(2013全国一等奖)射频宽带放大器..
全国大学生电子设计竞赛d题射频宽带放大器
2013年全国电子设计竞赛射频宽带放大器（D题）射频宽带放大器设计报告摘要：本系统采用可控增益宽带放大器VCA820和固定增益宽带放大器THS3202，进行合理的的级联和阻抗匹配，在加入后级功率输出，全面提高了增益带宽积。
应用单片机STC89C52对增益进行预置和控制，可实现0到60dB可调。
而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号以及使用屏蔽罩等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。
经测试，本方案完成了全部基本功能和部分扩展功。
Abstract: The system uses controllable gain broadband amplifiers VCA820 and fixed-gain broadband amplifiers THS3202, a reasonable cascade and impedance matching, power output level after joining, and comprehensively improve the gain-bandwidth product. Applications SCM STC89C52 preset and control the gain can be achieved from 0 to 60dB adjustable. And comprehensive application of the capacitive decoupling, filtering, use a shielded cable transmission signal and the use of shields and other measures to reduce interference and to suppress high frequency noise amplifier self-excitation. After testing, the program completed all the basic functions and some extended functionality.目录1．方案设计与论证................................... 错误!未指定书签。
一种射频宽带低噪声放大器的设计
一种射频宽带低噪声放大器的设计王一冰;彭安金【摘要】提出了一种射频宽带低噪声放大器的实现方式,使用宽带电流反馈型运放和宽带低噪声电压反馈型运放完成了0dB～60dB增益连续可调.由于输入信号幅度小、带宽宽,系统通过屏蔽盒进行处理提高了自身的稳定性和抗干扰能力.输入电压最小峰峰值2mV,3dB带宽达0.3MHz～150MHz,最大输出正弦波有效值1.8V,在1MHz～100MHz频带内增益起伏小于1dB,性能优良,可广泛用于电子对抗、战术武器制导以及无线通信中.【期刊名称】《西南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(041)003【总页数】8页(P383-390)【关键词】射频放大器;宽带;小信号放大;增益可调【作者】王一冰;彭安金【作者单位】西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TN722(西南民族大学电气信息工程学院，四川成都 610041)宽带射频放大器广泛应用于雷达搜索探测、无人机侦察、卫星通信、电子对抗、战术武器制导以及民用无线通信中，其性能好坏直接影响到整个系统的水平，因此成为诸多射频系统设计的关键.宽带放大器常用的形式有平衡结构式放大器、负反馈式放大器、有源匹配电路、电抗网络匹配、宽带电阻匹配、分布式放大器等[1].其中负反馈式放大器具有如下明显的优点:降低放大器对有源器件性能变化的敏感度；获得较好的输入阻抗匹配和较低的噪声系数；增加放大器的稳定性和线性度等[2].因此，负反馈技术被广泛地运用于宽带放大器的设计当中.现有的移动电视中数字增益可配置的射频放大器增益调节范围比较小[3].一种新的方法是采用射频自动增益控制放大器提高动态范围[4]，当射频输入受到强干扰时，自动降低增益以免信号链路饱和，下变频后通过中频滤波器滤除干扰，以达到抑制干扰的同时不减少有用信号信噪比的目的.因此宽带射频放大器的带宽、高增益、增益平坦度、动态范围就成为设计的关键性指标.本宽带射频放大器要求达到指标如下:(1)电压增益≥60dB，输入电压有效值≤1 mV.电压增益在0～60dB范围内可调.(2)放大器BW-3dB的频率下限≤0.3MHz，上限≥100MHz，在0.3MHz～80MHz内增益起伏≤1dB；在50欧负载上最大输出正弦波电压有效值≥1V.1.1 增益可调设计方案一:电阻网络衰减.通过前级放大电路进行增益放大，后级由电阻网络衰减，实现0～60dB范围内宽带增益可调.方案二:采用压控放大器.采用压控放大器(VGA)，其增益可由外部电压控制，实现一定范围内增益步进可调.方案三:采用程控衰减器.其衰减倍数可程控，实现步进的衰减.方案一采用电阻网络衰减，步进大难以做到连续衰减，而且存在负载效应影响精度.方案二采用VGA实现增益可调，但VGA方式带宽受到限制，难以实现150MHz.方案三采用程控衰减器.综合考虑，本次设计采用方案三，结合前级增益变化，后级由数字步进衰减器实现增益可调.1.2 放大器的宽带高增益设计按照指标的要求，信号通频带0.3～100Mhz最大电压增益Av≥60dB，增益带宽积达到100GHz，单级放大甚至两级放大都是难以做到的.因此通过将单级增益保持在 20dB以下，采用多级级联的方式实现60dB的目标.本系统中，采用两级固定增益实现30dB放大(后级50欧负载实得增益)，中间级实现 0～50dB放大(后级50欧负载实得增益)，末级-30dB～-60dB的衰减和0～20dB的增益(后级50欧负载实得增益).1.3 频带内增益起伏控制按照指标的要求，整个系统至少要满足在1～80MHz内最大增益波动不大于1dB.由于本系统是五级级联结构，且每一级都单独工作，而系统总的增益曲线为各模块的叠加.考虑最极端的情况，即各部分的最大增益波动点在同一位置，此时要保证各级最大增益波动小于0.2dB才可满足指标要求.因此，在进行单级设计时应该尽可能降低在1～80MHz通带内的波动，这就对芯片性能提出了挑战，必要时可通过外接LC网络进行一定的增益补偿.1.4 射频放大器的稳定性分析稳定性问题一直是放大器设计的重点之一.对于宽带放大器，稳定性问题尤为重要，在设计初期就要认真考虑.造成放大器不稳定的因素主要来自内部正反馈和外部耦合干扰.对于前者，可能由于布线不合理、放大器反馈设计不合理、单级增益过高，各级信号通过公共网络(如馈电网络)进行串扰等原因造成.因此首先应限制单级增益，对于高速电流型运放可以参考相应器件手册给出的建议反馈电阻.为了防止因馈电网络造成的串扰，可对每一级网络进行单独供电.在电路实际制作中，应合理布局布线，考虑电磁兼容性并采用各种抗干扰手段.根据设计要求，对所选芯片有如下要求:1)低噪声和低失真2)-3dB带宽应远超300KHz～100MHz范围3)在1～80MHz频带内，增益起伏小于0.2dB4)后一级驱动电流有效值需大于20mA考虑到输入级信噪比要高，选择电压反馈型运放.宽带低噪声单位增益稳定的电压反馈型运放OPA847，带宽为 3.9GHz，增益为 20倍时带宽为325MHz，可满足带宽要求且增益稳定，但是由于OPA847放大大信号时平坦度下降所以只选作输入级使用.中间级必须满足在1～80MHz频带内高增益，增益起伏小于1dB.由于电压反馈型运放增益带宽积一定，带宽本身会限制增益的提高，所以选择电流反馈型运放以减小增益的调节对带宽的影响.封装为SOT -23的低失真运放LMH6703，3分贝带宽为1.2 G，在频率100M内增益平坦，且增益最高可达10倍，可满足带宽、增益要求.OPA847的增益平坦度如下(图1选自德州仪器研发芯片OPA847的数据手册): LMH6703的增益平坦度如下(图2选自德州仪器研发芯片LMH6703的数据手册): 由图一、二可知我们选择OPA847、LMH6703能满足平坦度要求.LMH6703其输出电流可达90mA，作为输出级可满足最后一级驱动电流有效值需大于20mA的要求.综合以上，选择OPA847、LMH6703可满足设计要求.通过核心方案论证，本系统由OPA847作为输入级单级放大20dB，中间级通过电流型运放LMH6703实现10dB～60dB增益控制，再通过衰减网络进行-30dB～-60dB衰减，最后接入驱动级形成0dB～20dB的增益.系统框图如图3所示.本系统的放大倍数大于60dB，当电源去耦不好时各级信号电流在内阻上的电压降将产生互耦作用，而本系统的带宽很宽，信号很容易通过电源线相互耦合，若耦合信号起振，电路将产生寄生振荡.所以为了提高射频放大器的稳定性应尽量要做好电源去耦，除了在每个芯片的电源脚接去耦电容，还在电源线中接入了EMI滤波器.同时电流反馈型运放构建的放大器也容易因反馈阻抗值的变化造成自激振荡，因此每个运放的反馈电阻尽量靠近运放输入引脚，以免反馈回路中的分布电容引入新极点，必要时还进行了滞后相位补偿.4.1 前置放大器设计OPA847是电压反馈型运放，它组建的反相放大器抑制噪声能力强，且容易实现特征阻抗匹配，所以第一级由OPA847构成反相放大器以提高信噪比.通过方案论证和理论分析，系统前级电路采用宽带放大器OPA847实现20dB增益放大.OPA847为宽带放大器，带宽为3.9GHz，压摆率为950V/μs，完全达到指标要求.具体电路如图4所示.4.2 中间级放大电路中间级选用电流反馈型运放LMH6703构成同相交流放大器以实现源阻抗匹配.电流反馈型运放LMH6703的闭环增益和频率响应主要取决于反馈电阻的值.反馈电阻的取值决定着电流反馈型运放的工作稳定性.最佳值既可以保证最大带宽，也可以保证稳定地放大而不振荡，对于封装为SOT-23-6的LMH6703最佳的反馈电阻值为560Ω，封装为SOIC则最佳反馈电阻值为390Ω.同时，电流反馈型运放的反馈环路中不允许有电容，因为电容会降低反馈阻抗导致振荡.出于同样的原因，杂散电容也必须控制在运放的反相输入端周围.电流反馈型运放LMH6703的仿真测试图如下:输入10mV时LMH6703的输出波形如图6:电流反馈型运放LMH6703的3分贝带宽为1.2 G，在频率100M内增益平坦，可构成2级宽带放大器，完整电路图如图7所示.由电流反馈型运放LMH6703构成交流同相放大器，电流反馈型运放改变增益对带宽影响较小，所以在高增益的同时能满足带宽要求.且交流同相放大器输入阻抗高，有利于源阻抗匹配.根据每级的增益确定其反馈电阻和增益电阻，调节阻值由图8所示.4.3 衰减电路设计该系统设计的是增益从0dB到60dB可调，但因放大器的增益调到最佳可提高信噪比，为实现增益0dB在系统最后级设计-30dB到-60dB的衰减网络以抵消前级的增益.系统不同模块由同轴电缆传输，同轴电缆的阻抗为50Ω，因此Z0＝50Ω.由于T型电阻网络电阻值较难买到，所以选择π型衰减网络，其衰减结构对应图9所示.当衰减30dB时R2基本保持在50Ω附近，所以采用定值电阻1K和5K的滑动变阻器串联组成R1完成30dB衰减.为避免π型无源衰减器的负载效应，后面接一级缓冲放大器.原理图如图10所示.再接入数字步进衰减器(步进值0.5 dB)新增0～-30dB衰减，即可得到-30 dB～-60 dB的总衰减.最后接入驱动级形成0dB～20dB的增益以驱动50欧负载，LMH6703输出电流可达90mA，作为输出级可满足最后一级驱动电流有效值需大于20mA的要求，电路图与中间级放大器相同.5.1 测试仪器① RIGOL DG4072 100MHz信号源② 泰克TDS2022C 500MHz示波器③ APS3003S-3D高精度线性直流稳压源5.2 测试方案与记录选取频率20MHz，输入电压固定为2.7mVpp，调整电路的增益，测试是否增益在0～62dB内可调.输入电压固定为2.7mVpp，增益选取最大增益62dB以在最坏情况进行测试，改变信号频率，测试-3dB带宽和带内增益平坦度如下.据测试记录可知，输入电压有效值小于等于1mV的时候，增益0～62dB可调，满足指标要求.据测试记录可知，电压增益为62dB的时候，-3dB带宽达到150MHz，在0.3MHz～90MHz频带内增益起伏小于0.8dB，完全满足指标要求.本文首先设计并分析了射频宽带放大器的总体方案，然后将指标分配给前级、中间级与末级，据此选择有源器件，采用多级放大与负反馈技术设计了射频宽带放大器，获得了良好的效果，本射频宽带放大器可广泛用于电子对抗、战术武器制导以及民用无线通信中.【相关文献】[1]刘畅，梁晓新，阎跃鹏.射频宽带低噪声放大器设计[J].电子测量与仪器学报，2009(增刊):196-202.[2]刘抒民，田立卿.使用负反馈技术设计宽带低噪声放大器[J].遥测遥控，2007，28(6):59-63.[3]XIAO J，MEHR I，SILVA-MARTINEZ J.A high dynamic range CMOS variable gain amplifier for mobile DTV tuner[J].Solid-State Circuits，IEEE Journal of，2007，42(2):292-301.[4]WANG C C，LEE C L，LIN L P，et al.Wideband 70dB CMOS digital variable gain amp lifier design for DVB-T receiver's AGC[C]//Circuits and Systems，2005.ISCAS 2005.IEEE International Symposiumon.IEEE，2005:356-359.[5]冈村迪夫.OP放大电路设计[M].王玲，等译.北京:科学出版社，2010.[6]塞尔吉欧.弗朗哥.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].刘树棠，等译.西安:西安交通大学出版社，2009.[7]PARIN V.Aanlysis of CDMA Signal Spetral Regrowth 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2013电子设计大赛D题
2013年全国大学生电子设计竞赛射频宽带放大器（D题）【组】2013年9月6日射频宽带放大器（D 题）一、任务设计并制作一个射频宽带放大器。
二、要求1．基本要求（1）电压增益Av ≥20dB，输入电压有效值Ui ≤20mV。
Av在0～20dB 范围内可调。
（2）最大输出正弦波电压有效值Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。
（3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz，并要求在1MHz～15MHz 频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入阻抗= 50，输出阻抗= 50 。
2．发挥部分（1）电压增益Av ≥60dB，输入电压有效值Ui ≤1 mV。
Av在0～60dB 范围内可调。
（2）在Av ≥60dB 时，输出端噪声电压的峰峰值UoNpp ≤100mV。
（3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限频率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz 频带内增益起伏≤1dB。
该项目要求在Av ≥60dB（或可达到的最高电压增益点），最大输出正弦波电压有效值Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真条件下测试。
（4）最大输出正弦波电压有效值Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真。
（5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。
三，方案方案1：对信号放大。
用AD603放大，频带不够。
方案2：对信号滤波，用OPA690对信号放大，再丙类功放大器放大。
方案3：对信号带通滤波，用AG42放大，再用丙类功放大器放大。
上述几种方案中，只用方案3能实现本次题目的要求。
全国电子设计大赛射频宽带放大器
全国电子设计大赛射频宽带放大器（D题）摘要本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大器，要求具有0.3~100MHz通频带，增益0~60dB范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。
由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。
为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。
除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。
经测试，系统对mV≤的输入信号实现了增益0~60dB范围内可调，带宽0.3~100MHz，并在11~80MHz频带内增益起伏dB1≤，且全程波形无明显失真。
完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
关键字：带宽预置AD8367压控增益单片机1. 系统方案设计与论证1.1总体方案设计与论证分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。
系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图1.2前置缓冲级的方案论证与选择前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。
考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz ，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为R j 趋于无穷大，所以图2电路的输入阻抗为k k k k R R R R R R R R ≈+*==j jj n i //。
则可令实际电路取R k =50Ω以达到输入阻抗要求。
除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避图2 前置缓冲级免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。
其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz 。
2013年电子设计竞赛D题射频宽带放大器(国家二等奖)解析
摘要本设计以低噪声、低功耗、的THS3001和增益可变放大器AD8330运算放大器为主控器件，放大器分别由前级放大、二级增益控制和稳压直流电源等模块。
论文根据放大器系统的特点，结合相关的电路设计理论，设计出了几本符合要求的放大器，系统整体提高电压增益，使电压增益大于dB A V 20≥，放大器dB 3-BW 的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ，并要求在1Z MH ~15Z MH 频带内增益起伏dB 1≤。
关键字：THS3001 AD8330 电压增益 截止频率 增益起伏设计报告一、总体方案的选取及确定 1.1 系统方案的确定题目中要求电压增益大于dB A V 20≥，放大器dB3-BW的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ，并要求在1Z MH ~15Z MH 频带内增益起伏dB 1≤。
我们从网上查到THS3001的单位增益宽带为420Z MH ，而且它的0.1dB 的平坦宽带为115Z MH ，因此我们首先采用THS3001来作为首级的电压增益，但是发挥部分要求dB A V 60≥，因此电压增益还需扩大，从手册中查到AD8330是一款DC 至150Z MH 的宽带可变增益放大器，适合要求完全低噪声、精确定义增益和适度低失真的应用，因此我们在第二级增益可控部分采用AD8330作为主控元件来控制电压放大的倍数，最后可直接驱动50欧姆的负载。
系统方案框图见图1.1。
输入图 1.1 系统方案框图1.2 各级电路方案的确定 1.2.1 前置放大电路部分方案一：采用场效应管或三极管设计增益放大电路，主要利用场效应管的可变电阻区或三极管的放大区可实现电压增益放大，但是本方案采用了大量的分立元件，电路复杂，在设计本放大器的高频功率条件下，可能会造成电路的稳定性很差，而且很容易受外界噪声等的因素影响，因此未选此方案。
方案二：根据题目要求，电压增益大于dB A V 20≥，放大器dB 3-BW 的下限截止频率≤L f 0.3Z MH ,上限截至频率≥H f 20Z MH ，我们查到THS3001的单位增益宽带为420Z MH ，而且它的0.1dB 的平坦宽带为115Z MH ，非常符合我们题中的要求，因此我们采用此方案来实现第一级放大电路的增益控制。
历年年全国大学生电子设计竞赛题目
2015年全国大学生电子设计竞赛题目【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）第一届（1994年）第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛A.简易数控直流电源B.多路数据采集系统第二届（1995年）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛A.实用低频功率放大器B.实用信号源的设计和制作C.简易无线电遥控系统D.简易电阻、电容和电感测试仪第三届（1997年）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛直流稳定电源A.B.简易数字频率计C.水温控制系统D.调幅广播收音机第四届（1999年）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛A.测量放大器B.数字式工频有效值多用表C.频率特性测试仪D.短波调频接收机E.数字化语音存储与回放系统第五届（2001年）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛A.波形发生器B.简易数字存储示波器C.自动往返电动小汽车D.高效率音频功率放大器E.数据采集与传输系统F.调频收音机第六届（2003年）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛A.电压控制LC振荡器宽带放大器B.C.低频数字式相位测量仪D.简易逻辑分析仪E.简易智能电动车F.液体点滴速度监控装置第七届（2005年）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛A.正弦信号发生器B.集成运放测试仪C.简易频谱分析仪D.单工无线呼叫系统E.悬挂运动控制系统F.数控恒流源G.三相正弦波变频电源第八届（2007年）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛A.音频信号分析仪B.无线识别C.数字示波器D.程控滤波器E.开关稳压电源F.电动车跷跷板积分式直流数字电压表G.H.信号发生器I.可控放大器J.电动车跷跷板第九届（2009年）第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛A.光伏并网发电模拟装置B.声音导引系统C.宽带直流放大器D.无线环境监测模拟装置E.电能收集充电器F.数字幅频均衡功率放大器G.低频功率放大器H.LED点阵书写显示屏I.模拟路灯控制系统第十届（2011年）A.开关电源模块并联供电系统B.基于自由摆的平板控制系统C.智能小车D. LC 谐振放大器E.简易数字信号传输性能分析仪F.帆板控制系统简易自动电阻测试仪G.H.波形采集、存储与回放系统第十一届（2013年）A.单相AC-DC变换电路B.四旋翼自主飞行器C.简易旋转倒立摆及控制装置D.射频宽带放大器E.简易频率特性测试仪F.红外光通信装置G.手写绘图板J.电磁控制运动装置K.简易照明线路探测仪L.直流稳压电源及漏电保护装置第十二届（2015年）【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）获奖状况．。
省赛 射频宽带放大器报告 最终报告
射频宽带放大器【本科组】摘要：本设计以低功耗单片机ATmega128为控制核心，采用高宽带低噪声集成运放芯片THS3202和可控增益放大器AD603相结合的方式，制作了一个电压增益可调的射频宽带放大器。
整个系统通过继电器在各衰减网络间进行切换，并对直流漂移进行调零处理，较好地实现了电压增益0~60 dB可调，输出信号波形无明显失真，且各项指标均达到或超过基础和发挥部分要求，具有频带宽、噪声低、增益高、性能稳定等优点。
关键词：ATmega128 射频宽带运放可调增益１一、引言射频宽带放大器在射频通信中具有重要作用，它广泛应用于视频放大、信号发射等电路，对其研究与设计是具有现实的意义与作用。
1.设计要求（1）系统的基础部分要求：输入电压有效值为V i≤10 mV，输入与输出阻抗等于50 Ω，电压增益A v≧20 dB，且在0~20 dB可调；最大输出电压有效值V o≥200 mV。
系统的通频带为0.3 MHz~10 MHz，在1 MHz~15 MHz的通频带内，电压增益起伏≤1 dB。
（2）系统的发挥部分要求：输入电压有效值为V i≤1 mV，电压增益A v≧60 dB，且在0~60 dB可调；最大输出电压有效值V o≥1 V。
系统的通频带为0.3 MHz~100 MHz，在1 MHz~80 MHz的通频带内，电压增益起伏≤1 dB。
系统在增益为60 dB时，输出噪声电压的峰峰值要≤100 mV。
2.设计思路根据题目要求，放大器达到带宽0.3 MHz~100 MHz，电压增益0~60 dB可调，关键在于抑制零点漂移和通频带的扩展，因此放大器需采用多级交流耦合连接方式来实现。
二、系统设计与方案论证1.系统总体方案射频宽带放大器主要由固定增益放大、可控增益放大、衰减网络、通频带选择等电路组成。
输入信号经50 Ω输入阻抗匹配后，通过固定增益放大、可控增益放大以及衰减网络实现增益0~60 dB可调，再经通频带选择实现在0.3 MHz~20 MHz和0.3 MHz~100 MHz频带间切换，最后经50 Ω负载输出无明显失真的正弦波信号。
2013全国电子大赛射频宽带放大器报告
代码：LN09-222013年全国大学生电子设计竞赛射频宽带放大器（D题）【本科组】2013年9月7日摘要本设计采用四级放大，电源选用LM317为放大器提供3.3V电压。
第一级放大使用噪声小的THS3092构成同相放大电路，第二、三级使用uA733差动放大器固定增益放大，后级采用带负载能力较强的THS3091。
在第一级放大器后利用等效电阻实现0~60dB增益可调。
测试结果显示，当信号在输入电压有效值小于1mV，输出波形无明显失真时，频带范围内达到0.3MHz~45MHz,增益大于60dB且连续可调。
完成了所有基本部分的要求和部分发挥部分的要求。
目录1系统方案 (2)1.1直流稳压电源的论证与选择 (2)1.2前置放大模块的论证与选择 (2)1.3 增益控制模块的论证与选择 (2)1.4 中间放大级模块的论证与选择 (3)1.6 后级功率放大模块的论证与选择 (3)2系统理论分析与计算 (3)2.1 三级放大电路的分析 (3)2.1.1 前置放大电路 (3)2.1.2 中间级放大电路 (3)2.1.3 后级功率放大电路 (3)2.2 增益分配和调节的计算 (3)2.2.1 增益分配 (3)2.2.2 增益调节 (4)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2前置放大电路原理图 (4)3.1.3中间级放大电路原理图 (5)3.1.4后级功率放大电路图 (5)3.1.5电源 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (7)4.3.2测试分析与结论 (10)附录1：电路原理图 (11)射频宽带放大器（D题）【本科组】1系统方案本系统主要由前级放大模块、增益控制模块、中间级模块、后级功率放大模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1直流稳压电源的论证与选择方案一：采用CW7905，7809，7812，7905，7909，7912芯片设计正负直流稳压电源，此系列芯片最大输出电流0.5A,带载能力相对较差，纹波较大。
2013年电子大赛获奖名单
附录1
2013年全国大学生电子设计竞赛山西赛区国家奖获奖名单
本届大赛题目：
A题：单相AC-DC变换电路（本科组）
B题：四旋翼自主飞行器（本科组）
C题：简易旋转倒立摆及控制装置（本科组）
D题：射频宽带放大器（本科组）
E题：简易频率特性测试仪（本科组）
F题：红外光通信装置（本科组）
G题：手写绘图板（本科组）
J题：电磁控制运动装置（专科组）
K题：简易照明线路探测仪（专科组）
L题：直流稳压电源及漏电保护装置（专科组）
附录2
2013年全国大学生电子设计竞赛山西赛区参赛队获奖情况
（本科组）
附录3
2013年全国大学生电子设计竞赛山西赛区参赛队获奖情况
（高职高专组）。
宽带射频功率放大器设计
宽带射频功率放大器设计射频（Radio Frequency，简称RF）功率放大器在现代通信系统中起着重要的作用。
它的主要功能是将低功率的射频信号放大到足够的功率级别，以便于传输和处理。
宽带射频功率放大器是一种可以在大范围的频率范围内提供高功率放大的设备。
本文将介绍宽带射频功率放大器的设计。
在设计宽带射频功率放大器之前，需要明确一些基本参数和要求。
首先，需要确定放大器的工作频率范围。
宽带放大器通常涵盖几个频率段，因此需要确保在所需的频率范围内具有足够的增益和线性性能。
其次，需要确定放大器的输出功率要求。
输出功率是放大器设计中的一个重要指标，它决定了放大器能够提供的最大信号功率。
最后，需要考虑放大器的线性性能和稳定性。
线性性能是指放大器输出信号与输入信号之间的线性关系，而稳定性是指放大器在工作过程中能够维持恒定的增益和相位特性。
在设计过程中，可以使用不同的拓扑结构和技术来实现宽带射频功率放大器。
其中一种常见的结构是宽带巴氏极双管功率放大器。
该结构使用共射和共基级联的方式来实现高增益和宽带特性。
另一种常用的结构是宽带巴氏极共基功率放大器，它具有简单的结构和高输入阻抗，适用于高频应用。
在选取合适的放大器结构后，还需要选取合适的放大器器件。
常用的射频功率放大器器件包括三极管、场效应晶体管和集成电路。
三极管具有高增益和线性特性，适用于较低频率的应用。
场效应晶体管具有较高的工作频率和功率特性，适用于较高频率的应用。
集成电路则具有更高的集成度和稳定性。
根据特定的应用需求，可以选择合适的器件。
除了放大器器件外，还需要选择合适的匹配网络来实现放大器的输入和输出匹配。
匹配网络能够提高放大器的功率传输效率和线性特性。
常用的匹配网络包括隔离电容、电感和变压器等。
通过合理选择匹配网络的参数，可以实现最佳的匹配效果。
最后，在完成放大器设计后，需要进行仿真和测试验证。
使用电磁仿真软件可以对放大器的工作性能进行模拟和优化。
实际测试可以验证设计的准确性和性能指标的达标情况。
2013D题 射频宽带放大器 全国一等奖设计方案
方案 3：选用电压反馈型放大器 OPA847 放大 20 倍，OPA827 具有 3.7 GHz 的增益带宽 积，且经过计算，OPA847 完全能接 50 Ω负载，达到 1V 真有效值输出。
方案 1：采用单级 VCA810 进行程控放大，单片机输出电压经过反向，产生‐2V~0V 的控 制电压，实现单级‐40 dB 到＋40 dB 的增益变化。但理论固定带宽只有 35 MHz，难以达到拓 展部分所有技术指标的要求。
方案 2：使用精密电位器改变放大器的反馈电阻实现增益可调，但会给电路系统带来干 扰，且在高频时，电位器产生电容效应，使得增益不够平坦。
（4）电源电路设计 直流稳压电源采用通过变压器、7815 芯片、7805 芯片，将 220 V 转换为±12V 和±5V
直流电源，给整体电路供电。
四、电路测量
（1）电路仿真与级联调试 运用电路仿真软件先对每一级电路进行软件仿真，调整参数，达到要求后焊接电路，进
行单级测量，包括是否达到预定增益指标，增益起伏是否满足要求等。 成功后，将四级级联，整体测试，初步得出结果，再将电路进行固定，调整布局，进行
综合考虑后，决定将电路定为四级，其中第一级主要进行阻抗匹配和噪声抑制，固定增 益放大；第二级和第三级都是程控增益控制，以实现高增益、宽带宽和增益可变的平衡；第 四级采用电流反馈放大器进行功率放大。
3
系统框图如图 D‐1‐1 所示。
（1）前级放大模块的论证与选择 方案 1：使用 OPA657 作为第一级放大，按照该芯片手册的说明，在＋7 放大器芯片为 OPA847，设计将其配置成 8 倍的放大倍数，用±5V 电源供 电，能够很好地实现降噪并拓宽带宽的要求。图 D‐1‐3 为 OPA847 前级放大电路图，电路可 以在 TI 软件 TINA 中进行仿真。 （2）中间程控级电路
(2013全国一等奖)射频宽带放大器..
2013年全国大学生电子设计大赛2013年全国大学生电子设计大赛论文【本科组】射频宽带放大器系统设计报告2013年9月7日射频宽带放大器摘要：本系统基于压控对数放大器设计，由前级放大模块，增益控制模块，（带宽预置），后级功率放大模块，键盘及显示模块组成。
具有射频宽带数字程控功能。
在前级放大中，用电压反馈型放大器OPA657,OPA2694和宽带压控放大器VCA820放大输入信号，输出放大一定倍数的电压，经后级OPA2694的放大电路达到大于1V的有效值输出，其中电流反馈型放大器OPA657的输入偏置电流比较小，对后级电路的调理起到简化作用，VCA820的使用方便了增益控制，可以手动和程控。
经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。
关键词：压控对数放大器电压反馈放大器射频宽带放大一、系统方案论证1.可控增益放大器的方案论证方案一：采用场效应管或三极管控制增益。
主要利用场效应管可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，由于题目要求的频带较高。
该方案采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案二：采用多路选择器来来改变放大器跨接的电阻的值实现增益控制。
该方案需求每一级放大器都要加多路选择器，不能实现连续调节，影响高频的频率特性，容易引起放大器的自激。
方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现（如VCA820）。
其特点是以db为单位进行调节，可控增益±20dB,可以用单片机方便的预制增益。
综合比较，基于电路集成度高，条理清晰，控制方便，易于数字化单片机处理的考虑，选择方案三。
2.射频宽带放大器选择的方案论证方案一：采用电压反馈放大器OPA846、OPA847、OPA657等电压放大器，该系列的运算放大器的增益带宽积很高，但该系列的去补偿的电压反馈放大器由于寄生电容过大会引起放大器的震荡，而手工焊接的板子不能够保证寄生电容很小，难于调试，用PCB电路板有益于电路调试。
国赛一等奖射频宽带放大器
射频宽带放大器（D题）作者：郭培培韩家斌茹田力（中国地质大学（武汉））赛前辅导教师：赵娟文稿整理辅导教师：赵娟摘要本系统由宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824和电流型运放OPA695组成。
系统前级通过OPA847实现10倍固定增益放大，中间级由压控放大器VCA824实现0.05~5V/V增益变化，后级由OPA695和继电器实现5~25V/V增益变化，末级由电阻网络进行10倍衰减，达到0dB~60dB增益范围可调。
系统采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，提高稳定性和抗干扰能力。
经测试，系统达到了题目所设定的所有指标。
关键词：射频放大器，VCA824，OPA847 ，OPA695AbstractThe system is designed with a broadband amplifier OPA847, V oltage controlled amplifier VCA824 and current-feedback operational amplifier OPA695.In the first stage, the system can achieve 10 times fixed-gain by OPA847.Then, in the intermediate stage, it uses VCA824 to achieve 0.05 ~ 5V / V gain range. In the latter part, the system achieves 5 ~ 25V / V gain variation by OPA695 and relays. In the last stage, the system achieves 10 times attenuation by the resistor network, so that the overall gain can be adjusted in the range of 0~60dB. In order to improve the stability and anti-jamming capability, the system uses the shield case to carry electromagnetic shielding. According to the test, all the indicators of the topic have reached .Keywords：RF broadband amplifier，VCA824，OPA847，OPA695一、方案论证1. ≥60dB 增益设计方案一：采用三极管实现。
2013射频宽带放大器设计报告
2013射频宽带放大器设计报告射频宽带放大器摘要：本系统采用宽带电压反馈运放OPA690、压控增益放大器VCA810以及宽带电流反馈放大器THS3001结合的方式，实现了增益可调的射频宽带放大器。
系统主要由四个模块构成：前置放大电路、压控增益放大电路、后级放大电路、单片机显示控制模块。
压控增益放大电路以VCA810为核心，实现60dB的可调节范围；使用THS3001等运放进行电压放大使最大有效值达到1V；整个电路波形稳定、无明显失真，噪声电压小,通频带内增益平坦，较好得完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键词：射频放大、宽带放大、压控增益、单片机控制AbstractAdopting a combination of wideband voltage-feedback amplifier OPA690, voltage-controlled gain amplifier-VCA810, wideband current-feedback amplifier THS3001, the system can achieve a RF（RF-Radio frequency）broadband amplifier with adjustable gain. The system is consisted of four blocks: pre-amplifier circuit, voltage-controlled gain amplifier circuit, the latter amplifier circuit, MCU display control module. With a core of VCA810, the VGA circuit can achieve 60dB of gain adjustment range. Applying THS3001 etc. amplifier gains 1V of maximum effective value. The whole system has a feature of stable distortionless waveform, low noise and high gainflatness complete the design tasks, both the basic part and extended part.Keywords: Radio frequency amplification、bandwidth amplification、voltage controlled gain、single chip microcomputer control目录一、系统方案……………………………………………………………………………………… (4)1.1方案比较与选择 (4)1.1.1前置放大电路 (4)1.1.2 压控增益放大电路................................................................................................. . (4)1.1.3 后级放大电路 (4)1.2方案描述 (5)二、理论分析与计算 (6)2.1 宽带放大器设计 (6)2.2 频带内增益起伏控制 (6)2.3 射频放大器稳定性 (6)2.4增益调整 (6)三、电路与程序设计 (7)3.1电路设计 (7)3.1.1前置放大电路与电路原理图 (7)3.1.2压控增益放大电路与电路原理图 (7)3.1.3 后级放大电路与电路原理图 (8)3.2程序的设计 (9)四、测试方案与测试结果…………………………………………………………………………………….104.1测试仪器 (10)4.2 测试方法及数据 (10)4.3 测试结果及析 (11)五、总结 (12)附录1：元器件表 (12)附录2：幅频特性显示与波形显示.................................................................. . (12)附录3：总电路图 (15)附录4：源程序 (15)一、系统方案1.方案比较与选择（1）前置放大电路方案一：选用分立元件搭建电路，可以输出较大电压，但需采用多级高频电路，电路比较复杂，工作点难于调整，容易产生自激振荡，难以保证带宽，故不选用此方案。
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2013年全国大学生电子设计大赛2013年全国大学生电子设计大赛论文【本科组】射频宽带放大器系统设计报告2013年9月7日射频宽带放大器摘要：本系统基于压控对数放大器设计，由前级放大模块，增益控制模块，（带宽预置），后级功率放大模块，键盘及显示模块组成。
具有射频宽带数字程控功能。
在前级放大中，用电压反馈型放大器OPA657,OPA2694和宽带压控放大器VCA820放大输入信号，输出放大一定倍数的电压，经后级OPA2694的放大电路达到大于1V的有效值输出，其中电流反馈型放大器OPA657的输入偏置电流比较小，对后级电路的调理起到简化作用，VCA820的使用方便了增益控制，可以手动和程控。
经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。
关键词：压控对数放大器电压反馈放大器射频宽带放大一、系统方案论证1.可控增益放大器的方案论证方案一：采用场效应管或三极管控制增益。
主要利用场效应管可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，由于题目要求的频带较高。
该方案采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案二：采用多路选择器来来改变放大器跨接的电阻的值实现增益控制。
该方案需求每一级放大器都要加多路选择器，不能实现连续调节，影响高频的频率特性，容易引起放大器的自激。
方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现（如VCA820）。
其特点是以db为单位进行调节，可控增益±20dB,可以用单片机方便的预制增益。
综合比较，基于电路集成度高，条理清晰，控制方便，易于数字化单片机处理的考虑，选择方案三。
2.射频宽带放大器选择的方案论证方案一：采用电压反馈放大器OPA846、OPA847、OPA657等电压放大器，该系列的运算放大器的增益带宽积很高，但该系列的去补偿的电压反馈放大器由于寄生电容过大会引起放大器的震荡，而手工焊接的板子不能够保证寄生电容很小，难于调试，用PCB电路板有益于电路调试。
方案二：采用电流反馈放大器OPA691，OPA2694，特别是OPA2694的电压压摆率高达4300V/us，在增益和大信号的调理中表现更好的带宽和失真度，但是输入失调电流比较高，题目要求的1db增益起伏难以实现。
综合比较，基于带宽和失真度的考虑，选择方案一中低失调电流的OPA657。
二、理论分析与计算1.放大器带宽增益积（1）电压反馈型（VFB）运算放大器的增益和带宽存在一定的关系：从对应的波特图上可以看出，从直流到由反馈环路的主极点决定的截止频率Fc之间，增益是恒定不变的，在该频率以上，如果频率升高一倍，增益就会减半。
运算放大器的-3dB带宽就是Fc，增益越高，带宽越窄，带宽增益积BW·u A =常数，u A 为放大器放大的倍数。
所以电路设计时应在放大器的带宽和增益之间进行折衷选择。
假设放大电路的高频响应用下面的单极点函数表示(j )/(1/)f m H A A j ωωω=+ (2-1)式中mA 为放大器的中频增益，ω为角频率，H ω 为上限角频率。
当引入负反馈并假设反馈网络的反馈系数是与频率无关的实数B 时，则有(j )(j )/(1(j ))f A A BA ωωω=+ (2-2)将式(2-1)代入式(2-2)得/(1)(j )1/((1))m m f m H A A B A j A B ωωω+=++ (2-3)由此可知，反馈中频增益为/(1)mf m m A A A B =+，上限角频率Hfω变为(1)Hf H m A B ωω=+ (2-4)这说明引入负反馈以后，放大电路的上限频率扩展了，扩展程度与反馈深度F 有关。
对本系统直流宽带放大器，放大器下限角频率为零赫兹，所以无反馈时放大器的通频带HBW f =，引入负反馈后放大器通频带扩展到无反馈时的(1)m A B +倍。
而且有(1)(1)mmf f m m m A A BW A B BW A BW A B ⋅=⋅+⋅=⋅=+常数（2）电流反馈型(CFB)运算放大器:在电流反馈运放中，开环响应是输出电压对输入电流的响应。
因此，与电压反馈运放不同，电流反馈运放输入和输出之间的关系不是用增益表示，一般是用跨阻来表示，因此电流反馈运放也被称为跨阻放大器。
电流反馈运放的跨阻在500k Ω～1M Ω之间。
与电压反馈运放不同，电流反馈运放没有恒定的增益带宽积。
也就是说，当增益随着频率增加而降低时，降低的规律就不是增益衰减一半，带宽扩展一倍的了。
电流反馈运放可以在较宽的增益范围内保持高带宽，但这是以反馈阻抗的选择有限制为代价的。
例如，其中一个限制就是电流反馈运放的反馈环路中不允许有大电容，因为电容会使高频下的反馈阻抗降低，从而导致振荡。
由于同样原因，杂散电容也必须控制在运放的反相输入端周围。
本系统中使用的OPA657带宽增益积分别为1.6GHz 。
当然，改善系统幅频特性不仅仅考虑带宽增益积就足够的，还有其他因数的考虑，如运放的摆率、驱动负载的能力和小信号放大后的输出信号质量等。
2. 放大器稳定性分析 （1）放大器板上所有运放电源线级数字信号线均加磁珠和电容滤波，磁珠可滤除电流上的毛刺，电容滤除较低频率的干扰，它们配合在一起可较好地滤除电路上的串扰。
安装时尽量靠近IC电源和地。
（2）所有信号耦合用点解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。
（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。
（4）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电源地一点相连。
3.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，电源电压不稳定等因素的影响，是静态工作点放生变化，并知己放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下飘动。
放大电路级数愈多、放大倍数愈大，输出端的漂移现象俞严重。
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。
前级的放大器引入的直流对整体的系统影响最大，系统通过手动调节分压网络的方式对前级放大器引入的直流进行补偿。
后级运放则通过软件调节另一分压网络的方式对后级可控增益放大级引入的直流进行补偿。
三、硬件电路设计3.1系统框图图一系统框图本系统主要由前级发达模块、增益控制模块、后级放大模块、键盘及显示模块和电源模块。
如图一所示。
3.2可控电压增益电路可控增益调节部分我们使用压控增益放大器VCA820，VCA820在宽频带工作图1 系模式下，增益控制范围为-20dB～+20dB ，但增益dB和控制电压不是线性关系。
如图二所示。
图二压控增益电路3.3前级电压增益放大电路由于OPA657的增益带宽积高达1.6GHz,并且其输入失调电流仅有±0.25mV，对于后级电路的调理起到相当大的简化作用，该运放有良好的带宽增益。
如图三所示。
图三前级增益放大3.4后级电压增益放大电路作为末级放大电路，一方面需要满足题目要求电压增益A v≥60dB，另一方面为了避免放大倍数过大而自激，引入干扰。
末级放大电路应尽可能小但又必须达到要求。
方案一：考虑前级放大电路使用优越的精密运算放大器OPA657，此级放大也采用该放大器。
经过前面三级放大，末级仅仅需要实现4倍放大即可达到题目所有要求。
方案二：考虑单位增益稳定性且需电压反馈运放，可选择大功率带宽，单位增益稳定，新输出级结构输出高的电流占用较小的空间的单电源运放OPA2694。
通过实际测试，OPA2694的测试性能能及输出好于OPA657的各项指标，并能完成题目要求的电压增益Av≥60dB，且很好的避免因放大倍数太大引起的自激。
+-OutV +V -52U1 OP A694V1 5V2 5R1 1kR2 1kC 1 10uC 2 104C 3 10uC 4 104+VG1VF1图三 前级增益放大四、 软件仿真在放大电路设计里，系统方案选取TI 公司的OPA2694和OPA657，其中，OPA2694为二路、宽带、低功耗电流反馈运算放大器，电流反馈运放可以在较宽的增益范围内保持高带宽，而且OPA657的增益带宽积高达1.6GHz,并且其输入失调电压仅有±0.25mV ，对于后级电路的调理起到相当大的简化作用，该运放有良好的带宽增益。
当把其增益设置为20db 时，其带宽可以达到100MHZ,同时在80MHZ 以内，增益稳定度很稳定，能满足题意要求，具体的TINA 的软件仿真如下：图一 OPA567的TINA 仿真图二 OPA2694的TINA仿真在TINA的软件仿真图中，可以看出，这些参数设置完全可以满足题目要求。
五，系统测试及结果分析1.测试使用的仪器设备(1)350M数字式存储示波器：RIGOL,型号DS4034；(2)高频信号发生器：RIGOL，DS5252；2.测试方法设置输入有效值为10mv的电压信号，测试通频带内是否平坦。
设置不同的控制电压的值来控制增益，读取示波器读取电压的峰峰值，从而计算有效值。
3.测试数据频率0.3MHz 10MHz 30MHz 50MHz增益(dB)0 12.1 mV 12.1mV 12.2 mV 12.0 mV20 110mV 109 mV 110 mV 109mV40 1.08V 1.06V 1.08mV 1.07mV频率70MHz 80MHz 100MHz 120MHz增益(dB)0 12.0mV 11.8mV 11.78 mV 10.8 mV20 110mV 107 mV 108 mV 98mV40 1.08V 1.06V 983mV 975mV测试结果分析：0dB情况下增益起伏：0.438<1；20dB情况下增益起伏：0.924<1；40dB情况下增益起伏：0.972<1；满足题目所设频带内增益起伏≤1dB。
4.测试结果分析通过表可以看出放大器在0-80M通频带内平坦，最大起伏等于0.4dB，完全符合题目要求中通频带内增益起伏≤1D的指标。
六、结论与系统改进措施1．作品达到了题目所有基本和发挥部分的部分功能及指标的要求：（1）电压增益Av≥20dB，输入电压有效值Ui≤20mV。
Av在0～20dB范围内可调。
（2）最大输出正弦波电压有效值Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。
（3）放大器BW-3dB的下限频率fL≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz，并要求在1MHz～15MHz频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入阻抗= 50欧，输出阻抗= 50欧（5）本设计多使用集成芯片，以较低的成本实现了题目要求。