宽带直流放大器论文

2009年全国电子设计大赛论文题目名称：宽带直流放大器(C题) 论文编号：C甲3832

本课题采用集成电压放大电路和分立元件构成的功率放大电路，具有硬件电路形式简单，调试容易，频带宽，增益高，AGC动态范围宽的特点，且增益可调，步进间隔较小。本宽带放大器以可编程增益放大器AD603和NE5532为核心，由三级放大器组成，由于AD603的输入阻抗为100Ω,满足题目所要求。前两级为AD603组成的可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AG能，第三级为由NE5532构成的放大电路，其主要功能是近一步提高系统的增益，并且使系统的3dB带宽稳定在题目要求的10Hz左右。增益控制和AGC 功能都由单片机控制，可预置并显示增益值，增益可调范围0dB～60dB，步进5dB，由单片机自动调节放大倍数可实现AGC功能，使输出电压稳定在4.5V~5.5V之间负载能力，提高输出电压幅度。由于宽带放大器普遍存在容易自激及输出噪声过大的缺点，故本系统采用减少耦合电容以避免系统产生的自激振荡的方法。

关键词：AD603, AGC, 增益可调宽带。

一方案论证与比较 (4)

1.1增益控制部分 (4)

1.2运放的选择方案论证... (4)

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1.3功率输出部分方案论证 (5)

二主要电路原理分析和说明 (5)

1增益分配 (5)

2前级电压跟随器 (5)

3 增益控制电路 (5)

4 单片机小系统 (6)

5 软件设计 (7)

6 输出级功率放大电路设计 (8)

7 自动增益控制设计 (9)

8电源电路设计 (7)

三．数据测试与分析 (8)

1．测试使用的仪器 (8)

2．测试数据 (8)

3.控制测量 (11)

4噪声控制 (11)

四．进一步改进措施 (11)

附录

附录1：元器件明细表

附录2：电路图

附录3：参考文献

附录4:部分源程序代码

一方案论证与比较

1.1增益控制部分方案论证

方案一采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速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。

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（如图2）。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。

综上所述，选用方案二，采用集成可变增益放大器AD603或OP657作增益控制。

1.2运放的选择方案论证

方案一使用AD603作为增益控制部分。AD603 是AD 公司研制的一种新型的运算放大器, 它不但具有低噪声影响, 高频带宽度, 稳定性能好的特点, 还具有电压控制的可变增益功能。这种可变增益功能是其它运放所不能比拟的。

方案二 OPA657提供了低投入的独特组合电压噪声，高增益带宽和直流精度特殊高投入阻抗，高增益级放大器。但是OPA657不具有电压控制的可变增益功能。

综上所述，选用方案一，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。系统方框图见图1－1。

图1－1 系统总体方框图

1.3功率输出部分方案论证

方案一我们采用集成功放芯片LM386电压增益最大时的用法，见附录图1-2，但是LM386的带宽只有300Hz，而本题要求系统的3dB带宽为10MHz。显然，不符合题目带宽要求。

方案二根据赛题要求，放大器通频带从0到5MHz，发挥部分的通频带要求0到10MHz。单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出，要做到2V有效值输出难度较大，而用高电压输出的运放来做又很不现实，因为市面上很难买到宽带功放。这时候采用分立元件就能显示出优势来了，我们采用OCL甲乙类互补对称电路，见附录。

二．主要电路原理分析和说明

1．增益分配

本系统以可变增益增益放大器AD603为核心，其它各单元电路都是根据AD603及题目要求设计。

题目基本部分要求最大增益要大于40dB，最大输出电压有效值大于等于2V，而中间级采用的可编程增益放大器AD603和NE5532对输入电压和输出电压均有限制，所以，必须合理分配三级放大器的放大倍数。

AD603的最大输出电压有效值约为1.2V，假如要实现发挥部分的最大输出电压有效值大于等于10V的要求，即输出电压峰峰值

min

pp

V＝2×10×2＝28.2V，为得到最大输出电压,则后级放大至少要有9倍。我们发现，AD603在输出电压过大时，波形会有失真。为了实现输出不失真，同时尽量扩大输出电压，把AD603最大输出电压的峰峰值为定为2V左右，则放大倍数：

A＝

22.

28

＝ 14.1 ＝ 23 (dB)

故后级需要放大8.5倍，即17 dB。

2．前级电压跟随器

由于AD603输入阻抗是100欧，需加大输入阻抗才能满足题目要求，而且前级信号比较小，容易受噪声干扰，经过综合考虑。我们在前级放大采用电压跟随器芯片OPA642，其带宽较宽。电路图见附录图2－1。

为了满足题目要求输入阻抗大于50Ω选取R3 = 100。

3．增益控制电路：

AD603的简化原理框图见附录图 2-2，它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端（VINP）的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关。而且，如果AD603的增益用dB表示，则与控制电压成线性关系，以上特点很适合构成本题要求的放大器。

4. 单片机小系统