宽带直流放大器的设计与实现 原创论文

宽带直流放大器的设计与实现原创论文

宽带直流放大器的设计与实现

宋加磊1，潘克修2，夏绪超3

（1.解放军理工大学通信工程学院研究生4队，江苏南京210007；

2.解放军理工大学通信工程学院电子信息工程系；

3.解放军理工大学通信工程学院研究生3队，江苏南京210007）

摘要：本系统采用80C51单片机作为宽带直流放大器

电路的控制芯片，采用VCA810组成的放大电路对输入

的小信号进行智能的放大，既可以通过电位器来宏观的

调整放大增益，也可以通过键盘精确的设定放大增益，

设置步进等级可达1dB。输出的结果准确的显示在LCD

上，整个系统输出稳定，数控简单可靠。

关键词：程控放大器；宽带；直流；VCA810

中图分类号：TN912 文献标识码：B 文章编号：

Design and Realize of Widthband DC Amplifier

SONG Jia-lei1,PAN Ke-xiu2,XIA Xu-chao3

(1.Postgraduate Team 4 ICE,PLAUST,Nanjing 210007,China;

2.Department of Electronic Information Engineering ICE,PLAUST;

3.Postgraduate Team 3 ICE,PLAUST,Nanjing 210007,China)

Abstract: This design uses 80C51 as a microcomputer control chip to make a broadband direct-current amplifier circuit, using an amplifier circuit composed of

VCA810 to amplify a small input signals in an intelligent way. It not only adjusts the amplification gain through the potentiometer, but also accurately sets the amplifier gain via the keyboard as low as 1dB, and at

the same time the results of the output are accurately

displayed at the LCD. I t’s good at a stable output and a simple and reliable numerical control.

Key words : procedure control amplifier; widthband;DC;VCA810

1 系统介绍

本系统是以80C51单片机为控制芯片，辅以合适的信号放大电路，峰值检波电路和人机交互电路构成的高速宽带直流放大器，简洁的实现了对交直流小信号(不大于20mV)进行放大，即输入信号不只局限于交流，亦可以是直流电压。本系统的最大放大倍数可以达到60db ，带宽为10MHz ，是一个性能非常好的宽带放大器。系统结构图如图1所示。

信号放峰值检单输图1 宽带直流放大器总系统图

输LCD 键功率放D/A/

其中：频带选择通道采用LC低通滤波器实现频带选择；信号放大电路采用TI公司的三种高速运算放大器OPA842、VCA810和THS3001构成直接藕合程控放大器；数字AGC控制由峰值检波、A/D、单片机控制器和D/A实现带内增益控制；功率放大电路实现输出电压放大与功率放大，提高负载能力；整个放大器的控制采用传统8051作为控制核心。显示使用液晶显示屏显示控制选择方式及输出效果。

2 系统方案选择与论证

2.1 系统基本方案

根据设计任务的功能要求，本系统可以划分为三大主要模块：信号放大模块、控制模块和人机交互模块。

2.1.1 信号放大模块

高的晶体管，采用多种方案一：选用结电容小，f

T

补偿法，多级放大加深度负反馈，以及组合各种组态的放大电路形式，可以组成各种优质的宽带放大器，而且成本较低。但若要全部采用晶体管实现题目要求，有一定困难，首先高频晶体管配对困难，不易购买；其次，理论计算往往与实际电路有一定差距，工作点不容易调

整；而且，晶体管参数易受环境影响，波动较大，影响系统总体性能。另外，晶体管电路增益调节较为复杂，不易实现题目要求的增益可调。

方案二：利用多级放大器直接级联实现全带宽信号放大。采用TI公司的三种高速运算放大器OPA842、VCA810和THS3001构成直接程控放大器。其中，VCA810是TI公司的一种高增益可调节宽带压控放大器，具有高增益调整范围，低噪声、高带宽和高增益精度等特点。它的增益连续可控，可调范围80dB，增益精度达+/-0.5dB，信号带宽35MHz。另外，VCA810提供了精密的可调dB/V增益特性,AGC回路能用增益控制电压作为接收信号强度指示器,有极好的精确度. 故此，我们采用方案二。

2.1.2 控制模块部分

方案一：主控制器选择TI公司的MSP430F149，该单片机具有低功耗，强大的数据处理和运算能力，丰富的外围模块，稳定的系统工作状态和方便有效的开发环境等优点。但是考虑到成本的问题和系统控制模块的简单化，我们放弃了这一方案。

方案二：采用传统80C51作为控制核心。该方案不仅价格低廉，使用简单，而且功能较齐备，运行速度适

中，控制相对简单，在外扩设备的协助下，完全可满足该题目的设计要求。故我们采用了这一方案。

2.1.3 显示模块

方案一：采用数码管显示。其亮度高、体积小，编

程较容易，资源占用较少。但显示的信息简单、有限，无法实现本系统中模式选择、汉字显示等功能。

方案二：采用液晶显示器（LCD ）。液晶显示屏（LCD ）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，而且显示信息丰富、拥有较好的人机界面和强大的显示功能，通过它可以显示控制方式选择及显示输出效果。

基于功能考虑，我们采用方案二。本系统中，采用

了液晶显示屏LCD1602，以显示放大增益及输出电压，便于测试人员及时的控制。

2.2系统分析与理论计算

2.2.1 带宽增益积

带宽增益积（GBP ）的公式如下：

|()|

GBP a jf f =⨯ ()a jf 是频率的函数。当b f f >>（b f 为开环带宽）， GBP 是一

个常数，且为t f （当增益下降到1时所对应的频率点称