宽带放大器设计
宽带放大器设计
一、设计目的
(1) 掌握宽带放大器的设计、组装与调试方法；
(2) 熟悉集成电路的使用方法。
二、设计内容及要求
(1) 设计一个宽频带放大器，要求带宽大于30MHz，可扩展；
(2) 带宽增益积大于300MHz，可扩展；
(3) 输出阻抗为600 Q,输出电压》1V。
三、宽带放大器原理
几种常见宽带放大器(参考)：
1?二级直接耦合宽带放大器电路
图1是二级直接耦合宽带放大器电路，第二级采用PNP型晶体管，这种电路适合于提
高电源电压的利用率，需要给出较大输出振幅的电路。各级开环增益为20dB，与R1串接
的电位器RP1用于调整晶体管最适宜的偏置。隔直电容C1和C2的参数由低频特性确定，
频率特性上限由所使用的晶体管(特别是VT2 )限制，若使用2SA495晶体管，约有30MHz
的带宽。VT2要求具有高截止频率f H，低输入电容C ob晶体管。直流偏置是降低集电极负载电阻，有较大工作电流。这种电路要采用稳定电源供电，低负载使用时，要在VT2输出增
设1级射随电路。两级宽带放大器构成电压串联负反馈电路，其电压放大倍数
R5
Auf =1 11
R4
2.宽带缓冲器电路
宽带缓冲器电路如图 2所示。这种电路用作电流驱动能力较弱的通用宽带运放输出电 路，要求高速动作的无放电电路及
50 Q 负载的线路驱动电路等。
该电路属于简易功率合成器， VT1、VT2、VT3和VT4均工作在射极跟随状态。要求 VT1与VT2 , VT3与VT4参数一致。输入的功率 P IN 在A 点一分为二，经过电流放大后， 在B 点合成。电压放大倍数不超过
2，但接近2。但电流放大倍数较大，因此功率放大倍数
也较大。此电路输入阻抗高，而输出阻抗低，正适合于作驱动级。
输出
loon
输入
O
图2宽带缓冲器电路
电阻Ri 用于防止高频振荡等异常动作。旁路电容 Cl 和C2也很重要，要靠近晶体
管安装。
3.10MHz 以上的宽带放大器电路
图3是采用卩PC4539C 构成的宽带放大器电路。视频放大器常采用差动输入/差动输 出的卩A733，此电路是电流差动型的宽带放大器电路，转换速率高 (60V /卩s), GB 乘积大
(300MHz)，高频特性优良，并由
卩PC4539外部设定工作条件。
o-|?V
2SOJ45
2SA733
2SC94> 2SA733
1
卩PC4539C 内电路结构为电流差动型，与一般放大器的设计方法不同。首先是偏置工
作点的设定，内部电流基准I SET 由R5设定，I SET =(V CC -1.2V)/(R 5-lk Q ),当R 5=20k Q 时，I SET 为568卩A 。
7脚偏置输入电流由 V cc 和R4确定，与输出端的直流电位无关。因单电源工作， 卩PC4539C 的输入/输出需接隔直电容，根据需要低频特性选用
C1与C5。反馈放大器的
增益由R3与R2之比决定，约10倍(20dB)，与R3并联相位补偿电容，抑制高频尖峰信号， 获得平坦的频率特性。
GBW 随设定电流I SET 的不同大幅度变化，I SET 为20卩A 时，GBW 为
20MHz; ; 100 卩 A 时为 90MHz ; 1mA 时为 300MHz 。
闭环增益由电阻 R2和R3确定，采用稳定性高的金属膜电阻。电容
C1和C5根据低频
1
截止频率选定， C
(R 为750Q 或150Q ), C1和C2采用100卩F 以上的铝电解电
2对c R
容，但高频时阻抗增大，与其并联
0. m F 的陶瓷电容更好。
4.采用y,PC1663C 构成的宽带放大器电路
图.4是采用卩PC1663C 构成的宽带放大器电路。 卩PC1663C 与视频放大器 卩A733有相 同的电路结构，高频特性好，达到
100MHz 以上的频率。适用于高清晰度电视、高分辨显
示器、视频电路、CCD 传感放大器等电路中，需要带宽特性的电路。
卩PC1663C 是差动输入/输出型集成芯片，此电路使用单端输入/输出。输入端用
图3采用卩PC4539C 构成的宽带放大器电路
R1(50 Q )作为终端电阻，采用直流耦合，但输出端产生约3V的同相电压，需要电容C3进行交流耦合。差动输出作为单端使用时，不用的输出端子开路，特性发生变化，因此，接入
R4和R5调节平衡。
输入差动晶体管的发射极间电阻R3用于设定差动增益，R3为0时，增益为300倍，
100Q时为100倍，1.2k Q时为20倍。若R3采用lk Q可变电阻，就可方便改变增益。与一般运放相比，其特点是即使改变闭环增益，频率特性也不会改变。
5. 50MHz宽带放大器电路
宽带放大器广泛用于高速脉冲与视频电路、高频振荡器、高速A/D转换器的前置放大
器等。图5中的运放A1采用HA2539构成的宽带放大器电路。HA2539追求高速性能，具
有S/R为600卩s, GB积为600MHz , f T为400MHz及优良的交流特性，但不足之处是失调电压最大为15m V,输入偏置电流为20卩A，失调电流最大为6卩A，输入阻抗典型值为10k Q，不适用运算等电路。
为使工作频率达到100MHz，必须降低电路阻抗，反馈电阻R3为lk Q左右，据此推算
R2，令R1 =R2 〃R3，以减小因输入偏置电流产生的失调。为使输出阻抗为50 Q，在输出端串联电阻R4，如果与下级的连线短接，则可不接R4。电源线路的旁路电容要靠近HA2539 安装，要与钽电容C2并联0.01?0. I卩F的陶瓷电容。
6. 100MH超宽带直流放大器电路
如图6所示是采用CLC221A构成的超宽带直流放大器电路，它适用于放大高速脉冲信号。CLC221A 特性良好，转换速率为6500V/卩s, tr=tf=2.1 ns，- 3dB带宽时频率为170MHz;
直流特性好，失调电压为0.5mV，漂移电压为5卩V，可直接构成宽带直流放大器。
图6采用CLC221A构成的超宽带直流放大器电路
CLC221A与普通运算放大器设计不同，它采用电流反馈方式的高性能运算放大器。
同相放大与反相放大均大，但反相放大时可获得平坦的频率特性，片内有R f为1.5k Q的反馈电阻。同相放大器时，可按A IN为1+(1. 5k Q /R G)计算出R G；反相放大时，可按A IN为1. 5k Q/R G 计算出R G。
7 ?低漂移宽带放大器电路
图7采用TL592B构成的低漂移放大器电路。为了改善直流特性，增设直流反馈运放A2电路，该电路的失调漂移取决于A2，高频特性取决于A1的复型放大器电路。
图7.9.7采用TL592B 构成的低漂移放大器电路
TL592B 的噪声特性比普通运放有所改善， IkHz ?10MHz 的输入信号其噪声电压典型值
为3卩V 。TL592B 可构成直流复合型放大器，直流到低频由直流特性好的运放
A2决定，直
流特性较差的TL061接人反馈环内。
高频特性由A1决定，它可获得300MHz 频率的平坦特性。因为 TL592B 输入差动放大 电路的射极间电阻可使电路获得 13?400倍的差动增益。所以调整RP 2可使整个电路的频率 特性保持平坦。
TL592B 的输出端4, 5产生2.9V 的同相电压，而失调电压的典型值为 350mV ，因此， 兼作缓冲器的电平移动电路（VT1和VD1 ）时也是2.9V 压降。VT2为有源负载电路，恒流 偏置值由稳压管稳定电压与射极电阻 R6决定，即1= （ V Z 2-V BE ） /R 6=13mA 。
输出电阻R7决定输出阻抗，按照不同需要选用其阻值， 最好还是按抑制 VT1的最大集 电极电流来确定。TL592B 的输入偏置电流比通用运放大，典型值为 9卩A ，若输入端采用
交流耦合，就会产生失调电压，应并联小电阻。
8.宽带ALC 放大器电路
图8采用TL026等构成的宽带 ALC 放大器电路，这是一种把输入电平的变动稳定保持 在某一电平上的电路。 例如，在产生低频到几十兆赫兹的信号发生器中，
由于输出电平的频
率特性不平坦，为此增设本电路，可自动控制振幅保持恒定。另外，为降低输出阻抗，增设 缓冲器电
路。
图8电路中，外部电压改变增益的宽带采用 TL026集成芯片，它具有20dB 的压缩特性。
输入电路中接人的电阻 R 0用于降低输入电平（输入电平为 -26?-6dB 以上）。TL026驱动50
Q 以上负载时，不能获得较大输出振幅， 因此，增设晶体管构成的缓冲器电路，使其减轻负
载。
/?
Inka
>rni￡j
300皿
75Q
输出
R,
HZZ3-
i> V 「 K 2SC ;945
' "2^RD2 2（：
q -i
2Sl^45
*nRP.
VD ^RD2 2J
OOl5pt
lukU
图中：A i TL026、A 2 和 A 3 TL072、VT i 2SA733、VT 3 2SC945、VT3 2SC945 VD 1 和 VD 2 2SS97、VD 3和 VD 4
LS1588、VT 4 2SA733
图8宽带ALC 放大器电路
TL026为差动输出，若其负载电阻不相等，则频率特性要改变，为此，在 5脚接人电容
C2和电阻R4。2，7脚的电位差可对增益进行控制。运放 A2用于直流电平稳定。用二极管
VD1对输出电压进行整流，其直流电压与基准电压（R PI 上电压）进行比较。接入的二极管VD2 是为
了补偿VD1的温度特性。
运放 A2工作于比较器状态，输出电平增加时，来自 VDi 的电流变大，则 A2对其积分
输出负电压并加到 A3的反相输入端，使 2脚对A2的7脚电位增加，促使增益降低。
9?宽带对数放大器电路
图9采用TL441构成的宽带对数放大器电路， 获得80dB 的对数压缩特性，每十进位（10
倍的变化）获得 0.1V 输出，把-80?+IOdB 范围的电平变化压缩为 0?0.5V 。该电路可用于 通信、
计测等装置的IF 放大器及宽量程电平显示器中。
TL441的内部电路如图10所示，内有4个差动放大器，每个差动放大器放大 30dB ，总 共120dB 范围，从实用性考虑，约80dB 的压缩比较好。根据差动放大器的输入/输出特性， 1个对数放大器不能获得直线性，故采用 8个对数放大器。所以，每个对数放大器平均压缩 15dB 。为了处理微弱电平到+10dB 高电平信号，B 输入单元需要接入前置放大器。低电平 时，宽带运放 A11，和A22工作，B1 , B2, A1 , A2依次饱和，可适应 80dB 范围的信号处 理。A2输入虽接有 R5（15k Q ）电阻，但TL441的输入阻抗为 500 Q ，约得1 /31（约-30dB ） 的分压，该级可处理最高输入电平信号。
1
n
\ 1;
L