基于可调程控的宽带直流放大器设计
程控宽带放大器的设计论文
系主任（或责任教师）签名：年月日摘要本设计由直流稳压电源、前置放大电路单元、增益控制部分、功率放大部分、单片机自动增益控制部分几个模块构成。
输入部分采用高速电压反馈型运放OPA690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。
同时利用可变增益宽带放大器VCA821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。
功率输出部分采用分立元件制作，提高了负载阻值以及输出有效值。
控制部分由MSP430系列单片机、A/D和D/A组成。
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4.5～5.5V 时AGC控制范围为66dB，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,完成了设计的所有基本要求并做适当的发挥，使设计更完善。
关键词：程控；宽带；自动增益控制；AD603；AGC目录目录摘要 (2)目录 (3)1、方案比较与论证 (5)1.1 前级放大模块部分 (5)1.2 可控增益放大器部分 (5)1.3 功率输出部分 (8)1.4测量有效值部分 (8)2、具体系统设计 (9)2.1总体设计思路 (9)2.2系统各模块电路的设计与分析 (10)2.2.1直流稳压电源 (10)2.2.2前置放大电路单元 (12)2.2.3 增益控制部分 (12)2.2.4功率放大部分 (14)2.2.5自动增益控制（AGC） (14)3、理论分析与参数计算 (15)3.1 增益分配的计算 (15)3.2 AGC介绍 (15)3.3正弦电压有效值的计算 (15)4、程序设计部分 (16)4.1、程序功能描述与设计思路 (16)4.2、程序流程图 (16)5、抗干扰措施分析 (17)6、实验结果 (18)7、误差分析及性能总结 (19)7.1 误差分析 (19)7.2 性能总结 (20)8、心得与体会 (20)参考文献 (21)附录一整体电路图 (22)附录二整体实物图 (22)附录三MSP430F5438主程序 (22)本科生课程设计成绩评定表.................................................................................. 错误！未定义书签。
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。
一种带宽直流放大器的设计
一种带宽直流放大器的设计一种带宽直流放大器的设计摘要：设计了一种由前置放大电路、可预置增益放大电路、低通滤波电路、后级放大电路、直流稳压电路及单片机控制电路组成的带宽直流放大器。
其中增益放大电路由两级可变增益宽带放大器AD603组成，增益的预置由单片机实现，滤波器采用二阶巴特沃思滤波器，而后级放大电路可将输出电压有效值放大到10V。
整个设计实现了最大电压增益AV≥60dB，并且增益连续可调，其制作成本低、电源效率高。
关键词：单片机控制；可预置增益放大；低通滤波；后级放大带宽放大器是指工作频率上限与下限之比远大于l的放大电路。
这类电路主要用于放大视频信号、脉冲信号或射频信号[1]。
本文提出了一种以可变增益放大器VGA AD603为核心，结合外围模拟及数字电路实现宽带放大器的设计方法，带宽可达10MHz。
1系统整体设计该系统由前置放大、可预置增益放大、低通滤波器、后级放大、直流稳压模块和单片机控制与显示模块六大部分构成。
具体电路结构。
2方案论证与设计2.1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[2]，且其增益动态范围有限，故不采用；方案二：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。
用电压控制增益，便于单片机控制，同时可以减少噪声和干扰[3]。
综合比较，选用方案二，采用可变增益放大器AD603作增益控制放大器。
2.2输入阻抗匹配方案选择方案一：采用低噪声精准放大器OP27设计前级的射级跟随，尽管噪声小、精度高，但是由于带宽仅为8MHz，达不到10MHz的要求；方案二：采用高速宽带运放OPA692作为构成前级的射级跟随器。
OPA692是高速宽带运放，其在±5 V双电源工作时，增益为2，频带宽度为190MHz，电压转换速率为2100V/μs[4]。
基于AD603程控增益大功率宽带直流放大器的设计
放 大 器 具 有 增 益 可 程 控 、 率 高 、 带 宽 、 宽 可选 择 等 特 点 。输 入 级 采 用 两 级 ＡＤ ０ 功 频 带 ６ ３级 联 ， 提 高 增 益 控 制 范 围 ； 间 级 采 以 中 用 分 立 元 件 制 作 了高 输 出功 率 放 大 器 ， 出级 设 计 了 两 路 通 频 带 分别 为 Ｏ ５Ｍ Ｈｚ以及 ０ １ 输 ～ ～ ０ ＭＨｚ的 低 通 滤 波 器 实 现 带 宽 的可 预 置 ， 过 ５ 单 片 机 可 以对 放 大 器 增 益 和 带 宽 进 行 控 制 。此 外 对 提 高 直 流 放 大 器 的 各 种 性 能 指 标 提 出 了 多 种 具 体 措 通 １ 施 ， 自动 化 要求 较 高 的 系 统 中 具有 很 好 的 实 用性 。 在 关 键 词 ：Ａ ６ ３ ２ ２ １ ； 控 增 益 ； 带 直 流 放 大 器 Ｄ ０ ；Ｎ ２ ９ 程 宽 中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ． Ｎ７ ２ １ 文 献标ｇ ａ ｅ ｎ ＡＤ６ ３ ｐｒ ｇ ａ ｍ ａ ｌ － ａ ｎ ０ ｏｒｍ ｂ ｅｇ ｉ ｈ ｇ — ｗｅ ｒ ａ ｂ ｎ ｉ ｈ ｐｏ ｒ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ＤＣ ｍ ｐ ｉｉ ｒ ａ ｌｆ ｅ
Ｄｕ Ｙｕ ｌ Ｊａ ｇ Ｘｕ ｆｉ Ｍ ｅ ｉｇ ａ Ｃｈ ｎ Ｚｌ ｎ ｅｉ ｎ ｉｎ ｅｅ ｉ ｎ ｔｏ Ｍ ｅ ｉ ｇ ｏ （ ｏｌｇ ｆＥｌｃｒｎｃ ｉｎ ｅａ ｄＥｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｎａｊｎ ｉｅｓｔ ｆ ｓｓａ ｄＴｅｅｏ ｎｃ ｔ ｎ ， ｎｉｇ ２ ０ ４ ，Ｃｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｅ ｔｏ ｉｓＳｃ ｃ ｎ ｇｎ ｅｉ ， ｎ ｉｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｔ ｎ ｌｅ ｍｕ ｉａｉ ｓ Ｎａ ｊ １ ０ ６ ｅ ｅ ｎ ｙ Ｐｏ ｏ ｎ ｉａ
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。
基于AD603程控增益大功率宽带直流放大器的设计
本设计采用 [*R$[)#和#!位的 \(,*-g)^#^*-g)^#^" 单片机首先接收 键 盘 的 预 置 增 益 值"一 方 面 送 给 -D\ 显 示#另一方面通过一定的运算后输入#!位 \(,"产生控制 电压控制 ,\^"T自动调节增益值"输出所需的信号!
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好的实用性!
9! 总 体 设 计 方 案
本文设计的宽带直流放大器总体系统设计方案框图 如图#所示!
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! 作 者 简 介 !杜 月 林 !南 京 邮 电 大 学 讲 师 "博 士 研 究 生 !主 要 研 究 方 向 为 嵌 入 式 技 术 与 通 信 信 号 处 理 # ’ 基 金 项 目 !南 京 邮 电 大 学 青 蓝 计 划 %/d!"%"RR&资 助 项 目
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研究与开发
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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。
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。
宽带直流放大器系统设计
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｗｉ ｅ ａ ｌｆｅ ；ｇ ｉ ｃ ｎ ａ ｎ ｄ；ｖ ｒａ ｌ ａ ｎ ａ ｌｆｅ ｓ ｄ ｍｐ ｉ ｒ ａｎ・ ｏ ｔ ｉ ｅ ｉ ａ ｉｂ ｅ ｇ ｉ ｍｐ ｉ ｒ ；ＤＡ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｉ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ＥＥＡＣＣ ：１ ２ ２０
它有效地增大 了输入阻抗 。设 计跟随模块见 图 ２ 。 ２ ２ 增 益放 大 电路 ．
出阻抗 的功 率放 大 网络 ， 高带 负载 能力 ； 提 系统 通过
Ａ ８ Ｓ ２实现 系 统 的控 制 ， 键 盘 和 Ａ Ｐ Ｔ ９５ 将 Ｌ Ｓ旋 钮 输 入信 号 通 过 Ｄ Ｃ输 出 ， 控 制 Ａ ８ ３ Ａ 以 Ｄ ３ ６的放 大 增
图 １ 系统 整 体框 图
２ 硬 件 设 计
２ １ 前 级 跟 随 电 路 ．
前级 跟 随 电路 以 Ｔ Ｓ０ １为 核 心 ， Ｈ ３０ 它具 有 高 达 ６５ ０Ｖ ｐ 的转换速 率 ，２ Ｈ ０ ／ ￣ ｓ ４ ０ Ｍ ｚ的 一 频 带和 良好 通
的带 内平 坦度 ， １０ＭＨ 在 １ ｚ时 ， 益 仅下 降 ０ １ｄ 。 增 ． Ｂ
ⅣＧ ａ ｌ Ｘｉ ｏ
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宽带直流放大器的设计与实现
宽带直流放大器的设计与实现赵冬梅，宋阳，周波（海军大连舰艇学院基础部，辽宁大连116018）引言放大是模拟电子技术中最基本的信号处理功能，它是通过放大电路实现的[1]。
信号经过放大后，除了幅值增大外，还要保证波形不失真。
由于绝大多数信号的频率都不是单一的，比如音频信号的频率范围为20Hz~20kHz ，为保证信号的失真限定在允许的范围内，应设计放大电路的带宽和信号的带宽相匹配，故音响系统放大电路的带宽定在20Hz~20kHz 。
2020年初，新冠肺炎疫情爆发，病毒诊断、手术治疗、AI 智能识别、远程视频会议等技术都无一例外地涉及视频信号的处理，为增强信号的亮度、色度和同步信号，首要环节是放大，而模拟视频信号的频率范围为0~4.5MHz ，这个范围既宽且包含直流，为实现不失真地放大，需要设计宽带直流放大器。
1总体方案设计1.1放大电路部分放大电路部分的设计方案有两种，一种是利用分立元件，一种是利用集成运算放大器。
分立元件的性能受外界环境影响较大，特别是温度，故这种方案电路稳定性差，且受分立元件内部极间电容和分布电容的影响，宽频带的要求也难以实现。
集成运算放大器性能稳定、价格低，根据数据手册可以在增益和带宽之间找到较好的平衡，重点解决级间的调试以及外围电路的去耦即可[2]。
经过性能对比，选择宽带、高增益集成运放OPA699和THS3121的级联构成放大电路部分。
1.2控制及显示部分为丰富放大器功能，增加控制及显示部分。
为使增益及带宽可预置并显示，采用单片机作为微处理器，配上键盘、液晶显示屏等外设模块，利用三极管驱动继电器的方式切换反馈电阻从而控制放大器的增益。
这是一个模数混合的系统，要注意使用必要的抗干扰技术使数字信号对模拟放大部分的干扰达到最小。
这种方案电路比较简单，使用方便、直观，波形不失真，效果良好。
2系统整体框图系统整体设计框图如图1所示。
图1系统整体框图3系统各模块电路的设计3.1单片机系统单片机接收并判断按键值，控制增益和带宽选择，通过液晶显示增益值和带宽值。
程控宽带直流放大器的设计
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3.1 设计任务书
3.1.4 设计及论文的时间安排
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 阅读相关资料，学习相关理论知识（3周）。 设计系统的总体设计方案（3周）。 绘制PCB版图并完成硬件系统（3周）。 编制相应的软件设计（2周）。 系统各模块调试以及系统总体联调（2周）。 完成论文写作（3周）。 评阅及答辩。
第3章 程控宽带直流放大器的设计
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本章导读
本章将介绍一种增益可调、通频带可预置的程控宽带直流 放大器，其中包括了宽带直流放大器的原理、硬件的制作、 软件程序的编写及系统的调试等。
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3.1 设计任务书
设计任务书的作用是让设计者了解本系统设计的目的、意义，有关的 要求以及整个设计的时间安排，只有这样才能高质量地完成系统设计。
1. 可控增益放大器部分 方案一：用AD603进行两级放大。 方案二：用AD811和可控电阻权网络AD7520。 方案三：用增益可控直流放大器LMH6505。 综合上述方案，这里选择方案三。 2. 后级固定增益部分 方案一：使用分立元件自行搭建二级放大器。 方案二：使用集成电路芯片。 考虑到性能的稳定性和时间紧迫等因素，这里选择方案二。
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3.3 系统方案论证与理论分析
模拟电子技术中许多器件的物理特性往往是电类学习中的难点，想 要成为一名优秀的硬件工程师必须要对这些特性充分熟悉。在进行方案 设计之前需要对这些知识有个大概了解。
3.3.1 宽带直流放大器总体方案分析
与一般宽带放大器相比，宽带直流放大器要求具有良好的低频放大 特性，其幅频特征示意图如下图所示。所以在芯片选型时，其作用频率 范围要从0Hz开始。
一种可控宽带直流放大器的设计
设 计 了一种可控宽带直流放大器 。通频带为 （ ０～５ ＭＨ 和（ ） ｚ ０～１ ） ｚ ０ ＭＨ 可选 ， 增益调节 范围为（ ０～６ ） Ｂ 可驱动 Ｏｄ ，
２ Ｂ ｉｎ ｎ ｅ ｉ ｆ ｏｔ ａｄＴ ｌ ｏ ｍｕｉａｏ ｓ ｎｉｅｒ ｇｗｔ Ｍａａｅ ｅｔ ｅｉｇ１２０ ） ． ｅ ｉｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｓ ｎ ｅ ｃｍ ｎｃｔ ｎ ｇ ｅ ｎ ｉ ｎｇｍ ｎ，Ｂ ｉｎ ０ ２ ９ ｊ ｖｓ ｙ Ｐ ｓ ｅ ｉ Ｅ ｎ ｉ ｈ ｊ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｋ ｎ ｆ ｃ ｎ ｒ ｌ ｂ ｅ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｄ ｒ ｃ ｕ ｒ ｎ ｍｐ ｉ ｅ ｓ ｄ ｓ ｎ ｄ ｔ ｓ ｈ Ｕ ｓｒ ｃ ｉ ｄ ｏ ｏ ｔ ｌ ｌ ｒ ａ ｂ ｎ ｉ ｔ ｃ ｒ ｔ ａ ｌ ｒ ｉ ｅ ｉ ｅ ｏ ｕ ｅ ｔ ｅ ＭＣ ｏ ａ ｅ ｅ ｉ ｆ ｇ ８ Ｃ ａ ｄ Ｆ ＧＡ ａ ｅ ｃ ｒ ｆ ｈ ｙ ｔ ｍ ， ｎ ｔ ｅｖ ｒ ｂ ｅ ｇ ｉ ｍｐ ｉ ｅ ０ ５ ｎ Ｐ ｓｔ ｏ ｅｏ ｅ ｓ ｓｅ １ ｈ ｔ ａ ｄ ｗｉ ｔ ａ ｉ ｌ － ａ ｎ ａ ｌ ｒ ｈ ｈ ａ ｉ ｆ ＡＤ６ ３ ａ ｄ ｔ ｅＰ ｏ ｒ ｍ— ０ ｎ ｒｇａ ｈ
２１ ００年 ８月 第３ Ｏ卷 第 ４期
宇航 计 测 技 术
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＡｓ ｏ ａ ｔ ｔｏｏ ｙ ａ ｄ Ｍｅ ｓｒ ｍｅ ｔ ｏ ｒａ ｔ ｎ ｕｉ Ｍｅｒｌｇ ｎ ａｕ ｅ ｎ ｏ ｒ ｃ
Ａｕ ． ２ ０ ｇ ， ０１ Ｖｏ ． ０． ． １ ３ Ｎｏ ４
准确度 、 宽频带 、 高增益 、 低噪声 等指标 ， 然而 同时
基于程控宽带放大器的设计样本
3 种模式：
模式 1：将 VOUT 与 FDBK 短路，即宽频带模式(90MHz 带宽)时增益变化范畴为一 10～
+30dB；
模式 2：VOUT 与 FDBK 之间外接一种电阻 REXT，FDBK 与 COMM 端之间接一种 5．6pF 电
容用于频率补偿．依照放大器增益关系式，选用适当 REXT，可获得所需要模式 1 与模式 3
核心词：AD603,AT89S52,DAC0832，程控放大器，高增益放大器
1、方案论证及比较
1.1 总体方案框图
本系统原理方框图如图 1 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、键盘及稳压电源等构成。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
目录
摘要
本设计是采用 AD603 可控增益放大器芯片设计一款高增益，高宽带直流放大器，采用 两级级联放大电路了，提高了放大增益，扩展了通频带宽，并且具备良好抗噪声系数，采 用 AT89S52 芯片控制数模转换(DAC0832 芯片)进行程控放大控制，在 0—20MHz 频带内，放 大倍数在 0-40dB 之间进行调节，增益起伏为 1dB。系统具备键盘输入预置，增益可调和液 晶显示，具备很强实际应用能力。
图 2 场效应管放大器电路图 方案二 采用可编程放大器思想，将输入交流信号作为高速 D/A 基准电压，这时 D/A 作为一种程控衰减器。理论上讲，只要 D/A 速度够快、精度够高就可以实现很宽范畴精密 增益调节。但是控制数字量和最后增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，导致增益调节 不均匀，精度下降。 方案三 使用控制电压与增益成线性关系可编程增益放大器 PGA，用控制电压和增益 （dB）成线性关系可变增益放大器来实现增益控制（如图 3）。依照题目对放大电路增益 可控规定,考虑直接选用可调增益运放实现,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参照电压决定;而这个参照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,从而实现较精准数控。此外 AD603 能提供由直流到 30MHz 以上工作 带宽,单级实际工作时可提供超过 20dB 增益,两级级联后即可得到 40dB 以上增益,通过后 级放大器放大输出,在高频时也可提供超过 60dB 增益。这种办法长处是电路集成度高、条 理较清晰、控制以便、易于数字化用单片机解决。
宽带直流放大器的设计报告
宽带直流放大器的设计摘要：宽带直流放大器在科研和测量仪器中具有重要作用，本设计以可编程增益放大器VCA822、12位串行D/A芯片DAC7611和TI公司的MSP430F149单片机为核心，设计一种可编程控制电压增益的宽带直流放大器。
宽带直流放大器的电压增益从0dB到60dB，可以通过按键手动连续调节，输出电压有效值从5mV 到12V，控制误差不大于5%，放大器带宽达到10MHz。
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。
在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP≤0.3V。
放大器所用的直流稳压电源的效果比较理想，符合设计的大部分要求。
关键词：宽带直流放大器；MSP430F149；D/A；A/D；可编程。
1.作品简介本设计以VCA822、MSP430F149、DAC7611芯片构成的电路为核心，加上峰点检测电路，滤波放大电路，功率放大电路，按键控制电路，显示电路模块，以实现对宽带直流放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制并显示。
宽带直流放大器的电压增益从0dB到60dB，可以通过按键手动连续调节，输出电压有效值从5mV到12V，控制误差不大于5%，放大器带宽达到10MHz，在0到9MHz通频带内增益起伏小于等于1dB。
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。
在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP≤0.3V。
所设计的放大器所用的直流稳压电源部分的特性比较好，稳压效果相当理想。
按键和显示电路部分实现人机交互，完成对电压放大倍数和输出电压的设定和显示。
2.方案设计2. 1方案论证与选择本设计采用程控的方法对宽带直流放大器的电压放大倍数进行准确控制，同时也能够在当输入电压在一定的范围内变化时输出电压进行自动稳幅。
由于要实现对该宽带直流放大器的电压增益可调的目的，经过分析，电压增益可控制部分的设计得到如下的三种方案。
方案一：利用场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管的分压的这个原理。
宽带直流放大器的设计
６ ４ ４ ０ ／ ／ Ｒ Ｇ Ｆ ＝２ ０ Ｌ ｏ ｇ （ １ ＋． ６ ９ ４ ＋ Ｉ ，
增 益实现信号放大 ， 经增益微调电路和功率放大 电路 ， 输 出满 足用 户需 求的信号。
图 １ 系 统 总体 设计 框 图
２电路设 计 及参 数计 算
２ ． １增 益 可控 放 大 电 路 的设 计
ＡＤ ６ ０ ３ 级联 的增益 可控放大 电路如 图２ 所示 。Ａ Ｄ ６ ０ ３ 是美 国 Ａ Ｄ Ｉ 公 司生产 的一款低 噪 、 ９ ０ Ｍ带宽增益 电压可调 的放 大器 ， 可 提供从 直流到 Ｉ Ｏ ＭＨ ｚ 以上工作带 宽 ， 其增益 （ ｄ Ｂ ） 与控制 电压 （ ｖ） 成线性关 系 ， 易 于用 Ｄ ／ Ａ输 出电压控 制放 大器增益 。增益控 制接 ／ ２ Ｉ 通 过控制 电压 （ 为 引脚 Ｇ Ｐ Ｏ Ｓ 与引脚 Ｇ Ｎ Ｅ Ｇ的电压差 ） 来控 制输入 信号 Ｇ ， 且Ｇ Ｐ Ｏ Ｓ 和Ｇ Ｎ Ｅ Ｇ端 的输入阻抗 高达 ５ ０ Ｍ Ｑ。
（ 广州大学 物理与电子工程学院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
摘要： 该 文以Ａ Ｖ Ｒ ． ｍｅ ｇ ａ １ ６ 单 片机作为控制核心 ， 通过控 制 １ ２ 位 Ｄ／ Ａ对ＡＤ６ Ｏ ３实现增益可控放大 ， 设计 了一个在 ０ ～５ ＭＨｚ
频 带 内， 增益 ０ ～４ ０ ｄ Ｂ连续 自动 可调 、 增 益波动 小于 ｌ ｄ Ｂ、 在５ ０ ｎ 负载输 出最大 电压达２ ２ Ｖ的宽带直流放 大器。
基于可调程控的宽带直流放大器设计
基于可调程控的宽带直流放大器设计作者：李继昌李洛勤来源：《科技创新与应用》2016年第18期摘要：本系统采用可控增益放大器VCA810和宽带低噪声运放OPA2846结合的方式，通过主控芯STC12C5A60S2控制D/A输出电压调整VCA810增益，并且能够有效地实现0～60dB可调增益.还加入BUF634并联模块以提高系统的带载能力，之后使用巴特沃兹无源低通滤波电路对放大器的带宽进行限制，同时滤除噪声.末级采用THS3092两路并联功率放大模块对输出功率进行放大，使整个系统输出最大有效值达到6V本系统具有带宽增益可调范围大，能够有效抑制直流零点漂移，放大器稳定性高等特性。
关键词：宽带放大器；可控增益；VCA810本系统设计一个基于可调程控的宽带直流放大器，要求增益可调范围为0～60dB，信号的通频带保持在0～5MHz，最大带宽增益积为5GHz，输出电压有效值可达6V，具有通频带内增益平坦，能够抑制直流零点漂移，并且能够保持放大器的稳定性。
文章根据上述要求设计的系统主要包括四个模块：固定增益放大模块、可变增益放大模块、低通滤波器模块及功率放大模块。
1 系统总体框架如图1所示，本系统以STC12C5A60S2作为控制与运算核心，将输入信号输入到第一级放大电路进行增益放大，再经第二级放大电路滤除杂波和进行功率放大后得到符合要求的输出信号。
其中，第一级放大电路主要包含固定增益放大模块和可变增益放大模块，第二级低通滤波器模块和功率放大模块。
另外，STC12C5A60S2主要用于可变增益放大模块的程控和输出调制电压的实时显示。
为使第一级放大电路和第二级放大电路不互相影响，文章在两级电路之间加入一个缓冲级。
2 实现原理2.1 带宽增益积。
本系统信号通频带为0～5MHz，最大电压增益Av≥60dB，则系统增益带宽积为：5M×10^（60/20）=5GHz2.2 通频带内增益起伏控制。
对于通频带增益起伏的控制，本系统需要设置放大器的频率范围为0～5M，因此必须保证0～5M通频带内增益保持平坦。
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基于可调程控的宽带直流放大器设计
本系统采用可控增益放大器VCA810和宽带低噪声运放OPA2846结合的方式，通过主控芯STC12C5A60S2控制D/A输出电压调整VCA810增益，并且能够有效地实现0～60dB可调增益.还加入BUF634并联模块以提高系统的带载能力，之后使用巴特沃兹无源低通滤波电路对放大器的带宽进行限制，同时滤除噪声.末级采用THS3092两路并联功率放大模块对输出功率进行放大，使整个系统输出最大有效值达到6V本系统具有带宽增益可调范围大，能够有效抑制直流零点漂移，放大器稳定性高等特性。
标签：宽带放大器；可控增益；VCA810
本系统设计一个基于可调程控的宽带直流放大器，要求增益可调范围为0～60dB，信号的通频带保持在0～5MHz，最大带宽增益积为5GHz，输出电压有效值可达6V，具有通频带内增益平坦，能够抑制直流零点漂移，并且能够保持放大器的稳定性。
文章根据上述要求设计的系统主要包括四个模块：固定增益放大模块、可变增益放大模块、低通滤波器模块及功率放大模块。
1 系统总体框架
如图1所示，本系统以STC12C5A60S2作为控制与运算核心，将输入信号输入到第一级放大电路进行增益放大，再经第二级放大电路滤除杂波和进行功率放大后得到符合要求的输出信号。
其中，第一级放大电路主要包含固定增益放大模块和可变增益放大模块，第二级低通滤波器模块和功率放大模块。
另外，STC12C5A60S2主要用于可变增益放大模块的程控和输出调制电压的实时显示。
为使第一级放大电路和第二级放大电路不互相影响，文章在两级电路之间加入一个缓冲级。
2 实现原理
2.1 带宽增益积。
本系统信号通频带为0～5MHz，最大电压增益Av≥60dB，V，故应尽量减少使用VCA810的数量，在增益控制中，本系统采用一片VCA810可变增益放大与OPA2846固定增益放大配合，通过单片机程控输出信号放大通路实现0～60dB可调增益，OPA2846的输入偏置电压仅为0.15mV，THS3092在±5V供电时输入偏置电压仅为0.3mV，均能够很有效地抑制零点漂移。
2.4 放大器稳定性
系统的稳定性取决于系统的相位裕量，相位裕量是指放大器开环增益为0dB 时的相位与180°的差值，放大器一般会有自激的问题，有的情况是由于在放大器的相移为180°时，其增益仍然大于1，这种情况可以在反馈环路中增加零点来做相位补偿.总体来说，自激振荡是由于信号在通过运放及反馈回路的过程中产生了附加相移，用？驻？准？住表示低频段的附加相移，？驻？准F表示高频段
的附加相移，当输入某一信号频率为f0，使？驻？准？住+？驻？准F=N？仔（N 为奇数），反馈量使输入量增大，电路产生正反馈。
由于本系统中的反馈均为运放单级反馈，故应注意使每级运放自身产生的附加相移小180°，在电路调试过程中，对于电压反馈型运放OPA2846，VCA810，我们可以人为地引入电阻、电容，他们在f0处产生的附加相移为？驻？准B，若使得？驻？准B+？驻？准？住+？驻？准F≠N？仔（N为奇数），则自激振荡得以消除，对于高速，宽带的电流反馈型运放THS3092，我们特别注意了走线布局，如反馈环一定要走最短路线，因为长的线也会引起更大的附加相移；计算选择了合适的反馈电阻阻值，使其不因阻值太大而产生更大的分部电容，导致更大的附加相移；也不因阻值太大而降低放大器的带宽。
3 主要功能模块设计
3.1 第一级放大电路设计。
第一级放大电路包含固定增益放大模块及可变增益放大模块。
OPA2846固定增益放大模块设置固定增益为20dB，再加上VCA810可变增益范围为-40dB～40dB，采用单片机程控D/A输出电压控制VCA810的电压增益可调范围为-20dB～40dB，这样就能实现0dB～60dB可调增益。
3.2 第二级放大电路设计。
第二级放大电路包含低通滤波器模块及功率放大模块。
第二级放大电路加入了5MHz的LC低通滤波器以滤除杂波。
为获得放大器通频带内最平坦的幅频特性曲线，使用滤波器设计软件Multism设计并制作了三阶巴特沃斯5M低通滤波器测试表明信号经过滤波器后会衰减为原来的1/2，故在滤波器后加入由THS3092搭建的10倍增益放大器，使输出功率增大的同时有效恢复原来电压的幅度。
为获得6V有效值及大电流输出，我们采用两路THS3092并联扩流的方式搭建功率放大模块。
3.3 功率缓冲设计。
本系统中采用了由多个高速缓冲器BUF634并联的功率驱动模块，实现了扩流输出，提升了放大器带负载能力。
BUF634是高速缓冲芯片，可用±18V供电，输出电流达250mA，压摆率2000V/uS。
BUF634在高带宽模式下的带宽为180MHz，但单片BUF634难以达到理想的摆幅要求，因此采用几片BUF634并联的方法来达到摆幅要求，经由实验测试，由2片BUF634并联就可达到理想的摆幅和负载。
3.4 各级电源设计。
本系统采用±5V电源为VCA810可变增益放大器、OPA2846固定增益放大器及单片机供电；为满足6V有效电压的输出，采用±18V 电源为THS3902并联功率放大电路供电；±5V、±18V电源采用线性稳压块7805、7905、7818、7918搭建。
3.5 主控制器选择。
选用STC12C5A60S2单片机对系统进行控制，单片机主要完成以下功能：一是用按键控制D/A输出的电压，实现对放大器VCA810的增益控制；二是用A/D采集D/A输出的电压，并将电压值实时显示在1602液晶屏幕上。
3.6 抗干扰处理。
本系统在实际制作中通过采用地线将整个运放电路包围，
以吸收高频信号、减少噪声的方法来减少干扰，避免自激。
在增益控制部分和后级功率放大部分也都采用此方法。
另外，在功率放大级电路中，这种方法可以有效避免高频信号辐射。
4 系统软件设计
本系统使用STC12C5A60S2单片机作为控制核心，启动系统后，单片机自带A/D自动读取当前D/A输出电压值，并且显示在LCD1602上，通过按键控制可以调节控制D/A输出的电压，从而达到程控调节电压增益的目的。
5 结束语
文章设计的可调程控宽带直流放大器实现了0～60dB范围的可调增益，0～5MHz的信号通频带，并且通过BUF634并联模块提高了系统的带载能力，最后经过功率放大之后能使整个系统输出最大有效值达到6V。
经过测试，系统具有带宽增益可调范围大，能够有效抑制直流零点漂移，放大器稳定性高等特点。
参考文献
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[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.。