宽带直流放大器设计报告-江帆
宽带直流放大器设计
1.宽带直流放大器的应用前景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。
2 系统整体设计方案2.1 宽带直流放大器的基本原理该直流宽带放大器的基本工作原理是利用STC89c52单片机作为微控制器。
放大电路由前级放大、程控放大和功率放大三部分组成。
通过有效值检波电路，将输出电压的有效值经过AD转换电路，把输出模拟电压有效值转换成数字信号，送给微控制器处理并显示。
单片机通过键盘预置输出电压，把预置输出值同A/D采集回来的输出电压有效值相比较。
经微控制器数据处理后，通过D/A输出的电压值调节程控放大器的放大倍数，使输出值达到预设值。
从而形成一个闭环控制系统。
输入信号经前级放大后经一个射随器进入可控增益放大，其放大倍数由单片机通过D/A转换器调整AD603的控制电压Vg并根据公式：增益GAIN=40×Vg+20（dB）来设定。
而在AGC模式下，此控制电压Vg是由AGC电路的反馈电压得到，不受单片机控制。
经可控增益放大后的信号最后进过功率放大得到需要的输出信号，前级和后级的增益搭配，都是经过精确的测量和计算的。
输出电压经有效值检波得到峰值电压并反馈到单片机，经运算和线性补偿得到有效值，同时由单片机推到数码管显示出来。
2.2 主要模块比较与选择2.2.1 主放大器方案比较与选择方案一：采用分立元件设计。
此方案元器件成本低，但设计复杂度较大，并且由于受到众多寄生元件的影响，调试工程复杂且周期长，频率高时更突出。
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）01－0103－05Design of Wideband DC AmplifierLIU 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 onseparatecomponents图2电路框架图Fig．2Schematic of circuit1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．401第1期刘三军等：宽带直流放大器的设计2）开关稳压电源．此方案效率高，但电路复杂，开关电源的工作频率通常为几十至几百KHz ，基波与很多谐波均在本放大器通频带内，极容易带来串扰．电源模块选择方案一中的串联型稳压电源．图3抑制直流零点漂移的电路Fig．3Circuit to Restrain dczero －point drift2理论分析与计算2．1带宽增益积根据OP690［5］运放的芯片手册可知，+5V 供电时其增益带宽积GBP =200MHz ，前两级采用OP690级联放大，在满足其增益带宽情况下，其增益倍数由第三级决定．OP690在10MHz 和5MHz 时其最大增益分别为200MHz 10MHz =20倍、200MHz5MHz=40倍，两级理论上总共可放大倍数为：A V 1=20ˑ40=800倍≈58dB第三级采用AD811［6］用来实现放大器的带宽可预置功能，据其数据手册可知，其在供电ʃ15V 时增益带宽积GBP =66MHz．由于第三级承担系统带宽可预置的功能，预置点为5MHz 、10MHz ，由AD811的增益带宽积GBP =66MHz ，系统的最大放大倍数为60dB （1024倍）可知，其分别对应的放大倍数如下：1）在预置点F T =5MHz 时，第三级增益A V 11=66MHz5MHz≈13倍≈23dB．前两级最大放大倍数为：A V =102413=78．7倍≈37dB ，小于A V 1=66dB ，满足设计要求．2）在预置点F T =10MHz 时，第三级增益A V 12=66MHz10MHz≈6．6倍≈18dB．前两级最大放大倍数为A V =10246．6=155倍≈42dB ，小于A V 1=66dB ，满足设计要求．2．2抑制直流零点漂移放大器直流弱信号放大导致零点漂移，发生在前级放大器．因此用电位器W 1（如图3）调节放大器的零点．在系统已经调试完毕后，用固定电阻代替W 2．2．3放大器稳定性本系统工作稳定度很大程度上受多级运放在深度负反馈时的自激振荡的影响，输出波形很容易失真．改进方法：破坏自激振荡条件［3］：20lg A ·F ·+G m =0φa +φf =（2n +1）180{ʎ或者满足20lg A ·F ·=0φa +φf +φm =180{ʎ其中幅值裕度G m ≤－10dB ，相位裕度φm ≥45°保证可靠稳定，留有余地，以保证不会自激振荡．消除自激振荡的措施如下：由于深度负反馈易造成自激振荡，因此在运放的输入端与输出端接上小于10pF 的电容，进行频率补偿，从而达到相位破坏自激振荡的条件．2．4直流稳压电源的效率计算1）对于LM317和LM337来说，使用的输出电压分别是ʃ14V ，输入电压分别是ʃ23V ，输出最大电流是1．5A ，其效率分别为：ρ1=14V ˑ1．5A23V ˑ1．5Aˑ100%=60．9%ρ2=－14V ˑ1．5A－23V ˑ1．5A{ˑ100%=60．9%2）对于L7812和L7912而言，输入电压分别为ʃ23V ，输出为ʃ12V ，最大输出电流量为1．5A ，其效率501湖北民族学院学报（自然科学版）第29卷分别为：ρ3=12V ˑ1．5A23V ˑ1．5Aˑ100%=52．17%ρ4=－12V ˑ1．5A－23V ˑ1．5A{ˑ100%=52．17%3）对于KA7805和KA7905而言，输入电压分别为ʃ12V ，输出电压为ʃ5V．最大输出电流时1A ，其输出效率均为21．74%．3系统电路结果分析3．1测试结果表1调节系统电路第三级的测量结果Tab．1Result of V pp when adjusting the third amplifier输出电压V pp /mV第1次第2次第3次平均值理论值10Hz 423422416421．64001KHz 422423423422．740010KHz423423422422．8400100KHz 422422420421．64001MHz 422418423420．339910MHz420421421420．5399表2调节系统电路前两级的测量结果Tab．2Result of V pp when adjusting the front two ampliflers输出电压V pp /mV 第1次第2次第3次平均值理论值10Hz 11．011．011．111．0201KHz 11．211．411．311．02010KHz 11．010．810．910．220100KHz 10．810．911．110．9201MHz 5．65．75．55．61810MHz 1．61．41．61．520200KHz10．310．510．510．420400KHz 8．88．78．68．620600KHz8．08．07．97．919620KHz 7．87．77．67．719650KHz7．57．47．47．4191）15Hz 、15mV 信号输入时，最大输出电压V 0pp =19．8V 转换为有效值为V m =19．8V1．414=14．0V ，电压增益A V =19．8V0．015V=1320倍=62．4dB ；2）当增益为最大时，最小输入电压可达到15mV ；3）3dB 时增益通频带为0 600KHz （增益为40dB 时测得），通频带内增益起伏≤1dB ；4）放大器的输出负载为50Ω；5）直流稳压源的效率为45%、31%、7%；6）当输入电压为100mV 时，单独调节第三级，使V pp 最大时的测量结果如表1所示；当输入电压为100mV 时，调节前面两级，使输出端得到最大增益，测量结果如表2所示．3．2结果分析与误差分析1）根据测试结果，与理论计算比较分析如下所示［7］：①3dB 的通带频据数据手册计算为66MHz ˑ200MHz =13200MHz ；②最大电压增益在多级开环增益A V 为约为无限大；③直流稳压电压效率．2）测试误差分析：可能有以下原因：①电路中及外界电信号的干扰，包括函数发生器和示波器的电缆线，造成较大杂波信号，并且被运放放大；②要得到稳定的输出电压，需要负反馈，但很容易造成深度负反馈，从而产生自激振荡，对信号的输出有很大的影响；③PCB 板布线有缺陷，高频干扰很严重；④运放芯片都是插上去的，而不是直接焊上，造成干扰；⑤数字电位器在高频信号时，其阻值有较大的变化，不利于电压增益A V 可预置［8］．4结论4．1本设计未能达到的指标及其原因1）3dB 时增益通频带为0 10MHz ，通频带0 5MHz内增益起伏≤0．1dB．原因分析：没有发挥运放的通频带的潜能，没能在高增益时较好的消除自激振荡；2）在A V =60dB 时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP ≤0．3V ，没有达到要求；原因分析：电路中分布电容和杂散电容对电路的稳定性有很大影响．4．2需要改进的地方这次作品有很多需要改进的地方．601701第1期刘三军等：宽带直流放大器的设计1）输入输出没有采用滤波电路，可在每一级之间加上低通滤波电路，降低噪声干扰．2）电路板设计方式有待改善，如覆铜、前后两级之间加上屏蔽盒，以减小高频干扰．高频宽带增益控制模块具有增益调节范围大、工作频率范围宽、控制灵活及成本低廉等优点．但是，对照芯片AD811和OP639的技术指标，我们发现仍有潜力可挖掘．3）自激振荡还没有完全消除．4．3本设计的创新点1）当电路确定时，根据第三级的增益带宽积为常数，来实现放大器带宽可预置5MHz、10MHz；2）用数字电位器来实现电压增益A可预置；V3）采用低功耗单片机MSP430单片机，可降低整体功耗．参考文献：［1］李景峰，陆生礼．电视调谐器中电阻负反馈结构的宽带低噪音放大器设计［J］．电子器件，2009，32（4）：771－773．［2］庄海军．基于软件仿真的高频功率放大器设计［J］．电子工程师，2008，34（11）：33－34．［3］康华光．电子技术基础（模拟部分）［M］．北京：高等教育出版社，2005：382－395．［4］洗建华，杨艳琴．MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2008：123－133．［5］黄争．德州仪器商性能模拟器件在大学生创新设计中的应用与快速选型指南［S］．上海德州仪器有限公司大学计划部，2009：7－11．［6］康华光．电子技术基础（数字部分）［M］．北京：高等教育出版社，2005：435－440．［7］谢自美．电子线路设计·实验·测试［M］．3版．武汉：华中科技大学出版社，2006：186－194．［8］王正林，王胜开，陈国顺，等．MATLAB/Simulink与控制系统仿真［M］．2版．北京：电子工业出版社，2008：109－117．·信息与写作·引言论文引言也称前言、序言或概述，经常作为科技论文的开端，提出文中要研究的问题，引导读者阅读和理解全文．引言作为论文的开场白，应以简短的篇幅介绍论文的写作背景和目的，以及相关领域内前人所做的工作和研究的概况，说明本研究与前人工作的关系，目前研究的热点、存在的问题及作者工作的意义，引出本文的主题给读者以引导．引言也可点明本文的理论依据、实验基础和研究方法，简单阐述其研究内容；三言两语预示本研究的结果、意义和前景，但不必展开讨论．本刊对引言的写作要求如下：1）开门见山，不绕圈子．避免大篇幅地讲述历史渊源和立题研究过程．2）言简意赅，突出重点．不应过多叙述同行熟知的及教科书中的常识性内容，确有必要提及他人的研究成果和基本原理的，只需以参考引文的形式标出即可．在引言中提示本文的工作和观点，意思应明确，语言应简练．3）尊重科学，实事求是．在论述本文的研究意义时，应注意分寸，切忌使用“有很高的学术价值”、“填补了国内外空白”、“首次发现”等不实之词；同时也要注意不用客套话，如“才疏学浅”、“水平有限”、“恳求指教”、“抛砖引玉”之类的语言．4）引言的内容不应与摘要雷同，也不应是摘要的注释．引言一般应与结论相呼应，在引言中提出的问题，在结论中应有解答，但也应避免引言与结论雷同．5）引言不必交待开题过程和成果鉴定程序，也不必引用有关合同公文和鉴定的全部结论．6）简短的引言，最好不要分段论述，不要插图列表和数学公式的推导证明．7）“引言”两字省略．。
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(国赛报告)
宽带直流放大器摘要：本系统采用FPGA和AT89S52单片机构成的最小系统为控制核心，设计了一个输入电压有效值小于10mV的宽带直流放大器。
其3dB通频带为0～10MHz，在0～9MHz通频带内增益起伏不超过1dB。
系统的基本放大器部分主要由前置放大、可控增益放大和后级功率放大构成，其中前级放大采用高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172实现；可控增益放大以AD600为核心，通过12位串行DAC给予不同的控制电压的方式来达到增益步进5dB （手动连续可调）,总增益从0dB到60dB的目的；后级功率放大由3个电流反馈型放大器AD811构成，其输出电压正弦波有效值V o不小于10V，输出信号波形无明显失真。
通过键盘输入控制、人为预置放大器的带宽值和 64*128点LCD显示，本系统界面友好美观，控制方便。
关键词：程控放大，AD600，功率放大正文：一、方案比较设计与论证1.程控放大方案比较与论证方案一：采用三极管搭接实现。
为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。
对电路输出采用二极管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。
本方案由于大量采用分立元件，如三极管等，电路复杂，设计难度大，增益可控、高带宽均难以实现。
而且不可控因素多，电路稳定性差，调试难度也大。
故不采用。
方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为D/A的基准电压。
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，由于控制量和增益呈指数关系，会造成增益调节不均匀。
方案三：使用控制电压与增益成线形关系的可编程放大器PGA，用控制电压和增益成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。
采用可控增益运放AD600实现。
AD600的增益范围为0dB到40dB可调，具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好，另外具有直流到35MHZ的高带宽范围，极能满足题目直流宽带放大器各方面的设计要求。
这种方法的优点是电路集成度高，条理清晰，控制方便，易于用单片机处理，能实现系统要求。
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。
宽带直流放大器实验报告
宽带直流放大器摘要：本项目制作了一个宽带直流放大器。
宽带直流放大器主要由输入缓冲级、程控增益放大器、调零电路、功率放大四部分构成。
输入缓冲级采用THS4001高宽带运放对输入高频小信号放大输出给下一级，输入电阻50Ω与信号源进行阻抗匹配；程控增益放大器由AD603构成(-10dB~30dB)增益的高频放大电路，同时由80C51f0202的单片机为核心主控放大器的增益调节；然后再经THS3091对放大信号进行功率放大，使得输出电压达到10V有效值以上的电压，驱动50Ω的负载电阻。
本项目设计的放大器可以达到5MHz以内电压1dB波动，10MHz 以内3dB的衰减；纹波电压（V pp）0.2V；最大不失真输入电压（V pp）59mV；最大不失真输出电压（V pp）5.6V；增益可控范围0~32dB，步进1dB。
关键字：高频；放大器；程控增益；单片机；1、设计任务与实验要求1.1 设计任务设计并制作一个宽带直流放大器1.2 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。
1.3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）。
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]。
宽带放大器课程设计报告
摘要本设计宽带直流放大器中核心部分以高速低噪声运算放大器OPA300和可调线性增益放大器VCA822对信号进行放大。
将一片OPA300与两片VCA822进行级联，基本部分中调节每一级的电位器对应地改变每一级的放大倍数，从而使整个系统的电压放大倍数进行连续变化，满足了要求；发挥部分中以AT89S52单片机为核心，控制DAC0832的电流输出，再经电流变电压后输入至放大器从而对信号进行了放大。
本设计利用了高性能的芯片提高了系统的稳定性、准确性和抗干扰性。
目录一、方案论证与比较 (4)二、理论分析计算1.带宽增益积、通频带内增益起伏控制、线性相位 (5)2.抑制直流零点漂移 (5)3.放大器稳定性 (5)三、系统简介及单元电路分析1．系统简介 (6)2．单元电路简介 (6)2.1 直流稳压电源 (7)2.2 宽带直流放大器电路 (7)2.3 单片机系统电路 (7)2.4 DAC0832电路 (8)四、系统软件设计 (8)五、系统测试1.主要测试仪器 (8)2.测试方案 (8)3.测试结果 (8)六、总结 (9)七、附件 (11)一、方案论证与比较改变放大器的增益，一般有两种途径，一种是改变反相端的输入电阻，另一种是改变负反馈电阻阻值。
方案一：如图1所示，采用模拟开关或继电器作为开关，构成梯形电阻网络，单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而改变放大器的增益。
此方案的优点在于简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难。
方案二：如图2所示，非易失性数字电位器改变电阻，克服了模拟电位器的主要缺点，无噪声，寿命长，阻值可程控改变，设定阻值掉电记忆。
该方案优点是增益范围宽，占用μP口少，成本低，通频带取决于运放的通频带，但是不能进行连续变化的调节。
方案三：用AT89S52单片机控制DAC0832的输出电流，经过运算放大器后将电流转换为对应的电压后加入宽带放大器的反相输入端，键入所需要的放大倍数从而改变整个宽带放大器的。
(2021年整理)宽带直流放大器设计-课设报告
（完整）宽带直流放大器设计-课设报告编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（（完整）宽带直流放大器设计-课设报告）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为（完整）宽带直流放大器设计-课设报告的全部内容。
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。
宽带放大器设计报告
宽带放大器设计报告1. 引言本文将介绍一种宽带放大器的设计方法。
宽带放大器是一种用于放大电信号的设备，其被广泛应用于通信系统、雷达系统以及其他需要信号放大的领域。
本文将从原理介绍、设计步骤、性能评估等方面进行阐述。
2. 设计原理宽带放大器的设计基于放大器的基本原理，即将输入信号放大到所需的输出信号水平。
在设计宽带放大器时，我们需要考虑以下几个关键因素：•带宽：宽带放大器需要具备较大的带宽，以确保信号能够被放大且不会出现失真。
•增益：放大器的增益是一个重要指标，可以衡量其放大能力。
•线性度：放大器需要具备较好的线性度，以确保输入信号的准确放大。
•噪声：放大器应当具备低噪声水平，以避免对信号质量的影响。
3. 设计步骤步骤一：确定设计需求在开始设计之前，我们需要明确设计需求。
这包括所需的带宽、增益、输入输出阻抗等参数。
步骤二：选择放大器类型根据设计需求，我们可以选择不同类型的放大器。
常见的宽带放大器类型包括共基极放大器、共射极放大器和共集电极放大器等。
步骤三：确定电路参数根据所选放大器类型，我们需要确定电路参数。
这包括放大器的工作频率、电源电压、偏置电流等。
步骤四：进行电路设计在确定电路参数后，我们可以开始进行电路设计。
这包括选择合适的元件、绘制电路图、计算电路参数等。
步骤五：进行仿真与优化设计完成后，我们可以利用电子设计自动化（EDA）软件进行电路仿真。
通过仿真，我们可以评估电路性能，并进行优化，以达到设计要求。
步骤六：电路实现与测试在仿真优化完成后，我们可以将电路实现到实际硬件上，并进行测试。
测试过程中，我们需要验证电路的增益、带宽、线性度、噪声等性能指标是否满足设计要求。
4. 性能评估在设计完成并进行测试后，我们需要对宽带放大器的性能进行评估。
这包括以下几个方面：•增益：通过测量输入输出信号的差异，计算放大器的增益。
•带宽：通过测量放大器在不同频率下的输出信号，计算放大器的带宽。
•线性度：通过测量放大器的非线性失真程度，评估放大器的线性度。
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）。
09年C题实验报告(宽带直流放大器)
2009年全国大学生电子设计竞赛【本科组】宽带直流放大器（C题）摘要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。
关键词：前置放大无源滤波步进放大Abstract:The broadband amplifier using a straight ad8039 two levels of preamplifier and then through a programmable amplifier circuit composed of VCA810 through a 5 m and 10 m of third-order passive filter through AD811 precision op-amp and BUF634 load output buffer circuit, the whole system is controlled by a single-chip microcomputer by keyboard, can step between magnification and manual adjustment, can also use buttons adjust the filter of 5 m and 10 m channel, the system performance is good, can be between 0 ~ 66.8 dB gain adjustment, amplitude fluctuations within the bandwidth of the provisions of no more than 1 dB, completed the topic request.Key Word：pre-amplification Passive filter Step amplification目录1. 系统设计 (1)1.1设计要求 (1)1.1.1设计任务 (1)1.1.2技术指标 (1)1.2方案比较与选择 (2)1.2.1可控增益放大方法比较与选择 (2)1.2.2功率输出部分方法比较与选择 (2)1.2.3直流稳压电源方案比较 (3)2. 单元电路设计及参数计算 (4)2.1前置放大模块 (4)2.2可控增益放大模块 (4)2.3 3dB截止频率为5MHz和10MHz滤波器模块 (5)3. 软件设计 (7)3.1程序总体流程图 (7)3.2程序清单（见附录2） (7)4.系统测试 (7)4.1测试仪器 (7)4.2测试结果 (8)5. 结束语 (10)参考文献 (10)附录 (10)附录1 主要元器件清单 (10)附录2 程序清单 (11)1.系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。
宽带直流放大器报告
2009年C题宽带直流放大器本设计利用凌阳单片机自带双路DAC控制可变增益宽带放大器AD603来实现直流宽带放大。
宽带直流放大器中北大学刘明苗江龙冷佳鹏摘要：本设计利用可变增益宽带放大器AD603来实现宽带直流放大，使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。
整个系统通频带为0～6MHz，在0～5.5MHz内增益起伏小于1dB，最小增益0dB，最大增益53dB。
增益在0～53dB 可实现1dB、3dB、5dB、10dB步进和步减。
最小输入电压小于10mV。
最大不失真输出电压有效值达 3.7V。
本系统的核心控制功能由凌阳单片机实现。
由于其内部资源丰富，内嵌两路10位DAC，因而能更好的实现电路的功能。
关键词：AD603 凌阳单片机宽带直流放大一、方案选择与论证本系统电路分为以下几部分：放大电路、增益控制部分、键盘及LCD显示部分和稳压电源四大功能模块。
1、主放大电路方案一：利用高速运放加数字电位器构造可程控放大器，通过控制数字电位器阻值来控制放大器增益。
但数字电位器建立时间最快也需几us，加之数字电位器3db截止频率一般在几百KHz，当输入信号为MHz数量级下阻值准确性会产生失真，使得程控变得困难，而且高速运放在低频下的响应远不能满足要求。
因此，此方案可行性较差。
方案二：对高低频信号分别搭建两路程控运放电路，通过单片机对输入信号测频进而控制模拟开关进行通道切换。
但是性价比较高的模拟开关一般导通内阻较大，不利于应用于小信号放大电路，加之单片机对宽带信号进行测频实现起来也相当困难。
方案三：利用可变增益宽带放大器AD603级联实现主放大电路。
AD603是一个低噪声、低畸变、高增益精度的增益可调的集成运放；其工作模式有三种，其中工作在模式1时带宽为90MHz。
其控制方式为电压控制型，改变差放输入口GPOS和GNEG之间的电压差Vg，便可实现增益大小的调节。
所以我们选用方案三作为主放大电路的实现方式。
2. 直流稳压电源方案一：线性稳压电源。
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。
M SOP8 4只
一种宽带直流放大器的设计方法
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在 后 级放 大 器进 行 了 频 率 补 偿 使 高 频处 的 幅 频 特性 抬 升 达到 进 一步 拓 展 带 宽 的 效 果 另 外 各 级 放 大 器 的 输 人 输 出 进 行 了 刃 欧 阻 抗 匹 配 保 证 信 号 通 频 带 内具 有 良好 的平 坦度 3 2 宽 带直 流 放 大器 的 稳 定性 系 统 的 稳 定性 取 决于 系 统 的 相 位 裕量 即放 大 器 开 环 增 益 为 Od B 时的 相 位与 1 8 0 度 的 差值 由 于信 号通 过 运 放 及 反 馈 回路 的过 程 中产 生 附 加 相 移 产 生 自激 本 系 统 设计 中 反 馈 均为运 放 单 级反 馈 注 意到 每级 运 放 自身 产 生 的附 加 相 移均 小 于 1 8 0 度 部 分 反馈 电 阻上 可 并 联 反 馈 电 容 构成 超 前 相 位 补 偿 来 减小 输 人 杂散 电 容 的 影 响 通 过 P C B 合 理 布 线 使 反 馈 回路 产 生 的 相 移 最 小 每 个 芯 片 的 电 源 与 地 之 间搭 建 二 型 网 络滤 波 级 与 级 之 间采 用阻 抗 匹配 用 于 抑 制 噪 声
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方 案论 证
1 可 变 增 益 控 制 电 路方 案 的比 较 与 选 择
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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 a[] 本 方 案 由 于 大 量 采 用 分 立 元件 电路 的 灵 活 性 较 差 调 整 工 作点 的难 度 也 较 大 特 别是 不 能 定 量 调 节 电 路 的 增 益 此外 由于 采 用 多 级 放 大 电 路 的 稳 定性 较差 很容 易 产 生 自激 振 荡 方案 二 利 用 数 字 电 位器 作为程 控 芯 片 的反 馈 电 阻 通过 单 片机 控 制 数 字 电 位器 的 抽头 的 位置 可 实 现 电 阻 值 的 改变 从 而 实 现程控 但 需 改变 电 阻 值 调 节 量 大 增 加 了 电 路 的 复杂 程 度 并 且反 馈 电 阻 变 大 了之 后 分 布 电 容 的影 响会 增 大 造 成 电路 系 统 的不 稳定 方 案三 直 接 选 取 压控 增 益 运 算 放 大 器 V C A 8 1 0 实 v c A8 1 o 是直流稠合 宽带 现 连 续可 变 电 压 控 制 增益 放大器 有 3 5 M H z 的增益带 宽积 一4 0 4 0 dB 的 增益 调 节范 围 增益 ( d B ) 与 控 制 电压 ( V ) 成 线性 关 系 按 照 V C A 8 1 O 的 d a ta 血 e e t 在 O一 Z V 可 调 步 进 每4 0 m v / d B 结合 S T M 3 2 片内 1 2 位 D A C 可进 行 步 进可 调 增 益和预 设 增益 值 综上 所述 选 用方 案三 2 2 后级功 率 放 大 方 案 选 择 方 案一 采 用 分 立 元 件 高 频 三 级 管 等 分 立 元 件 可 以实 现 较大 输 出 电 压有 效 值 但是 电 路设 计复 杂 受 分 布参 数影 响较 大 调 试 困难 在 有 限 的 时间 内难 以 实 现 方案 二 可 以采 用高 增益 大 电压 输 出 运放 作 为前 级 先 对 信 号 电 压进 行 放大 然后 再接 一 个 或 者 并 联 几 个 电 流 放 大 芯 片 这 样 可 以 实 现 刃 欧 姆 电 阻 作 为 负载 下 较 大 电 压 的输 出 但 效果 不 明 显 方 案 三 使 用 集 成 电路 芯 片 T H S 3O9 1 功 率 运 算 放大 器 T H s 3 0 9 1 它具 有 很 强 的 电 流驱 动 能 力 输 出 的 正 弦 波 很 容 易 在 刃 几 的 负 载 上 达 到 ZV R M S 士 250 m A Hi Cl r n t D ir v e g h o u 切 lt r e 采 用三片 T Hs 3 0 9 1 的级 联 即可 轻 易 实 现最 大 输 出 电 压正 弦 波 有 效 值 V 。 ) 6V 综上 所述 采 用 方案三
宽带直流放大器的设计
宽带直流放大器的设计
刘三军;樊江川;宴佳治;廖红华
【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(029)001
【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0PA690作为前级和中间级放大,输出级采用±15 V 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Av范围为0～60dB,最大输出电压有效值V0≥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.
【总页数】5页(P103-107)
【作者】刘三军;樊江川;宴佳治;廖红华
【作者单位】湖北民族学院信息工程学院,湖北,恩施,445000;湖北民族学院信息工程学院,湖北,恩施,445000;湖北民族学院信息工程学院,湖北,恩施,445000;湖北民族学院信息工程学院,湖北,恩施,445000
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.2
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宽带直流放大器江帆、胡斌、王泽强摘要: 本系统采用宽带压控增益放大器VCA810来实现增益可调，由前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块和电源模块组成，具有宽带数字程控放大功能。
在前级放大电路中，用宽带电压反馈型运算放大器OPA690和宽带压控运算放大器VCA810放大输入信号，再经后级THS3091功率放大电路将电压放大十倍，并增大输出电流，增强负载驱动能力，提高输出电压有效值X围。
经验证，本方案完成了全部基本功能和部分扩展功能。
关键字：压控增益放大器；功率放大；宽带数字程控一．系统方案论证1.1可控增益放大器部分方案一：采用场效应管或三极管控制增益。
只要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现程控增益，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案二：为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。
利用D/A转换器的VRef作为信号的输入端，D/A的输出端做为输出。
用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减信号实现增益控制。
此方案简单易行，精确度高，但经实验知：转化非线性误差大，带宽只有几kHz,而且当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此未选此方案。
方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取压控增益运算放大器VCA810实现，其特点是以dB为单位进行调节，可调增益-40dB至+40dB，可以用单片机方便地预置增益。
综合以上的分析可知，方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化程控处理。
所以本系统采用方案三。
1.2滤波部分为了达到题目要求的5M和10M带宽，需制作两路低通滤波器电路。
方案一：由无源器件（电阻、电容、电感）构成八阶椭圆滤波器，电路比较简单，成本低，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应。
方案二：为达到通频带内增益起伏≤1dB，采用四阶巴特沃斯低通滤波器。
巴特沃斯滤波器特点是通频带内频率响应曲线最大限度平坦，虽然阻带内缓慢下降，但可以增加阶数来加快阻带内的衰减。
由于用Tina仿真软件设计出来的八阶椭圆滤波器需用的器材（电阻、电容、电感）很难找到或组合成相近的值，而用Tina仿真软件设计出的四阶巴特沃斯低通滤波器幅频特性较好，所以选择了方案二。
1.3功率放大部分方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。
但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用此方案。
方案二：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。
由于采用分立元件，通频带内信号可能出现较大失真，线性度不好。
方案三：直接使用高电压输出、低失真、电流反馈型的运算放大器THS3091，可以大大提高输出电流，驱动50欧的负载。
综上分析可知，方案三简单易行，而且由于采用单芯片，系统体积大大减小，完全满足题目要求。
所以本系统采用方案三。
二．理论分析与参数计算2.1 带宽增益积带宽增益积(GBP)是这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数表示增益和带宽的乘积。
按照放大器的定义，这个乘积是一定的。
题目中要求放大器最大电压增益AV≥60dB，即Gain≥1000V/V。
放大器的通频带0～10MHz，所以本放大器的带宽增益积为GBP = 1000 * 10M = 10G单个放大器是很难达到10G 的GBP，所以我们考虑多级放大器级联。
经过查阅手册，VCA810的带宽为35MHz，OPA690 的GBP 为500M，THS3091的带宽为210 MHz (G = 2, RL = 100 Ω)，足以达到题目要求。
2.2 通频带内增益起伏控制题目中要求通频带内增益起伏≤1dB，本设计采用的是四阶巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，虽然在阻频带内缓慢下降为零，但可以通过增加滤波器阶数来加快阻带内的衰减，符合题目要求。
经过滤波器设计软件Tina，发现四阶巴特沃斯滤波器可满足题目要求。
如图1所示电路是由低通R1-C1级，以及后面由R2，C2的积分器和运算放大器组成，可得H OLP=- ,1图1 多重反馈低通滤波器2.3 放大器稳定性分析1、生自激振荡的条件及原因：设多级点反馈放大器的闭环增益函数A f (s) = A(s) /[( 1+ A(s)B(s)] = A(s)/ [( 1+T(s)]令 s=j ω，则稳态频率响应A f (j ω ) = A(j ω ) /[( 1+ A(j ω )B(j ω )] = A(j ω )/[( 1+T(j ω )] （1-1）上式中，若在某一频率ωosc 上，满足环路增益T(j ωosc ) = - 1 ，则T(j ω )= T(j ωosc ) • e jyT ( ωosc )= - 1式中T(ωosc ) = |T(j ωosc )| = 1 （1-2） y T ( ωosc ) = ±π （1-3） 由式（1-1）可知，当T(j ωosc ) = - 1 时，环路增益函数A f (j ωosc ) → ∞ 。
这说明及时输入信号为零，仍有某一频率的信号输出，因而反馈放大器出现自激。
其中式（1-2）称为自激的幅度平衡条件，而式(1-3)称为自激的相位平衡条件。
幅度平衡条件与反馈的深度有关，而相位平衡条件决定于反馈系统的附加相移。
由此可见，反馈系统必须同时满足幅度和相位的平衡条件才能自激。
2、定性理论分析：上式结论也可以反过来说，如果放大电路不满足自激的幅度条件或相位条件，就不会自激或成为正反馈电路，即电路是一稳定的放大电路。
但实际应用当中，要保证放大器稳定工作，仅仅满足上述不自激条件是不充分的，若放大器处于接近自激条件的状况下，一旦外界因素发生变化导致T(jω )变化，就有可能满足自激条件使电路不稳定，因此要保证放大器远离自激状态。
这种远离程度用稳定裕度来表示，两种表示方法，即相位裕量γψ或者增益裕量γg（两种判断稳定性的准则是等价的），别定义为γψ=180°-ψT(ωg) 和γg=20lg[1 / (ωψ) ]其中ωg 为增益交界角频率，ωψ为相角交界频率，显然，γψ和γg为正值，且其值越大放大器越稳定。
在工程上γg大于45°即认为电路是稳定的。
2.4抑制直流零点漂移理论分析抑制直流零点漂移理论分析零点漂移是指当放大电路输入信号为零时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动。
放大电路级数愈多、放大倍数愈大，输出端的漂移现象愈严重。
抑制零点漂移的措施，除了精选元件、选用高稳定度电源以及用稳定静态工作点的方法外，在实际电路中可采用补偿的方法。
补偿是指用另外一个元器件来抵消放大电路的漂移，把漂移抑制在较低的限度之内。
在器件的选择方面，前级放大尽量使用低噪声、低失调电压的运放；在整个系统中尽量使用高稳定度的电源供电，器件的正负供电端均并上一个电解电容和一个瓷片电容滤波；在系统三级放大中对零漂比较明显的地方采用补偿的方法来抑制零漂的传输，实际中即通过手动调节VCA810输入反相端滑动变阻器分压网络的方式对放大器引入的直流进行补偿。
2.5增强放大器稳定性的理论分析1、放大器板上所有运放的电源线均并接一个10uF 电解电容和一个104瓷片电容，滤除电源线路上的噪声信号干扰，焊接时尽量靠近芯片的电源端。
2、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之间用0欧电阻连接，防止干扰。
3、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。
三．电路设计3.1 整体系统描述本系统主要由由前级放大电路、增益控制模块、滤波带宽限制模块、后级功率放大模块、键盘模块和电源模块组成。
系统框图如图2所示。
图2系统框图本设计采用压控增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级功率输出，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，稳定性好，可控X围大。
而且综合应用了电容去耦、滤波等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。
3.2前级放大模块前置放大级的噪声指标对整个放大电路有着极其重要的影响。
为了提高输入阻抗，减少输入噪声，本级选用同相放大电路结构，且输入电阻和反馈电阻均选用低阻值电阻，以减少热噪声，故选择宽带电压反馈型运算放大器OPA690。
实际电路图如“附一图”所示。
3.3压控增益放大模块压控增益放大部分使用压控增益放大器VCA810，VCA810在宽频带工作模式下，增益控制X围为-40dB~+40dB（对应控制电压X围为：0V~-2V），控制电压与增益dB数成线性关系：，在此可调增益X围内，VCA810拥有35MHz的恒定带宽（包括小信号带宽和全功率带宽），且其典型的输出失调电压仅为-4mV~+4Mv，失调误差极小。
VCA810控制电压Vc由单片机MSP430通过内部D/A输出，再经过OPA227反向后输入VCA810的电压控制端。
并且通过键盘控制MSP430的输出电压大小，达到电压增益预置并显示，步进为5dB。
注意事项：为了让VCA810正常工作，对Vc端的滤波是必须的，可以并接一个10uf电解电容和一个104瓷片电容。
3.4滤波电路模块由于截止频率高达10MHz，根据经验公式运放所必需的单位增益带宽为:得到运放=100*1*10^6Hz=100MHz,一般的运放不行，需用宽度放大器。
OPA690是一种宽带电压反馈性运放，在G=1时，稳定带宽500MHz，且适合做有源滤波器。
因此，选择OPA690来完成截止频率为5MHz和10MHz的滤波器。
5M低通滤波器电路及仿真波特图如“附二图”、“附三图”所示；10M低通滤波器电路及仿真波特图如“附四图”、“附五图”所示。
四．实验测试及测试结果4.1测试仪器（1）数字示波器TDS1002（2）函数信号发生器SG1060A4.2 测试方法（1）输入0~10M 信号，输入峰峰值25mV (有效值小于10mV)的电压信号，测试通频带内是否平坦。
（2）改变输入电压频率，分别记录在步进5dB的时候的输出电压峰峰值X 围。
4.3 测试结果-峰峰值(输入峰峰值：25mV)表1 通频带内平坦度测试表2 步进及带宽测试（4MHz以内）五．总结综合上述部分的测试结果，本设计较完满的完成了题目基本部分的要求，还较好的完成题目发挥部分的要求。
采用了TI公司提供的运算放大器等部分芯片，完成了300KHz方波信号源电路，30分频电路、10分频电路和6分频电路，10KHz 低通滤波电路、30KHz带通滤波电路、50KHz带通滤波电路，30KHz移相电路、50KHz移相电路，方波和三角波合成电路，正弦波有效值单片机测量电路等单元电路的设计和制作，制作工作量饱满，学到了很多知识，体现了团队合作精神，收获颇丰。