用CLC221A构成的超宽带直流放大器电路，它适用于放大高速脉冲信号。

CLC221A 特性良好，转换速率为6500V/卩s, tr=tf=2.1 ns，- 3dB带宽时频率为170MHz;直流特性好，失调电压为0.5mV，漂移电压为5卩V，可直接构成宽带直流放大器。

图6采用CLC221A构成的超宽带直流放大器电路CLC221A与普通运算放大器设计不同，它采用电流反馈方式的高性能运算放大器。

同相放大与反相放大均大，但反相放大时可获得平坦的频率特性，片内有R f为1.5k Q的反馈电阻。

同相放大器时，可按A IN为1+(1. 5k Q /R G)计算出R G；反相放大时，可按A IN为1. 5k Q/R G 计算出R G。

7 •低漂移宽带放大器电路图7采用TL592B构成的低漂移放大器电路。

为了改善直流特性，增设直流反馈运放A2电路，该电路的失调漂移取决于A2，高频特性取决于A1的复型放大器电路。

图7.9.7采用TL592B 构成的低漂移放大器电路TL592B 的噪声特性比普通运放有所改善， IkHz 〜10MHz 的输入信号其噪声电压典型值为3卩V 。

TL592B 可构成直流复合型放大器，直流到低频由直流特性好的运放A2决定，直流特性较差的TL061接人反馈环内。

高频特性由A1决定，它可获得300MHz 频率的平坦特性。

因为 TL592B 输入差动放大 电路的射极间电阻可使电路获得 13〜400倍的差动增益。

所以调整RP 2可使整个电路的频率 特性保持平坦。

TL592B 的输出端4, 5产生2.9V 的同相电压，而失调电压的典型值为 350mV ，因此， 兼作缓冲器的电平移动电路（VT1和VD1 ）时也是2.9V 压降。

VT2为有源负载电路，恒流 偏置值由稳压管稳定电压与射极电阻 R6决定，即1= （ V Z 2-V BE ） /R 6=13mA 。

输出电阻R7决定输出阻抗，按照不同需要选用其阻值， 最好还是按抑制 VT1的最大集 电极电流来确定。

TL592B 的输入偏置电流比通用运放大，典型值为 9卩A ，若输入端采用交流耦合，就会产生失调电压，应并联小电阻。

8.宽带ALC 放大器电路图8采用TL026等构成的宽带 ALC 放大器电路，这是一种把输入电平的变动稳定保持 在某一电平上的电路。

例如，在产生低频到几十兆赫兹的信号发生器中，由于输出电平的频率特性不平坦，为此增设本电路，可自动控制振幅保持恒定。

另外，为降低输出阻抗，增设 缓冲器电路。

图8电路中，外部电压改变增益的宽带采用 TL026集成芯片，它具有20dB 的压缩特性。

输入电路中接人的电阻 R 0用于降低输入电平（输入电平为 -26〜-6dB 以上）。

TL026驱动50Q 以上负载时，不能获得较大输出振幅， 因此，增设晶体管构成的缓冲器电路，使其减轻负载。

/?Inka>rni£j300皿75Q输出R,HZZ3-i> V 「 K 2SC ;945' "2^RD2 2（：q -i2Sl^45*nRP.VD ^RD2 2JOOl5ptlukU图中：A i TL026、A 2 和 A 3 TL072、VT i 2SA733、VT 3 2SC945、VT3 2SC945 VD 1 和 VD 2 2SS97、VD 3和 VD 4LS1588、VT 4 2SA733图8宽带ALC 放大器电路TL026为差动输出，若其负载电阻不相等，则频率特性要改变，为此，在 5脚接人电容C2和电阻R4。

2，7脚的电位差可对增益进行控制。

运放 A2用于直流电平稳定。

用二极管VD1对输出电压进行整流，其直流电压与基准电压（R PI 上电压）进行比较。

接入的二极管VD2 是为了补偿VD1的温度特性。

运放 A2工作于比较器状态，输出电平增加时，来自 VDi 的电流变大，则 A2对其积分输出负电压并加到 A3的反相输入端，使 2脚对A2的7脚电位增加，促使增益降低。

9•宽带对数放大器电路图9采用TL441构成的宽带对数放大器电路， 获得80dB 的对数压缩特性，每十进位（10倍的变化）获得 0.1V 输出，把-80〜+IOdB 范围的电平变化压缩为 0〜0.5V 。

该电路可用于 通信、计测等装置的IF 放大器及宽量程电平显示器中。

TL441的内部电路如图10所示，内有4个差动放大器，每个差动放大器放大 30dB ，总 共120dB 范围，从实用性考虑，约80dB 的压缩比较好。

根据差动放大器的输入/输出特性， 1个对数放大器不能获得直线性，故采用 8个对数放大器。

所以，每个对数放大器平均压缩 15dB 。

为了处理微弱电平到+10dB 高电平信号，B 输入单元需要接入前置放大器。

低电平 时，宽带运放 A11，和A22工作，B1 , B2, A1 , A2依次饱和，可适应 80dB 范围的信号处 理。

A2输入虽接有 R5（15k Q ）电阻，但TL441的输入阻抗为 500 Q ，约得1 /31（约-30dB ） 的分压，该级可处理最高输入电平信号。

1n\ 1;L图10 TL441内部等效电路图运放A11和A22的增益恰好需要 30dB ，反馈电阻 R2为：R2 =R1 (A -1)=3.06k Q ，故 采用3 k Q 的半微调电位器，为了提高压缩精度，也可采用2.7k Q +500 Q 半微调电位器。