宽带直流放大器的设计

第29卷第1期湖北民族学院学报（自然科学版）Vol．29No．1 2011年3月Journal of Hubei University for Nationalities（Natural Science Edition）Mar．2011

宽带直流放大器的设计

刘三军，樊江川，宴佳治，廖红华

（湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施445000）

摘要：宽带直流放大器在无线通信领域，尤其是发射机的末级有重要的用途．通过各种方案的比较，系统采用运放OPA690作为前级和中间级放大，输出级采用ʃ15V供电的视频运放AD811，辅以相应的偏置电路和程控可调电阻实现增益的调节，以单片机MSP430为控制核心；设计出电压增益A V范围为0 60dB，最大输出电压有效值V o ≥10V，3dB通频带为0 10MHz的宽带直流放大器．人机接口采用红外遥控及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能．

关键词：宽带放大器；带宽增益；MSP430；OPA690

中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1008－8423（2011）01－0103－05

Design of Wideband DC Amplifier

LIU San－jun，FAN Jiang－chuan，YAN Jia－zhi，LIAO Hong－hua

（School of Information Engineering，Hubei University for Nationalities，Enshi445000，China）

Abstract：Wide band DC Amplifier can be widely used in wireless telecommunication field，especially in the output side of a transmitter．Based on the comparison of various methods，the system uses OPA690as front and middle amplifiers and AD811as the output amplifier，and uses the adjustable resistors to change gain of wide band DC Amplifier．The experiment shows that voltage gain ranges from0dB to 60dB．The maximum output sine voltage is more than10volts．The3dB pass band is from0to10MHz．

The whole system is controlled by MSP430which is of low power consumption，and the infrared remote module is used as interface，LCD is used as display module that is convenient for interaction．

Key words：wideband DC amplifier；pass band gain；MSP430；OPA690

随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离、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，随之，人们对它的设计要求也越来越高．宽带放大器广泛应用于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，宽带放大器都有十分广泛的应用和良好的市场前景［1］．

放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成．宽带放大器可以作为高频功率放大器使用，高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出；因而可以用宽带放大器作为发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平．按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器［2］．

收稿日期：2010－10－20．

基金项目：湖北省教育厅科学研究项目（DZ0101903）．

作者简介：刘三军（1980－），男，硕士，主要从事嵌入式、SOPC技术的研究．

湖北民族学院学报（自然科学版）第29卷

在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态．甲类放大器电流的流通角为360ʎ，适用于小信号低功率放大．乙类放大器电流的流通角约等于180ʎ；丙类放大器电流的流通角则小于180ʎ．乙类和丙类都适用于大功率工作，丙类工作状态的输出功率和效率是三种

工作状态中最高者．高频功率放大器大多工作于丙类［3］

．但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大．由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小．

本系统以微功耗单片机MSP430FG439［4］

为控制核心，采用丙类放大电路设计出直流放大器，电压增益

变化范围为0 60dB ，步距为6，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，

3dB 通频带0 10MHz ，

电源采用自制直流稳压电源，其输出电压稳定，纹波小

．图1采用分立元件的原理图

Fig．1Schematic based onseparate

components

图2电路框架图Fig．2Schematic of circuit

1

系统方案比较与设计

1．1

主放大器及输入输出电路

1）采用纯分立元件，前级采用差分放大，中间级采用共基－共射高频放大电路，后级采用射集跟随器输

出，其电路图1所示．

差分放大电路有很好的共模抑制比，并且抑制零点漂移能力也很强，因此用其作输入级．共射极放大电路对电压和电流都有放大作用，共集电极放大电路常用作电压跟随器，共基极放大电路只有

电压放大作用，没有电流放大，输入电阻小，高频特性较好，用于高频或宽频带低输入阻抗的场合．因此结合两者的优点，采用共基－共射高频放大．共射极只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好，用于输出级．

2）采用集成运放实现宽带直流增益放大．集成运放输入阻抗很大输出阻抗可以很小，一般小于200Ω．采用闭环放大，其增益因负反馈而使电压输出稳定，零点漂移小．原理如图2所示．综上所述，采用分立元件高频三极管或射频管放大时，其优点是性价比高，放大倍数大，缺点是直流零点漂移不易控制，且其受温度影响很大，且电路复杂，不易调试，对制PCB 板要求很高，短时间内难以完成．而采用集成运放放大

时，其抑制零点漂移能力强，放大器稳定，通频带内增益稳定，通过选择适当型号的运放可以达到题目要求，即3dB 通频带0 10MHz ，在0 9MHz 通频带内增益起伏≤1dB．采用集成运放电路缺点是成本比分立元件要高，功耗相对较大，但是电路简单容易实现，易于调试．综合考虑，选用多级集成运放来实现．1．2增益控制电路

1）采用场效应管或三极管控制增益．主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，电路简单，调试复杂．2）采用高速乘法器型D /A 实现．利用D /A 转换器的VRef 作信号的输入端，D /A 的输出端做输出．用D /A 转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制．此方案简单易行，但经实验知：当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此不选此方案．

3）利用能够压控增益的放大器实现．其特点是可以用单片机方便地预置增益．

由于主放大器可以找到压控增益的器件，本系统采用方案3．1．3

稳压电源

1）由整流电路和稳压电路两部分组成，稳压电路接在整流电路和负载之间，采用了三端可调稳压集成

电路LM337作为ʃ15V ，7912作为ʃ12V 稳压，LM7905作为ʃ5V 稳压．该稳压电源的电路非常简单，输出电压纹波很小．

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