宽带直流放大器设计
宽带直流放大器设计
Ｏ 引 言
随着通信技术和微电子技术的发展 ， 宽带放大器在科研应用中起着越来越重要 的作用【 宽带放大器 ” 。 是音响、 有线电视、 无线通信等系统 中必不可少的部分 ， 宽带通信技术 的不断发展对宽带放大器 的要求也 越来越高。 宽带放大器 以低噪声 、 低非线性失真以及 良好的匹配性等特点 ， 成为现代无线接入技术和远程
通信系统中的一类极为重要的放大器圆 。 传统宽带放大器的设计主要采用分立元件 ， 应用场效应管或三极管 ， 采用多级放大电路实现。 由于大 量采用分立元件 ， 电路 比较复杂 ， 工作点难 以调整 ， 增益控制和高带宽均难以实现 ， 尤其增益的定量调节 非常困难。 不可控因素较多造成了调试难度增大。 此外 ， 由于采用多级放大 ， 电路稳定性差 ， 容易产生 自激 现象。 本文采用集成芯片 ＩＡ １ 、 Ｄ ０ 进行可控增益放大 ， Ｎ ２７ Ａ ６３ 设计了一款低噪声宽带直流放大器 。 该方案 电路集成度高 ， 稳定性好 ， 工作点容易调整， 控制方便 。
第 １ 年 ‘ 月 ６卷第３ ３期 ２ １ ００
江 苏 技 术 师 范 学 院 学 报
Ｊ Ｒ Ａ Ｆ ＪＡ Ｇ Ｕ Ｔ Ａ ＨＥ Ｓ Ｕ Ｉ Ｅ Ｉ Ｙ Ｏ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ０Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｎ Ｓ Ｅ Ｃ Ｒ Ｎ Ｖ Ｒ Ｔ Ｆ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｉ Ｓ
Ｖｏ ＿６． ． ｌ１ Ｎｏ３
过 Ａ ６ ３ Ａ １ 放大 后接 到负 载 。 Ｄ ０ 和 Ｄ８ １ １１ 压 ／ 转 换 电路 ． 频
为 了能够 自动地连续测量 ０ １ Ｈ 的信号 ， 系统将信号分为高 、 ０ ｚ Ｍ 本 低频两部分 ， 通过压频转换器
收稿 日期 ： ０ ９ １— ２ 修 回日期 ： ０ ９ １ — ９ ２０—２ ０ ； ２０—２２ 基金项 目： 江苏省高等学校大学生实践创新训练计划 项 目； 江苏技术师范学 院青年科研基金资助项 Ｈ（Ｙ ０ ０３ Ｋ Ｙ ７３）
宽带直流放大器
宽带直流放大器（C题）摘要：宽带直流放大器采用低噪声放大器INA217和可变增益宽带放大器AD603来提高电压增益。
当输入电压有效值<10mV时，电压增益A v可达到60dB左右，并在0～60dB范围内可实现手动连续调节和5dB的步进调节。
输出信号无明显失真时，最大输出电压有效值为4 V。
输入电阻≥50Ω，3dB通频带为0～8MHz，在0～7MHz通频带内增益起伏≤1dB。
放大器的电源采用三端稳压芯片LM317、LM337，经电容滤波后得到较小纹波的电压，能够满足放大器的要求。
此外，该放大器的增益均可预置并显示，能实现对增益的控制以及人机交互。
一、系统设计方案1. 方案比较及选择(1) 宽带直流放大器方案一：采用分立元件。
主要应用场效应管或三极管控制增益，为了满足增益60dB的要求，可采用多级放大电路实现。
本方案由于大量的采用分立元件，如三极管等，电路比较复杂，工作点难以于调整，增益控制和高带宽均难以实现，尤其增益的定量调节非常困难。
不可控因素较多，调试难度大。
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：采用集成芯片。
为了保持带内增益平坦，在低频部分应用低噪声放大器INA217进行增益补偿。
通频带内采用AD603进行增益可控放大，AD603是一款宽带、低噪声、精密控制的可调增益运放。
温度稳定性高，最大误差为0.5dB。
AD603单级实际工作时可提供超过20dB的增益，通过前后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过60dB的增益。
后级采用宽带运放AD811进行增益补偿。
这种方法的优点是电路集成度高，稳定性高，工作点容易调整，控制方便。
因此采用方案二。
（2）直流稳压电源电源模块是放大电路中的一个重要的单元模块。
温度系数、电压稳定性及抗噪性能是基准源的重要指标，其性能的好坏将直接影响到放大电路的稳定性及性能指标。
方案一：采用开关电源。
开关型电源的稳压范围比较宽。
而且开关电源可以省去电源变压器，整体比较轻便。
宽带直流放大器设计报告
宽带直流放大器第三组：陈吉洋、杨在然、周佳佳本设计以超低功耗单片机STM32为控制核心，通过可控增益放大器AD603与OPA642分别实现信号增益的调节和末级的功率放大，在0～10M带宽范围内的小信号进行有效放大，实现增益0dB～100dB 范围内的步进程控可调和手动连续可调，最大不失真输出电压有效值达10V。
系统主要由六个模块组成:直流稳压源、前置缓冲电路、可控增益放大电路、滤波器模块、功率放大模块和控制与显示模块。
本设计在前置缓冲电路对信号进行初步处理，减小后续模块中的噪声来源，同时在后级放大电路中利用软件对后级放大器电路进行补偿，把系统的失调和漂移抑制在较低的限度之内。
关键词：可控增益放大器功率放大带宽一、系统方案论证1.总体方案论证分析放大器设计要求的指标，带宽和增益要求高，放大器带宽为10MHz 以上，增益在0dB～60dB之间可调，并且要求能够在50Ω的负载提供有效值为10V 的正弦波输出。
针对上述特点，我们将整个放大器分为五个模块：前置缓冲级，增益可调的中间放大级，末级功率放大级，控制显示电路和直流稳压电源。
系统整体框图如图1所示。
其中难点是增益可调放大级和末级功率放大级，下面对这两个部分的方案分别进行设计论证。
图1、系统整体框图2.1放大器的论证与选择方案一：单运放电路。
简单的测量放大器是由仪器放大器和可变增益放大器级联而成，该放大电路的优点是电路简单，易于实现，但其零漂很大，放大精度也差。
方案二：精密斩波稳零电路。
精密斩波稳零运放具有更加理想化的性能指标，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度，但其带宽很小，难以满足设计要求。
方案三：模拟增益可编程运放电路。
使用微控制器控制模拟增益可编程运放可以灵活的实现增益的步进，同时可以实现比较大的增益，但其结构和指令比较复杂，开发周期较长。
方案四：多级运放电路。
应用多级运放可以得到很大的增益，并且对单个运放的性能要求较低，系统总增益等于各运放增益的和，可以将信号放大和功率放大分开处理；带宽也比较好控制，可以选择多种耦合方式，充分的发挥出电路的性能；电路结构也比较简单。
宽带直流放大器
宽带直流放大器设计报告宽带直流放大器摘要：本设计采用STC89C52RD单片作为其测试和控制核心，能够测试放大前后信号的有效值,通过闭环反馈,实现放大增益的稳定。
本系统用单片机控制模拟开关进行增益程控，控制A/D1100采样，控制数模转换器反馈增益状态，控制LCD数据显示，使整个系统能够协调工作,实现宽带直流放大、稳定增益、增益连续调节的功能，AGC功能，高、低频功率放大。
关键词：宽带直流放大，功率放大，AD1100，AGC1. 系统方案1.1系统基本方案经研究，本系统可以分为以下几个基本系统：处理器，控制放大系统，显示、按统，检波、反馈系统。
通过按键进行频率范围选择，放大增益选择。
经处理器处理后，输出指令，控制放大系统选择正确的放大通道增益。
在输出端设置检波，处理器分析输出信号后，将反馈信号回馈给放大系统，以达到增益稳定的效果。
系统框图构架如图。
图1-1 基本系统框图1.1.1 处理器的选择根据宽带放大器的性能要求，本系统需要处理器辅助的步骤有：测得输入电压信号的频率、根据输入信号频率选择不同的放大通道、将当前的放大状态和放大倍数显示于LCD。
分析可以发现该系统对处理器的要求并高，只要保证能够测得较为精确的信号频率，因此我们决定选用STC51系列单片机，其中一款STC5A6S2自带了0Hz至4MHz测频功能，该处理器既能很好地完成处理任务又可以降低制作成本。
1.1.2 模块方案比较、论证和选择(1) 检波反馈模块：为了得到稳定的放大增益，且达到要求的1dB的波动范围，首先要在输出端设置一个输出信号的幅值检测点，处理分析后合成反馈信号。
方案一：利用AD637作有效值检测，AD637使用简单，且精度较好，但是在我们测试时发现，它的高频响应并不是很好，因此我们试图采用其他的方案。
方案二：在隔除直流的前提下，交流信号的峰值与其有效值呈线性比例关系。
因此可以采用包络电路提取其峰值，经过包络电路后的信号为一直流信号，容易测得。
宽带直流放大器的设计
经比较， 选择方案三。 2、可控增益放大器方案选择 方案一：DAC 控制增益。该方案从理论上讲， 只要D/A 的速度够快、精度够高就可以实现很 宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和 最后的增益（dB） 不成线性关系而是成指数 关系， 造成增益调节不均匀、精度下降， 且 其增益动态范围有限， 故不采用；
3、程控增益控制 AD603的基本增益公式为： Gain（dB）=40VG+10 其中，VG是差分输入电压，单位是V，Gain是 AD603的基本增益，单位是dB。 两片AD603级联，总增益公式为： G（dB）=40VG1+40VG2+20 其中第一级AD603的2脚电压为V12=0.5V，第 二级AD603的2脚电压为V22=1.5V。
宽带直流放大器
一、方案比较与论证
1、滤波电路选择方案 方案一：采用RC 滤波电路， 但RC 滤波衰减 很大； 方案二：采用LC无源滤波器。但是LC无源滤 波器含电感参数设计较复杂； 方案三： 利用高速宽带运放OPA690 设计二 阶巴特沃思滤波器， 其通频带内的频率响应 曲线最大限度平坦， 没有起伏， 而在阻频带 则逐渐下降为零。
3、线性相位 • 线性相位从系统的频率响应来看，就是要求它 的相频特性是一条直线，本系统中，AD603 与AD811均为线性性能很好的增益放大模块， 运放工作在线性状态，滤波器采用线性的无源 梯形网络实现，因此整个放大器系统的相频特 性在通频带内近似于一条直线，可保证系统设 计有较好的线性相位。
4、抑制直流零点漂移 • 由于AD603 有大约20 ～ 30 mV 的输出失调 电压(直流偏移电压) ,当两级AD603 之间采用 直接耦合方式时,前一级AD603 的输出失调电 压会被后一级AD603 所放大。当后级增益较 大时,放大后的信号直流电位会偏离零点,产生 非线性失真。由于AD603 本身没有调零控制 端,所以只能在第1 级AD603 之前再加一级直 流偏移调零电路。
宽带直流放大器80577
宽带直流放大器（C题）摘要：本系统采用宽带压控增益放大器VCA822来实现可调增益，后级功率放大采用多片高速运放并联以获取较大驱动电流，系统通过输出偏置电压的测量，实现零点漂移的自动归零。
放大器增益能以0.1dB为步进，在0～60dB范围内调节，3dB通频带5MHz、10MHz可调，带内增益起伏不超过1dB，噪声峰峰值不超过200mV，输出功率可达2W。
系统可将增益进一步提高到80dB，输出波形失真度不超过3.1%。
另外，为进一步扩大输入信号的动态范围，还制作了π型电阻网络构成的阶跃衰减器，可将输入信号最大值提高到20V以上。
关键词：压控增益放大器、自归零、π型电阻网络衰减器一系统方案1. 方案比较与选择1.1 增益控制部分方案一：采用多级高速放大器级联，通过调节放大器的反馈电阻实现增益控制。
该方案电路简洁，控制方便。
该方案的缺点在于通过切换反馈电阻的方式不易实现增益的连续调节；运放反馈回路较大，容易引入噪声，降低电路性能。
方案二：采用宽带压控增益放大器VCA822，利用DAC产生控制电压改变放大器的增益。
控制电压和放大器增益成线性，方便实现精确的增益控制。
VCA822的最小增益步进仅取决于DAC的位数，可以实现增益微调，为闭环改善放大器的性能提供方便。
综合以上分析，选择方案二。
1.2 带宽调节部分方案一：采用数字方法对放大器输出信号测频，根据预设的带宽，在适当的频点调节放大器的放大倍数至合适值，从而实现带宽调节。
该方案能灵活的调节系统带宽，但由于测频需要较长时间，系统会被引入较大的时延。
方案二：采用干簧管继电器切换无源滤波器的方式实现带宽调节。
干簧管继电器输入电容典型值小于1pF，对滤波器性能的影响很小；相对于有源滤波器，无源滤波器在高速、高阶滤波方面表现出较好的性能。
综合以上分析，选择方案二。
1.3 功率输出部分方案一：采用高输出电压运放作为功率输出部分的第一级，对信号进行电压放大；第二级采用推挽射级跟随器进行电流放大。
(2021年整理)宽带直流放大器设计-课设报告
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目录1 设计及任务要求 (1)2 方案论证及选择 (1)3 总体设计及单元电路设计........................... 错误!未定义书签。
3。
1总体设计 (2)3。
2前级放大电路 (2)3。
3后级功率放大电路 (3)3。
4电路特点 (4)3.5 元器件清单 (4)4 调试及结果分析 (5)4。
1 通电前检查 (5)4。
2 通电检查 (5)4。
2。
1前级放大电路的调试 (5)4.2.2后级功率放大电路的调试 (5)4。
2。
3整体电路的调试 (5)4.3 结果分析 (6)5 小结 (7)6 设计体会及今后的改进意见 (7)6.1 体会 (7)6.2 本方案特点及存在的问题 (8)6。
3 改进意见 (8)参考文献 (9)1 设计及任务要求宽带直流放大器设计基本要求：(1）电压增益AV=20dB，输入电压有效值Vi=20mV。
AV可在0～40dB范围内手动连续调节。
（2）最大输出电压正弦波有效值V o≥2V，输出信号波形无明显失真。
（3)3dB通频带0～1.5MHz；在0~1MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4)放大器的输入电阻≥50，负载电阻（50±2）。
参考元器件:OPA642，AD811，AD6032 方案论证及选择（1)前级增益控制的选择方案一:前级放大采用OPA642和AD603,第一级用OPA642的同相比例放大电路进行放大，第二级采用AD603的典型电路放大,其增益在-10dB至30dB可调，带宽可以达到90MHz,通过改变缩放比例参考电压来调节增益大小。
宽带直流放大器
四、设计总结
• 1、抗干扰性措施 （ⅰ）在两个焊接板之间传递模拟信号时用同轴电缆， 信号输入输出使用SMA-BNC 接头以使传输阻抗匹 配，并可减少空间电磁波对本电路的干扰，同时避 免放大器自激。 （ⅱ）数字电路部分和模拟电路部分的电源严格分开， 同时数字地和模拟地电源地一点相连。 （ⅲ）在运放的连接中，反馈电阻要尽量靠近输入引 脚，防止反馈回路中的分布电容引入反馈回路中的 极点，引起自激，除此之外在电路布局中使输入级 电路与输出级电路远离，防止耦合。
• 此部分共使用了两级AD603串联实现了100dB的增 益调节范围。具体电路图如图所示：AD603实现了 -20dB~60dB的增益调节。
5、低通滤波电路
• 为了达到题目要求的5M和10M带宽，需制作2路滤 波电路。信号经过滤波电路通过继电器进行5M和 10M两点的衰减输出。当继电器切到上面时信号进 过5M的滤波电路输出，当输入信号为5M左右时开 始衰减。当继电器切到下面时信号进过10M的滤波 电路输出时，当输入信号为10M左右时开始衰减.为 获得放大器通频带内最平坦的幅频特性曲线，我们 选择四阶巴特沃斯5M低通滤波器和四阶巴特沃斯 10M低通滤波器。具体电路图如图所示：
感谢祖国13 13亿 感谢祖国13亿 人民对我们的 支持! 支持!
宽带直流放大器
—孙建国，马制作效果 设计总结
基本要求
（ 1 ） 电压增益 A V ≥ 40dB ， 输入电压有效值 V i ≤ 20mV 。 A V 可在 0 ～ 40dB 范围内手动连续节。 （ 2 ）最大输出电压正弦波有效值 V o ≥ 2V，输出信 号波形无明显失真。 （ 3 ） 3dB 通频带 0 ～ 5MHz ；在 0 ～ 4MHz 通频 带内增益起伏 ≤ 1dB 。 （ 4 ）放大器的输入电阻 ≥ 50 ，负载电阻（ 50 ± 2） 。 （ 5 ）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电 源。
电子信息工程专业论文宽带直流放大器的设计
宽带直流放大器的设计电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵摘要：本文以TI公司的压控放大器VCA810为核心，外加ADI公司的运算放大器AD8065作前级，采用S T公司的89C52单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益±6dB步进可调，并通过1602液晶实时显示。
系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成。
整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠。
关键词：程控放大；VCA810；STC89C521 引言宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛。
传统放大器由分立元件器搭建而成，且有的采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表的应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能的宽带直流放大器是很有必要的。
而宽带直流放大电路的发展中，为了满足电路的更高性能与控制的便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生。
本文就是对程控宽带直流放大器进行研究。
2 系统方案设计与论证本文所设计的宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为0Hz～6MHz；最大增益≥40dB（100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值≥3V；负载电阻600Ω。
根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块。
2.1方案比较与选择方案一：采用分立元件构成，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益。
但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。
方案二：采用集成运放芯片级联。
集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能。
而对于实用的放大电路，通常要求其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求。
方案选定：比较上述的两种方案,决定采用方案二。
2.2系统方案描述系统框图如图1所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分。
宽带直流放大器(电子设计竞赛)
摘要本系统以单片机ST89C52为主控器件，分为前级放大、增益控制、程控滤波、功率放大、自制电源等模块。
采用可变增益放大器AD603配合后级程控放大实现增益调节，通过软件校正提高增益精度，利用程控滤波模块实现5MHz、10MHz、15MHz的通带选择。
选用温漂小的期间并采用自校零点路来抑制零点漂移。
功率放大部分采用具有高驱动力的运放搭建，驱动50Ω负载时，输出电压有效值可达10V。
电源模块采用低压差稳压芯片提高效率。
系统的输入动态范围为0~10Vpp，增益调节范围为0~95dB，步进可预置，也可手动连续调节，预置增益与实际增益误差小于2%。
系统还设置了输入信号的幅度测量功能。
关键词：功率放大高增益直流放大器低压差设计报告一、前言随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。
于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。
而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。
由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。
直宽带放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于A∕D转换器、D∕A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。
例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
因此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。
宽带直流能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。
目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带直流放大器也同样占有重要地位。
在无线通信、电子战、电磁兼容测试和科学研究等领域，对射频和微波宽带放大器有极大需求，且这些领域对宽带放大器要求各不相同，特别是在通信系统和电子战系统的应用中，对宽带低噪声和功率放大器的性能指标有特殊要求。
宽带直流放大器设计方案
图 3-1
2.通频带选择电路
通过单片机一个 IO 口控制继电器，切换 5M 和 10M 通频带，电路如图 3-2 所示。
图 3-2
3．椭圆滤波器
我们使用 Filter Solutions 分别设计了-3dB 截止频率为 5MHz 和 10MHz 的九阶 无源椭圆滤波器。 并通过仿真软件对电容电感值做调整。 图 3-2 分别为 5MHz 和 10MHz 的椭圆滤波器电路及其幅频特性曲线图。
2.中间增益放大级方案论证
方案一：采用三极管构成多级放大电路
若用分立元件构成 60dB 放大器，则须采用三极管构成的多级放大器。此方案 有选材方便和成本较低的优点，但是选择性能合适的三级管比较费时间，选择合适 的三极管配对组合更是不容易，并且题目给出的指标较高，三级管构成的多级放大 器容易引起更多的干扰，影响放大质量。此外，晶体管构成的多级放大电路不易实 现大范围的增益连续可调，这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。所以，我们 对下一种方案进行论证。 方案二：使用集成运放 OPA620 构成 2 级放大 单个 OPA620 的增益可调范围为 -20bB — +20dB ，采用两级相连，则可以实 现-40dB-+40dB 的可调范围。从厂商的数据手册可以看出，OPA620 外围电路简单， 容易操控，通频带内增益起伏小于 0.05dB，且放大效果较好。但是若要求实现提高 部分 0-60dB 全范围的连续可调，两级 OPA620 放大则不能达到题目要求。 方案三：使用低噪声增益可控放大器 AD603 使用两级 AD603 构成的增益可调放大电路。 AD603 是主要用于 RF 和 IF AGC 系统的低噪声可调增益放大器， 它具有引脚可 编程增益功能，可以使用一个外部电阻设置增益范围内的任何增益子范围，控制接 口可以输入差分电压，也可以输入单端的正控制或负控制电压，使用十分方便。单 级 AD603 便可以实现 0-40dB 的电压放大， 且该增益范围内有 30MHz 的频带宽， 性 能优异，如果采用两级连放，理论上可以实现 0-80dB 的增益可调范围，能满足题目 要求。其次，AD603 构成的增益可控放大电路有很大的提升空间，可以通过电位器 获取基准电压进行手动控制，通过模拟开关连接电阻器实现增益程控，通过单片机 配合 DAC 模块实现不同精度的增益数控。 所以比较上述两种方案，AD603 与 OPA620 相比，容易实现增益数控，AD603 有更高的性价比，我们最终选择方案三。
基于AD603的直流宽带放大器设计
基于AD603的直流宽带放大器设计直流宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事和医用设备等高科技领域上，具有很好的发展前景。
在很多信号采集系统中，经放大的信号可能会超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大倍数，在自动化程度要求较高的场合，需要程控放大器的增益。
AD603是由美国ADI公司生产的压控放大器芯片，具有低噪声、宽频带、高增益精度（在通频带内增益起伏小于等于1dB）的特点。
压控输入端电阻高达50MΩ，在输入电流很小时，片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响较小，适于实现程控增益调节。
故该系统选择AD603为核心实现高增益、低噪声的程控直流宽带放大器。
1系统设计1.1技术指标输入电阻Ri≥50Ω；输入电压有效值Ui≤10mV;带宽0～10MHz,0～9MHz范围内，增益起伏小于等于1dB;程控增益40dB和60dB,以5dB步进；在60dB放大，带载50Ω时，最大输出10V,且无明显失真。
1.2总体设计宽带直流放大器的实现原理框图如图1所示。
该系统主要由宽带运放级联组成，输入信号经由AD603及外围电路构成的放大网络输出，输出增益为36.5dB,带宽15.6M,再由AD811放大，两级可实现40dB增益，在0～10MHz范围内无明显失真。
经AD811放大电路放大的信号再经过AD829实现60dB增益，输出电压有效值10V,信号经过AD829之后进入扩流电路，实现带载50Ω电阻。
单片机mega16通过DAC0832来控制预置增益，编程实现步进增益5dB,实时液晶显示。
图1总体设计框图1.3单元电路分析与参数计算1.3.1前置放大电路分析与设计AD603是一款8引脚的高增益、带宽可调放大器，带宽最大为90MHz.在-1～+41dB 的增益范围内，带宽可达30MHz;在9～51dB的增益范围内，带宽为9MHz.由于带宽增益积的关系，一级AD603无法实现60dB放大，需采取多级级联实现。
宽带直流放大器设计报告
宽带直流放大器（杨秋云）组员：李华卫毛丽君杨秋云肖茜雯谭平平摘要：本作品以STM32F103VET6为控制核心，采用宽带放大芯片LMH6624和压控放大器VCA810结合方式，实现了设计中可调增益的要求；采用低噪声电流反馈运放THS3091芯片实现了10V有效值输出的功率放大；在系统设计中，采用了合理的阻抗匹配，规范的线路布局和有效的散热设置，并且综合考虑了去耦、滤波，以及使用同轴电缆屏蔽干扰，降低功耗，减少了高频信号的噪声和自激，全面提高了系统的稳定性。
经测试，指标达到设计的要求。
关键词：STM32F103VET6 LMH6224 VCA810 THS3091一、方案论证与选择1、前级放大模块方案一：采用三极管和各分立元件构成前级放大器。
实现不小于22dB的增益，本方案成本低，但电路复杂，调试繁琐，且电路稳定性差，容易产生自激现象。
方案二：采用集成芯片。
采用放大器LMH6624做前级放大的核心器件，具有低噪声、低功耗、高性能的优点。
所以我们采用此方案。
2、可控增益放大模块方案一：采用场效应管控制增益实现。
采用单片机控制场效应管工作在可变电阻区，利用其电压与电阻的线性关系实现增益的控制，但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：采用程控放大器VCA810实现。
因为VCA810的可调范围-40dB~+40dB，那么可直接采用VCA810作为放大的中间调节级对已进行小倍数放大的信号进行再次放大或衰减。
更有一点就是VCA810具有宽带低噪声，并且以dB为单位的线性增益的特点。
该方案方便、稳定，可操作性强，所以采用此方案。
3、低通滤波模块方案一：采用集成芯片实现有源滤波电路。
集成芯片成本较高，而且截止频率难达到设计的要求。
方案二：采用椭圆低通滤波器。
椭圆低通滤波器是一种零、极点型滤波器，它在有限频率范围内存在传输零点和极点。
同样的性能要求，椭圆低通滤波器的通带和阻带都具有等波纹特性，因此通带，阻带逼近特性较好，比其它滤波器所需用的阶数都低，而且它的过渡带比较窄，可以更好的达到设计的要求，所以采用此方案。
寒假作业之宽带直流放大器
宽带直流放大器设计报告设计部分：1、系统框图输入信号通过前置放大器实现输入电阻≥50欧，经过中间放大器，将信号放大，最后经末级放大器达到了负载电阻（50±2） 的指标要求2、硬件电路设计（1）前级放大电路前置放大电路使用电压跟随器实现，如下图所示本系统的通频带为0-10MHZ，为避免引入噪声，其输入阻抗必须限定定在50欧~100欧之间，若电压跟随器的阻抗为Rn，上图电路的输入阻抗为R=Rn//R1=R1*Rn/(Rn+R1)其结果R约等于R1，实际电路应用中，R1取100欧，则R大于50欧此前置放大器有缓冲、隔离的功能，其电压增益接近于1，运算放大器用opa642，此放大器的增益带宽积为400MHz（2）中间放大电路中间放大电路由固定增益模块和增益控制模块组成，从而实现增益可控OPA620集成运放的开环增益带宽积为200MHz，为满足系统的最大通频带10MHz的要求，由OPA620构成的单级闭环放大器的最大增益不能大于A（dB）=增益带宽积/10MHz=20dB由OPA620的幅频和相频特性得，当单级闭环放大器的增益为20dB时，线性相位为零的最大频率约为3MHz，而为16dB时通频带为12.5MHz满足通频带带宽的设计要求。
而增益要大于40dB，则可以用两级16dB级联，再级联一个由AD603构成的增益控制模块增益控制模块AD603的工作原理：电源电压Vs：±7.5V；输入信号幅度VINP：+2V；增益控制端电压GNEG和GPOS：±Vs当脚5和脚7短接时，AD603的增益为40Vg+10，这时的增益范围在-10～30dB。
当脚5和脚7断开时，其增益为40Vg+30，这时的增益范围为10～50dB。
如果在5脚和7脚接上电阻，其增益范围将处于上述两者之间。
而前两级增益为35dB，为使增益大于40dB，则vg要在-0.05 v~0.5v（3）末级放大电路（此部分参考09国赛，对于工作原理不是很清楚）。
宽带直流放大器的设计方案
带宽直流放大器参赛队号:宽带直流放大器(C题)摘要本作品三个模块电路构成:前级放大电路、后级功率放大电路和单片机显示与控制模块。
在前级放大电路中，用宽带可控增益运算放大器AD603两级级联放大输入信号以达到足够的电压增益，再经过后级功率放大电路提供足够的功率输出。
AT89S52单片机的显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外，还可以预置并显示输出电压增益及放大器的带宽。
作品完成了题目的基本要求和大部分发挥要求。
，藉此提高整体电路的性价比，是本设计的一大特色。
一、方案论证与比较1.可控增益放大器部分方案一：放大电路可由分立器件搭建而成，由于60dB的增益要求较高，单级放大电路较难实现，故可采用多级放大电路级联。
输出端采用三极管射极包络检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。
本方案由于采用分立元件较多，而且必须采用高速BJT或FET，电路较为复杂，设计难度大，工作点难于调整，增益的定量调节、AGC自动增益控制和高带宽均非常困难，而且电路稳定性差，容易产生自激现象，不可控因素较多，调试难度大，故不予考虑。
方案二：为了易于实现发挥部分中要求的最大60dB的增益调节，本着优质低价的原则，可以采用较为廉价的D/A芯片DAC0832，利用DAC0832当中的电阻T型网络改变反馈电压，进而控制环路增益。
同时考虑到DAC0832是一种廉价的8位D/A转换芯片，其输出V out=Dn×Vref/256，其中Dn为8位数字量输入的二进制值，可满足256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DAC0832来实现信号的程控衰减。
但由于控制的数字量和最后的增益不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度降低，故放弃此方案。
方案三：由于题目要求放大电路的增益可控，以此可以考虑直接选取增益可调的运放实现，如AD603。
宽带直流放大器—— 年全国大学生电子设计大赛(C题)
宽带直流放大器——年全国大学生电子设计大赛(C题)宽带直流放大器宽带直流放大器是一种常见的电子器件，广泛应用于通信系统、射频领域和电源管理等领域。
年全国大学生电子设计大赛的C题正是关于宽带直流放大器设计。
本文将围绕这个题目展开论述。
一、概述宽带直流放大器是一种具有高增益和宽频带的放大器。
它能够在直流到高频范围内提供稳定的放大功能。
在通信系统中，宽带直流放大器常用于信号放大、频率转换和滤波等应用。
而在射频领域，它主要用于功率放大和射频信号传输。
此外，在电源管理中，宽带直流放大器则用于实现高效的电能转换。
二、电路设计1. 选择合适的放大器类型：宽带直流放大器可以采用多种放大器结构，如共射极、共基极和共集极三种基本的放大器结构，或者采用复合放大器结构。
根据具体要求和应用场景，选择适合的放大器类型。
2. 设计合适的输入输出匹配电路：输入输出匹配电路的设计对于宽带直流放大器的性能至关重要。
通过合理选择电阻、电容和电感等元件，并根据实际情况调整其数值，可以实现输入输出电路的匹配。
3. 优化放大器的增益与带宽：宽带直流放大器需要在保证足够增益的同时，实现尽可能宽的频带。
通过合理选择放大器的参数，如电阻、电容和电感等，以及调整器件的尺寸和工作电压等，可以优化放大器的增益与带宽。
4. 提高直流工作点的稳定性：宽带直流放大器在工作时需要保持稳定的直流工作点，以确保放大器正常工作。
可以采用负反馈、电压稳定源等方法，提高直流工作点的稳定性。
三、性能指标1. 增益：宽带直流放大器的增益是衡量其放大能力的重要指标。
增益的大小决定了信号的放大程度，一般以分贝(dB)为单位表示。
2. 带宽：宽带直流放大器的带宽是指在其输出信号的幅度衰减到原始信号的70.7%时对应的频带范围。
带宽的大小决定了放大器能够传输的频率范围。
3. 输出功率：宽带直流放大器的输出功率是指在给定负载下，放大器能够输出的最大功率。
输出功率的大小决定了放大器的输出能力。
带宽直流放大器设计方案
带宽直流放大器设计方案要求1．基本要求（1）电压增益A V≥40dB，输入电压有效值V i≤20mV。
A V可在0～40dB范围内手动连续调节。
（2）最大输出电压正弦波有效值V o≥2V，输出信号波形无明显失真。
（3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入电阻≥50Ω，负载电阻（50±2）Ω。
（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。
2．发挥部分（1）最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。
（2）在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP ≤0.3V。
（3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4）最大输出电压正弦波有效值V o≥10V，输出信号波形无明显失真。
（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。
（6）电压增益A V可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz 两点）。
（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。
（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。
（二）分析及准备知识1、直流放大器：在自动控制及自动测量系统中，需要把一些非电量（如温度、转速、压力）等参数通过传感器转变成电信号，这些微弱的电信号经放大后就可以推动测量、记录机构或控制执行机构，从而实现自动控制或自动测量。
这些电信号大都是变化极为缓慢、且极性固定不变的非周期性信号（直流信号），它需要直流放大器放大。
宽带直流放大器通频带必须从0开始。
2、电压增益：A V＝20LOG（V o/Vi）电压增益A V≥40dB，不是指输出电压幅值除以输入电压幅值，而是指20×LOG（输出电压幅值/输入电压幅值），也就是输出输入电压的商的10为底的对数的20倍。
40db表示输出电压与输入电压之比为100倍。
3、通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
宽带直流放大器设计
（三） 放大器带宽控制 为了实现放大器带宽可设置 , 设计了 两路滤波器 , 使得放大器带宽 分别为 5MHz 和 10MHz, 通过双掷开关来切换档位以得到不同带宽的幅频曲线。 （四） 抑制直流零点漂移 对于直流放大器而言， 由于放大电路级间必须采用直接耦合方式， 工作点的状态将逐级 传递和放大， 最后导致输出级产生了较大的直流电压。 另外由于温度或电源电压变化也会引 起三极管的工作点变化加剧了直流零点漂移。 直接耦合放大电路的级数越多， 放大倍数越大， 则零漂现象越严重。 本设计采用的均是差动放大电路（无论是前置放大器还是末级功率放大器），而差动 放大电路是抑制零点漂移的良好措施。对于分立元件组成的末级放大电路还采用了 PNP 和 NPN 三极管互补的方法来稳定静态工作点，并抑制零点漂移。 （五） 放大器稳定性 在放大器电路中为了提高运算精度，在电路中加了负反馈回路，而且负反馈越深，闭 环特性越好。但是在级联运放放大电路中，当工作频率较高时，它所产生的附加相移可能会 使负反馈回路的开环增益下降到 1 以前达到 180°，使原来处于负反馈回路的放大器转变为 不可控的正反馈状态，产生自激振荡，破坏放大器的正常工作。 放大器不自激，即放大器稳定的条件是： 当 A( j ) F 1 时 ( j ) 或 ( j ) 时 A( j ) F 1 本设计的前置放大电路采取单级运放负反馈， 保证了放大器在反馈条件下稳定运行。 末级功 率放大器运用相位补偿技术，在放大电路适当位置接入 0.5P 的补偿电容，调整末级主放大 器的开环特性，对应 ( j ) 时， A( j ) F 小于 0dB ，有-10dB 的“幅度裕度” ，破 坏负反馈电路的自激条件。
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宽带直流放大器（C题）摘要本系统以两级直接耦合的可控增益放大器AD603为核心，外加跟随器OPA642和电压放大器AD811配合，实现了增益可调的宽带直流放大器。
系统主要由四个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。
可控增益放大电路由两级直接耦合的可控增益放大器AD603构成，可实现-20dB到40dB的增益调节范围，配合AD811的固定增益实现0dB到60dB的增益调节范围；后级功率放大电路由高速缓冲器BUF634扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。
第二级AD603与固定增益模块间加入直流偏移调零模块，最大限度地减小了整个放大器的直流偏移。
为解决宽带放大器自激问题及减小输出噪声，本系统采用多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，改善放大器的定性。
关键词：宽带放大器，可控增益，调零电路，固定增益，功率放大一、系统方案1. 方案比较与选择 （1）可控增益放大方案一：采用可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC 的基准电压，用DAC 的电阻网络构成运放反馈网络的一部分，通过改变DAC 数字控制量实现增益控制。
理论上讲，只要DAC 的速度足够快、精度足够高就可以实现很宽范围的精密增益控制，但是控制的数字量和最后的20dB 不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，因此不选用此方案。
方案二：选用两级集成可控增益放大器直接耦合作为增益控制，集成可控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生。
单级集成可控增益放大器AD603具有-10dB 到+30dBdB 的增益控制范围，两级级联后理论上可达到-20dB 到+60dB 的增益控制范围，精度达到0.5dB,带宽90MHz ，可以满足题目指标要求。
采用集成可控增益放大器AD603实现增益控制，外围电路简单，便于调试，而且具有较高的增益调节范围和精度，故采用此方案。
（2）功率放大电路方案一：采用分立元件实现宽带功率放大器，可以实现较大输出电压，但需采用多级高频放大电路，受电路分布参数影响，调试难度大，带宽难以保证，所以不选用此方案。
方案二：采用单片集成宽带运算放大器提供较高的输出电压,再由高速缓冲器 BUF634实现扩流输出,提升放大器带负载能力。
此方案电路较简单,容易调试,故采用此方案. （3）低通滤波器方案论证方案一：采用有源滤波器，通带内没有可以没有能量损耗，电路相对有源滤波复杂，需要直流电源供电。
方案二：采用无源低通LC 滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。
无源LC 滤波器的优点是电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高，为了使通带尽量平坦，选用了通带比较平坦的巴特沃斯滤波器。
同时在滤波器后加入固定增益放大器，弥补信号通过滤波器时幅度的衰减。
2. 方案描述系统框图如图1所示，系统主要由五个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、低通滤波电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。
系统增益调节范围为0～60dB，可控增益放大电路由两级AD603构成，实现了-20～40dB的增益调节范围。
前级放大电路增益为0dB,由OPA642作为电压跟随器，实现输入阻抗匹配，增大了后级输入电压。
后级功率放大电路增益为20dB,由电流反馈型运放AD811和THS3001串联提供较高的输出电压，再通过多个缓冲器BUF634并联,扩大输出电流，提升放大器的带负载能力，实现了在50欧姆负载上输出10V有效值。
系统具有增益预置并显示和增益手动连续调节功能，还通过档位切换和无源低通滤波电路，实现了带宽预置并显示功能。
二、理论分析与计算1.增益分配本系统以可控增益放大器AD603为核心，两级级联其增益调节范围理论值为-20～60dB，其它各单元电路都是根据AD603及题目要求设计。
题目要求最大增益要大于60dB，最大输出电压有效值大于等于10V，输入电压有效值小于等于10mV,而中间级采用的可控增益放大器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。
AD603增益与电平关系为：GAD603（dB）=40Vc+10。
式中，Vc为AD603的增益控制电压，范围为-0.5V～0.5V,最大输出电压峰峰值为3Vpp，假如要实现发挥部分的输出电压有效值大于等于10V的要求，即输出电压峰峰值Vpp-min＝2×10×2＝28.28V，为得到最大输出电压,则后级放大至少要有7.86倍。
考虑到滤波器对电压的衰减，后级放大取26dB。
则两级AD603取-20～40dB的增益调节范围，式系统实现0~60dB的调节范围。
为实现输入阻抗匹配，系统第一级为输入缓冲级，由OPA642构成跟随器。
2.带宽增益积分析题目要求的9MHz时通频带内纹波小于1dB，实际上意味着放大器的1dB带宽要达到9MHz以上，带宽限制通过单独的滤波器实现。
压控放大器AD603的带宽为90MHz，前级跟随器我们选择了具有210MHz增益带宽积的运放OPA642，使得压控放大器达到带宽要求。
功放部分采用的芯片为带宽为的电流反馈性运放AD811和带宽配置成180MHz的缓冲器BUF634，以上措施使得整个系统除滤波器以外的1dB 带宽大于9MHz。
3.通频带起伏分析通频带起伏分析由前述可知，在系统总体的通频带内，通频带起伏仅由滤波器的通频带内起伏决定，在-3dB通频带为10MHz时，在9MHz处的衰减小于-1dB，故需要做一个比较陡峭的滤波器来实现，由滤波器设计软件FilterSolution设计仿真得到，利用4阶LC低通滤波器的边缘特性可达到要求。
5.线性相位采用模拟滤波器，只有贝塞尔滤波器能达到近似线性相位，但其缺点是阻带边缘过于平缓，要实现题目要求的特性，滤波器的阶数会很高。
我们使用的4阶LC滤波器并不能达到线性相移。
由于题没有对放大器的相频特性做出要求，我们还是使用了4阶LC滤波器。
6.抑制直流零点漂移抑制零点漂移的主要方法是要使系统工作在一个温度相对定的环境中。
在布局布线中让芯片尽量远离热源，并选用零漂小的芯片。
因为题目要求在0Hz时带内的起伏要到达小于1dB,即误差要控制在12%以内。
当在增益为60dB，输入信号为有效值10mV时，即可得最后输出零点漂移电压要小于10mV×60dB×12%=1.2V。
我们可以假设外部温度控制在10℃以内，同时取极限最差情况：所有漂移都被放大60dB，则可计算出零点漂移为：0.12mV/℃。
我们使用的芯片的温漂都比较小，同时在制作当中有一将前级电路隔离起来，使其远离热源。
7.放大器稳定性由于本系统的放大倍数非常大，后级的信号耦合到前级后很容易引起自激震荡。
为提高放大器的定性，需要注意的是要尽量做好电源退耦，特别是由于本系统的带宽比较宽，信号有可能通过电源线相互耦合，为了防止电源线引起的干扰，我们在每个芯片的电源线上使用去耦电容。
在运放的连接中，反馈电阻要尽量靠近输入引脚，防止反馈回路中的分布电容引入反馈回路中的极点，引起自激。
除此之外在电路布局中使输入级电路与输出级电路远离，防止耦合。
三、电路与程序设计1．电路设计(4)电源电路(1)前置放大电路前置放大电路使用电压跟随器实现，此前置放大电路还具有缓冲、隔离的功能，其电压增益接近于1，输入电阻为50 。
(2)压控放大电路系统可控增益放大电路采用两级AD603实现，单机AD603有高达-10dB到30dB的增益调整范围，最高的线性增益误差（dB/V）只有0.5dB/V，且具有90MHz的高增益控制带宽。
单级AD603增益与增益控制电压Vc（1脚和2脚间电压差）关系为：GAD603（dB）=40Vc+10，Vc范围为-0.5V～0.5V,控制电压由单片机控制12位DAC产生，DAC基准为2.5V,则DAC输入值K与AD603控制电压的对应关系为Vc=2.5/4096×K，能够非常容易的实现增益设置。
AD603接成偏置电压可调模式，电路如图3-2所示:(3)滤波电路滤波电路采用四阶LC低通滤波器，如下图所示：(4)功率放大电路功率放大电路由电流反馈型运放AD811，THS3001HV和高速电流缓冲器BUF634构成，AD811，THS3001HV和BUF634均可±18V供电，AD811调节偏置并实现8dB增益，THS3001HV实现23dB增益，能够满足题目高输出电压的要求。
最后一级电压放大器THS3001HV为电流反馈型运放，具有2500V/us高压摆率，当增益设为20dB时，其带宽为100MHz。
BUF634的带宽为30MHz,压摆率为2000V/us，输出电流为250mA。
THS3001HV 虽然具有高压摆率，但其输出电流有限，为实现高输出电压摆幅、大输出电流，采用THS3001HV 实现20dB增益，通过BUF634实现扩流输出。
2．程序设计系统软件显示了友好的人机界面，采用非线性补偿的方法实现了增益误差校正，软件实现了增益手动连续设置并显示和带宽预置并显示功能。
流程图如四、测试方案与测试结果1．测试方案与测试条件(1)测试仪器①SU3150 DDS 150MHz 信号发生器②YT8045 数字万用表③YB43020 20MHz 模拟示波器(2)测试方案将各部分电路连接起来，输出级加上50Ω负载，进行整机测试。
将输入端短接，测量输出噪声峰峰值。
将放大器的带宽分别预置为5MHz与10MHz，5dB步进或连续调节放大器的增益。
测量不带宽，不增益时的放大器的幅频响应。
2．测试数据①负载测试经测试放大器的输入电阻51Ω，满足题目要求的负载电阻（50±2） 的要求。
、②出噪声测试③输出电压有效值测量输入信号频率为1MHz，输入信号幅度可变，输出信号波形无明显失真。
测试结果如下：≥60dB的题目要求。
值为10 V同时达到了大于等于10V和最大电压增益Au④频率特性测量输入端加入有效值为8mV，增益设置为60dB。
测试的数据如下：频率测试数据从以上表分析计算可得，系统的频率特性满足题目要求, 3dB通频带0～12MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB，基本满足实验要求。
3．测试结果分析通过以上测试数据我们可以看到，系统在电压增益范围，输入电压有效值，通频带范围，输出电压有效值等多个指标上均达到题目的要求。
采用简单的三端稳压器件构成的直流稳压源的效率不是很高，受功放工作条件所限，目前已无法进一步提高输出电压的有效值。
五、结束语本系统要求设计出一个宽带直流放大器。
经过完整的测试，本组所完成的系统达到的题目要求的大部分指标。
用DA给乘法器输送直流电平控制增益是本题最大的特色。
不足之处在于直流稳压源的效率不算很高，输出电压的有效值也有待进一步提高。