程控宽带放大器综述
程控可变增益射频宽带放大器
程控可变增益放大器参赛队员：摘要本系统由宽带放大器OPA847、压控放大器VCA810和电流型运放OPA695组成。
系统前级通过OPA847实现10倍固定增益放大，中间级由压控放大器VCA810实现0.05~5V/V增益变化，后级由OPA695和继电器实现5~25V/V增益变化，末级由电阻网络进行10倍衰减，达到0dB~60dB 增益范围可调。
系统采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，提高稳定性和抗干扰能力。
经测试，系统达到了题目所设定的所有指标。
关键词：放大器，VCA810，OPA847 ，OPA695AbstractThe system is designed with a broadband amplifier OPA847, Voltage controlled amplifier VCA810 and current-feedback operational amplifier OPA695.In the first stage, the system can achieve 10 times fixed-gain by OPA847.Then, in the intermediate stage, it uses VCA810 to achieve 0.05 ~ 5V / V gain range. In the latter part, the system achieves 5 ~ 25V / V gain variation by OPA695 and relays. In the last stage, the system achieves 10 times attenuation by the resistor network, so that the overall gain can be adjusted in the range of 0~60dB. In order to improve the stability and anti-jamming capability, the system uses the shield case to carry electromagnetic shielding. According to the test, all the indicators of the topic have reached .Keywords：RF broadband amplifier，VCA810，OPA847，OPA695目录1、方案论证1.1、≥60dB增益设计1.2、放大增益可调设计1.3、系统框图2、理论分析与计算2.1、宽带放大器设计2.2、频带内增益起伏控制2.3、射频放大器稳定性分析2.4、增益调整2.5、放大器带宽设计3、电路与程序设计3.1、前期固定增益电路设计3.2、VCA电路设计3.3、后级电路设计4、系统测试4.1、测试仪器4.2、测试方案及测试条件4.3、测试结果及分析5、参考文献输入VCA810输出输出一、方案论证1.≥60dB增益设计方案一：采用三极管实现。
宽带放大器概要
在很宽的一段频带中放大 倍数都一样，都能正常工 作的放大器叫做宽带放大 器。
用于电视信号放大的视频放大器是一种典型的基带型
放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或十几赫的 低频直到几兆赫或十兆赫的高频。该类放大器通常以电阻 器为放大器负载，以电容作级间耦合。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 伸。
高频补偿的方法：在负载 中串联电感线圈（图2中的 L）。
由于感抗是随频率的增高 而增大的。从而使其负载 阻抗在高频时得以增加， 因而补偿因旁路电容使负 载阻抗减少影响，使增益 变化较小回路（图1中的Rd、 Cd）。
当频率低时，RC并联回 路呈现较大的阻抗，使 负载阻抗增大，从而使 增益提高，补偿因级间 耦合电容的影响而引起 的增益下降。
负反馈也是一种常用的加宽放大器通频带的方法。 视频放大器一般采用多级放大器级联的形式，以保证 足够高的增益，这时各单级放大电路的通频带都应宽 于总通频带的宽度。另外，对视频宽带放大器的相位 延滞特性有一定的要求，即信号通过放大器后通频带 内各频率分量的群延滞时间应该大致相同。
可归入宽带放大器的还有时分多路通信、示波器、 数字电路的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到 几十或几百兆赫）。
程控增益射频宽带放大器
程控增益射频宽带放大器摘要：为实现射频信号的放大和程控增益调节功能，采用压控增益宽带放大器AD8367为核心放大器件，通过MSP430F5529单片机控制高精度数/模转换器TLV5638实现增益步进调节。
前置放大级采用低噪声宽带放大器OPA847，功率输出级采用高速电流反馈宽带放大器THS3201，实现10MHz~110MHz宽带、增益调节范围为12~52dB、步进1dB的射频宽带放大器。
关键字：射频宽带放大器；压控增益；AD8367；MSP430F55291设计方案论证1.1固定带宽增益方案方案一：采用高频三极管如9018等分立元件搭建宽带放大器，本方案带宽足够快，增益高，成本低，但是电路设计复杂，稳定性差，容易发生自激，且三极管存在交越失真等现象，输出精度不高，不满足题目对放大器稳定性和精度的要求。
方案二：采用单片集成低噪宽带放大器，如3.9GHz超高带宽、低失真、电压反馈型运算放大器OPA847，使用集成芯片在保证带宽的基础上，可有效抑制噪声，且性能稳定，电路搭建简单，调试方便。
将集成低噪声宽带放大器作为前置放大器，能够更有效地保证后级系统性能优异。
方案一中由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。
方案二采用集成运放，调试方便，稳定性好。
因此，本设计选用方案二。
1.2可控宽带增益方案选择方案一：采用固定增益放大器，切换衰减网络的方法。
首先有放大器级联实现固定增益（发挥部分要求52dB），再由继电器切换衰减网络（如π型或Ｔ型）实现增益控制。
方案二：采用集成可控增益放大器。
选用宽带低噪声线性压控增益放大器AD8367作为增益控制核心器件。
其控制电压由单片机控制DAC产生，其增益控制精度取决于DAC位数。
此方案增益与控制电压呈线性关系，控制精度高，稳定性优良，可实现增益连续可调，两级AD8367级联可实现较宽的增益调节范围。
方案一衰减网络由纯电阻搭建，虽然噪声小成本低，但增益调节精度受限于电阻值调节精度；且引入继电器，将影响高频特性，档位切换也无法实现增益连续可调。
宽带放大器概要课件
新材料的应用及挑战
基于新材料（如GaN、SiC等）的宽带放大器具有高效率、高功率等优点，但同 时也面临着成本高、可靠性等问题。
新材料的应用还需要进一步的技术突破和市场验证，以确保其在大规模生产中的 稳定性和可靠性。
高效率宽带放大器的需求及挑战
高效率宽带放大器的设计需要权衡功率、线性度、频 率等多个因素，同时还需要考虑如何降低成本和提高 生产效率等问题。
放大器定义及作用
放大器是一种电子器件，通过对输入 信号进行放大，输出更大功率的信号 ，以实现信号的远距离传输和接收。
宽带放大器是指能够放大一定频率范 围内信号的放大器，其作用是增加信 号的驱动能力和扩展系统的动态范围 。
02
宽带放大器类型
均匀放大器
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02
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线性增益
均匀放大器的增益在整个 频率范围内是恒定的，具 有线性放大特性。
会带来更大的噪声和失真。
噪声系数
噪声系数是指放大器输入端与 输出端之间的信噪比（SNR） 的比值。
噪声系数是用来评估宽带放大 器对噪声的抑制能力，通常用 分贝（dB）表示。
一般来说，噪声系数越小，放 大器的噪声抑制能力越强，但 同时也会带来更大的失真。
动态范围
动态范围是指放大器在保证一定信噪比（SNR）的前提下，可处理的信号的最大幅 度与最小幅度之比。
应用
常用于那些需要频率选择 性和非线性增益的通信系 统中，例如在信号过滤和 图像处理中。
分布式放大器
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04
级联放大
分布式放大器通过将多个小型 放大器串联起来，以实现大功
率的宽带放大。
高增益
由于采用了多个小功率放大器 ，分布式放大器通常具有较高
程控放大器
程控放大器(ad603)本设计由三个模块电路构成:前级放大电路(带AGC部分)、后级放大电路和单片机显示与控制模块。
在前级放大电路中,用宽带运算放大器AD603两级级联放大输入信号,输出放大一定倍数的电压,经过后级放大电路达到大于8V的有效值输出。
ADUC812的单片机显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外,还可以实时显示输出电压有效值。
本设计采用高级压控增益器件,进行合理的级联和阻抗匹配,加入后级负反馈互补输出级,全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。
应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了题目的所有基本和发挥要求。
方案论证与比较1.可控增益放大器部分方案一简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。
为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。
对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。
本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。
此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。
方案二为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。
又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D/A转换芯片,其输出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增益调节,满足题目的精度要求。
它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。
但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV～V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过AD7520衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为1024,与AD7520的衰减分母抵消,即可实现程控放大。
高精度宽带程控放大电路
高精度宽带程控放大电路学校及院系指导老师参赛队员摘要本系统采用宽带电压增益控制放大芯片VCA822实现增益可调，以液晶显示屏、键盘为人机接口，通过软件补偿增益误差。
当输入电压有效值小于10mV 时，电压增益可达到66dB左右，并可实现0～66dB范围内增益连续可调。
3dB 的带宽为0～4.5MHZ，在0～3.5MHZ通频带范围内增益起伏≤1dB，此外该放大器的增益可以预置并显示，具有较好的实用性。
关键词：增益可调；VCA822；宽带放大器，预置AbstractThis system uses wide band voltage gain control enlargement chip VCA822 to realize the gain adjustable, take the liquid crystal display monitor, the keyboard as the man-machine connection, through software compensation gain error. When the input voltage effective value is smaller than 10mV, the voltage gain may achieve about66dB, and may realize in the 0~66dB scope to increase continuously adjustable. the3dB band width is 0~4.5MHZ, in 0~3.5MHZ key-in scope left profit fluctuation ≤1dB, in addition this amplifier's gain may initialize demonstrated that has the good usability Key word: Increases adjustable; VCA822; Wide band amplifier, initialization一．系统方案比较与选择1.1前级放大电路方案一、前级放大选用差分放大电路构成，仪表放大器件INA2332是一款低功耗，CMOS仪表放大器，它的增益精度比较高。
程控放大器的设计与实现
程控放大器的设计与实现摘要本文介绍了一种可通过程序改变增益的放大器。
它与ADC相配合,可以自动适应大范围变化的模拟信号电平.系统以89S51单片机作微处理器，运用NE5532芯片组成运放电路，采用CD4052芯片担任增益切换开关，通过软件控制开关的闭合或断开来达到改变电路的增益.文章首先对系统方案进行论证，然后对硬件电路和软件设计进行了说明，最后重点阐述了系统的调试过程，并且对调试过程中遇到的问题以及解决方案进行了详细说明。
该系统设计达到了预期要求，实现了最大放大60db的目的。
关键词程控放大器；运算器放大器；单片机;增益The Design and Realization of Program—Controll AmplifierAbstractThis article introduces a amplifier which changes the gain through the software。
It coordinates with ADC and adapts the simulated signal level with wide range change automatically。
The system uses the 89s51 SCM as the core。
The NE5532 chip composes the operational circuit and the CD4052 chip composes the gain switch. The gain of the circuit is changed by software which can control switch closed or disconnect.The article first demonstrates the system plan, then introduces the hardware and the software，finally explains the debugging process of the system with emphasis。
2.3 程控放大器
2、程控比例反相放大器
四、仪用放大器
通常为保证放大器的共模抑制能力，电路参数对称，
即R1=R2;R3=R4;R5=R6,此时，放大器的闭环增益为
Af VO 2R R (1 1 ) 5 Vi1 Vi 2 RG R3
为保证电路的对称性，改变增益最合理、最简单的方法是改变 RG的阻值。
集成程控仪用放大器—AD612
n 8, RG 314 n 9, RG 156
增益控制使用外部电阻，
A f 1
80k RG
n 10, RG 78
A f 1 80k 2 40k n 2 1
增益控制使用内部电阻，RG
2 40 k n 2 1
应用： 1）利用AD612组成程控指数增益仪用放大器
2、增益线性变化的程控同相放大器
控制信号为“1”时，开关断开； 控制信号为“0”时，开关导通。 若以Cn-C0来表示控制信号的二进制值“0”或 R “1”，则接入反馈回路的电阻f 的阻值为
R f Cn 2n R Cn1 2n1 R C1 21 R C0 20 R
放大器的闭环增益是
Af Cn 2n Cn1 2n1 C1 21 C0 20 1
闭环增益是控制二进制编码加1，即
A f N c 1
说明： 在此放大器中，闭环增益准确度不仅与全部 反馈回路电阻匹配准确度有关，还在很大程度上 受模拟开关导通电阻的限制。特别是在全部模拟 开关导通，闭环增益为1时，由导通电阻产生的增 益误差为最大。若以ri表示各开关的导通电阻， n 则增益的相对误差为 ri
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一、程控放大器的定义及组成 二、程控同相放大器
多档程控同相放大器、增益线性变化的程控同相放大器 、 T性反馈电阻网络程控同相放大器
程控放大器 资料
程控设计放大器报告（B 题）1.引言放大器是电子系统中最基本的放大电路。
放大器的增益又是其中一个重要的性能参数。
在很多应用场合，需要根据不同的环境条件对放大器的增益做出相应的调整，而随着电路控制的日益精细，对放大器增益的控制和调整也变得越来越精致。
传统的利用可调电位器与放大器组合，多路开关控制电阻等方法在灵活性，简洁性等方面往往满足不了系统的需要。
现在较为广泛应用的程控增益放大器，采用不同的电路结构方式，实现对增益的数字化控制。
2.系统要求 2.1设计任务通过题目要求本组须设计出：差分比例运算电路、两级放大电路、反相比例运算电路、二阶低通滤波电路和51单片机控制与LCD 显示模块。
2.2设计要求设计并制作一个增益可程控的放大器，结构框图如图1。
放大器Ou Iu 增益程控单元键盘LCD 显示+-+-图1：程控增益直流放大器结构框图方案二：集成运算放大器ICL7650ICL7650是Intersil 公司利用动态校零技术和CMOS 工艺制作的斩波稳零式高精度它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点,所以常常被用在热电偶,电阻应变电桥,电荷传感器等测量微弱信号的前置中.而且在放大电路中不用考虑调零和频率问题。
使用方便。
还有ICL7650利用动态校零技术消除了CMOS 器件固有的失调和漂移，从而摆脱了传统斩波稳零电路的束缚，克服了传统斩波稳零放大器的这些缺点。
ICL7650可以放大300倍左右，可以满足要求。
综上所述，考虑到电源的限制，放大倍数的要求和性能的比较，最终选定方案二。
3. 滤波环节与放大环节3.1 滤波环节选择方案一：低通滤波与带阻结合设计任务要求1~5Hz 波段通过，50HZ 频率衰减大于40Db ，所以可以用一个二阶低通滤波器来滤除大于5HZ 的波段，用一个带阻滤波器来专门滤除50HZ 的频率，这样就能实现设计要求。
而二阶低通滤波和带阻的放大倍数都是Au=1+Rf/R1我们选用Rf 和R1阻值相等，那么只是这两个滤波电路就使电路中的电压放大4倍。
程控宽带放大器
宽带放大器设计者：刘真照李杰雄丁伟东指导老师：王彦（南华大学电气工程学院湖南衡阳421001）摘要：本设计利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗，并且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1kHz～20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。
增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。
不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5V-5.5V时AGC控制范围为66dB。
本系统的控制部分由FPGA实现。
由于其资源丰富，因而能更好的实现电路的功能。
关键词：宽带放大器AD603 运放OPA642 FPGAAbstract: This design employs variable-gain wide bandwidth AD603 to enlarge gain and AGC control ranges. Programming compensation reduces gain step and enhances adjusting accuracy. The input block, which has a protective circuit not influencing the performance, employs high-speed voltage feedback amplifier OPA642 as a follower to increase the input resistance. Using many kinds of anti-interference measures diminishes noise and restrains high frequency self-excitation. The power-output circuit is made up of separate elements. The whole system pass band is 1kHz～20MHz, and the gain ranges from 0~81dB. The gain step is 1 dB. The below-60 dB–gain error is less than 0.2 dB. No distortion output voltage RMS can reach 9.5 V. When the output is between 4.5V and 5.5V, AGC range is 66dB. The control part of this system is carry out by the FPGA.Because its resources is abundant, as a result the ability is better to carry out the function of the electric circuit.Keyword: The breadth takes the enlarger AD603 operation amplifier FPGA目录第一章方案论证与比较 (3)1.1设计要求 (3)1.2增益控制部分 (3)1.3功率输出部分 (4)1.4测量有效值部分 (4)1.5自动增益控制（AGC） (4)1.6系统整体框图 (5)第二章理论分析与参数计算 (5)2.1电压控制增益的原理 (5)2.2AGC介绍 (5)2.3正弦电压有效值的计算 (5)第三章系统模块电路设计 (6)3.1输入缓冲和增益控制部分 (6)3.2功率放大部分 (7)3.3控制部分 (8)3.4稳压电源部分 (8)第四章系统软件设计 (9)4.1AD0809控制部分设计 (9)4.2DA0832控制部分设计 (9)4.3按键控制和液晶显示模块设计 (9)第五章系统调试和测试 (9)5.1测试方法 (9)5.2测试结果 (10)5.3误差分析 (10)5.4测试性能总结 (10)5.5测试仪器 (10)第六章结束语 (11)参考文献 (11)附录 (11)第一章方案论证与比较1.1 设计要求1.1.1 基本要求（1）输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻。
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1芯片介绍本次课程设计主要用到AT89C52 ，AD603 ， DAC8032 三种芯片。
1.1 AT89C52简介单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。
单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、 PC 机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
本课题讨论的方波发生器的核心是目前应用极为广泛的 51 系列单片机。
单片机最小系统是能补足单片机工作的最简单电路，它由单片机、电源、晶体振荡器、复位电路等构成。
它是本系统的处理单元也是控制单元，负责处理信号、外设的接口与控制，同时它也是所有软件的载体。
本系统采用 AT89C52 是美国 Atmel 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8KB 的可反复檫写的程序存储器和 12B 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内配置通用 8位中央处理器（ CPU ）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52 单片机属于 AT89C51 单片机的增强型，与Intel 公司的 80C52 在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
主要管脚有：XTAL1 （ 19 脚）和 XTAL2 （18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd （9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC （40 脚）和 VSS （ 20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。
P0~P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义。
其管脚如下图 1 所示：图 1 AT89C52 单片机管脚图本设计中， P0 端口（ 32~39 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接。
单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。
本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。
1.2 AD603 简介AD603是美国 AD公司推出的一款宽频带、低噪声、低畸变、增益变化范围连续可调的可控增益放大器，其内部结构如图 2 所示。
图 2 AD603 内部结构图AD603的封装引脚及各引脚功能分别如图 5 和表 1 所示。
图 3 AD603 引脚图表1 AD603 各引脚功能脚号符号功能1Vg+增益控制输入正端2Vg-增益控制输入负端3Vin运放输入4GND运放公共端5FDBK反馈端6-Vcc负电源输入7+Vout运放输出8+Vcc正电源输入工作模式一般，利用反馈网络 (VOUT与 FDBK端的连接方式 ) 来设计 AD603的增益时，可设置为以下 3 种模式：模式 1：将 VOUT与 FDBK短路，即宽频带模式 (90MHz带宽 ) 时增益变化范围为一 10～+30dB；模式 2：VOUT与 FDBK之间外接一个电阻REXT，FDBK与 COMM端之间接一个5．6pF 的电容用于频率补偿．根据放大器的增益关系式，选取合适的REXT，可获得所需要的模式1 与模式3 之间的增益值．当REXT=2．15kΩ时，增益变化范围为 0～+40dB；模式 3：VOUT与 FDBK之间开路， FDBK与 COMM连接一个 18pF 的电容用于扩展频率响应，该模式为高增益模式，增益范围为10～ 50dB，带宽为 9MHz。
单个的 AD603的增益可以用下式进行计算： Gain(dB)=40+ ，其中是差动式入的增益控制电压 (1 脚到 2 脚) ，范围是 -500 一+500mV，为统一单位量纲，在公式中单位应当使用伏特，即一 0.5V～ +0.5 V ，是增益起点，接不同的反馈网络有所不同。
本设计采用AD603典型接法中通频带最宽的一种（即第二种工作模式），通频带为 90MHz，增益为－ 10～+30dB，输入控制电压 U的范围为－ 0.5 ～＋ 0.5V 。
图 6 为 AD603接成 90MHz带宽的典型方法。
图 4 AD603 接成 90MHz带宽的典型电路1.3 DAC0832电压输出电路DAC0832是采样频率为八位的D/A 转换器件，芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要( 如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等) 。
D/A 转换结果采用电流形式输出。
要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。
运放的反馈电阻可通过 RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。
其内部结构和引脚图如图 12 所示。
图 5 DAC0832内部结构和引脚图DAC0832引脚功能说明：DI0~DI7：数据输入线， TLL 电平。
ILE ：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。
CS：片选信号输入线，低电平有效。
WR1：为输入寄存器的写选通信号。
XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。
WR2：为 DAC寄存器写选通输入线。
Iout1: 电流输出线。
当输入全为 1 时 Iout1 最大。
Iout2: 电流输出线。
其值与Iout1之和为一常数。
Rfb: 反馈信号输入线 , 芯片内部有反馈电阻 .Vcc: 电源输入线(+5v~+15v)。
Vref: 基准电压输入线(-10v~+10v)。
AGND:模拟地 , 摸拟信号和基准电源的参考地。
DGND:数字地。
2设计方案2.1总体方案框图本系统原理方框图如图 6 所示。
本系统由前置放大器、中间放大器、末级功率放大器、控制器、键盘及稳压电源等组成。
其中前置放大器、中间放大器、末级功率放大器构成了信号通道。
Ui前置放大器中间放大器末级放大器Uo 键盘51 单片机控制器稳压源图 6 系统原理框图220V 50HZ2.2增益控制部分使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA，用控制电压和增益（ dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制（如图 3）。
根据题目对放大电路的增益可控的要求 , 考虑直接选取可调增益的运放实现 , 比如 AD603。
其内部由 R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成 , 加在其梯型网络输入端的信号经衰减后 , 由固定增益放大器输出 , 衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定 ; 而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A 芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。
此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽 , 单级实际工作时可提供超过20dB 的增益 , 两级级联后即可得到40dB 以上的增益 ,通过后级放大器放大输出, 在高频时也可提供超过60dB 的增益。
这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
图 7可变增益的运放放大器电路图2.3 末级功率放大器两片 AD603级联构成放大器，可对不同的大小的输入信号进行放大。
由于AD603的最大输出电压较小，所以需要前级放大信号需经过后级放大达到较高的输出有效值。
使用分立元件自行搭建后级放大器。
使用分立元件设计困难 , 调试繁琐 , 可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数 , 电阻电容可根据需要更换 , 在此时看来较集成电路灵活。
因此自行设计后级放大器优势就很明显了。
因此末级功率放大器用分立元件自行搭建后级放大器以达到较高的输出有效值。
3仿真电路设计3.1 输入阻抗变换电路由于 AD603的输入电阻只有 100Ω，要满足输入电阻大于 1kΩ的要求，必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减少噪声。
故采用高速低噪声电压反馈型运放 OPA642作前级跟随，同时在输入端加上二极管过压保护。
图 83.2 增益控制电路输入部分先用电阻分压衰减，再由低噪声高速运放OPA642放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到OPA642的电压峰峰值不超过其极限（2V）。
其输入阻抗大于 2.4k Ω。
OPA642的增益带宽积为400MHz，这里放大3.4 倍，100MHz以上的信号被衰减。
输入输出端口P1、P2 由同轴电缆连接，以防自激。
级间耦合采用电解电容并联高频瓷片电容的方法，兼顾高频和低频信号。
增益和控制电压的关系为：AG(dB)=40×Ug+10，一级的控制范围只有40dB，使用两级串联，增益为 AG(dB)=80Ug+20，增益范围是－ 20～+60dB，满足题目要求。
由于两级放大电路幅频响应曲线相同，所以当两级AD603串联后，带宽会有所下降，串联前各级带宽为 9MHz左右，两级放大电路串联后总的 3dB 带宽对应着单级放大电路 1.5dB 带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为 6MHz。
图 93.3 末级放大部分为保证高频端放大器的稳定性和带内幅度的平坦度，宜采用互补推挽和深度电压串联负反馈电路形式，典型电路如图8 所示。
高频晶体管 2N3904为 NPN型， 2N3906为 PNP型，是配对的互补管，特征频率 ft 达 200MHz，能保证系统性能要求。
由于是深度电压串联负反馈，故输入阻抗较高，输出阻抗低，适合与前端放大器和负载连接。
由图可见，本级 avf ≈ 1/kfV=1+(R10/R9) ，如 R9、R10为图中标注值，则 avf=11 ，约合 20dB。
其中所有电容，均是为了电源去耦或改善频率特性的。
图 103.4 键控及显示部分电路该部分由这一部分由51 系列单片机 AT89C52、DAC0832、LM324、键盘等组成。
方框图如图 11 所示。
单片机 AT89C52DAC0832LM324至 AD603 增益控制端键盘图11 控制部分电路设计图 12仿真电路3.5 DAC0832电压输出电路由于本设计要求增益调节范围为10dB~40dB，按照公式 AG=80Ug+20(dB)，则Ug=-1/8V~1/4V, 故要求 DAC0832既能输出负电压也能输出正电压。
电路如图13所示。
图 13 DAC0832的模拟电压输出电路根据上述电路最终输出电压U=5*(D/128)-5(V), 其中 D 为单片机输入到DAC0832的值。
要求增益调节范围为10dB~40dB，设定步进级数为 6，因此计算的 D值如表 2所示。