2013射频宽带放大器设计报告
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。
毕业设计(论文)-射频宽带放大电路设计[管理资料]
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毕业论文（设计）射频宽带放大电路设计学生姓名：指导教师：专业名称：电子信息工程所在学院：信息工程学院2015年6 月目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)课题背景 (1)本课题在世界的目前水平及现状 (1)本课题的主要内容及意义 (2)第二章射频宽带放大电路设计的总体方案 (3)系统功能要求 (3)方案比较与论证 (4)理论分析与计算 (5)第三章射频宽带放大电路单元电路设计 (8)稳压直流电源 (8)固定增益的第一级放大电路设计 (9)第二级放大电路设计 (11)第三级电路设计 (12)其他元器件的功能说明 (13)第四章射频宽带放大电路的仿真分析 (15)应用软件 (15)测试方案以及测试条件 (15)测试结果及分析 (16)结束语 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录整机电路图 (22)摘要本次设计采用宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824以及电流型运放OPA695等集成芯片来作为本次设计的射频宽带放大器的核心。
设计放大器的前级电路希望能够实现10倍的固定增益放大，最后决定通过宽带放大器OPA847来完成，本次设计的中间级电路将以压控放大器VCA824作为核心，~5倍的增益变化，本次设计的后级电路将使用电流型运放OPA695和继电器共同来实现5~25倍的增益变化，本次设计的末级电路，目的是进行10倍的衰减，将使用电阻网络来实现，从而可以达到设计预期的0dB~60dB的增益范围可调。
由于整个系统的输入信号幅度较小，而频率很高，所以为了提高系统整体的稳定性以及抗干扰能力，将引入屏蔽盒进行改善。
最后将整个设计进行仿真，结果达到了设计最初的所有要求和目的。
关键词：射频功率放大，稳压直流电源，宽带放大器，压控放大器，电流型运放AbstractThe design of the RF broadband amplifier composed by a voltage controlled amplifier VCA824 and Current-Op Amp pre-design system is composed by the broadband amplifier OPA847 to achieve the 10 times the fixed gain amplification. The middle of the design is composed by the voltage controlled amplifier VCA824 to achieve the ~5 times gain change. The subsequent circuit of the design is composed by the current- op amp OPA695 and relays to achieve the 5~ 25 times gain change. The final stage of the design used the resistor network to achieve the 10 times attenuation. Thus we can meet the design’s expectations that achieve it adjustable in the 0dB ~ 60dB gain range. Since the input signal with small amplitude and high frequency, the paper will set the shield case in this design after the simulation test to improve the stability and anti-jamming capability of the whole system. The whole system achieves all the indicators of the desired and the purpose of the design.Key words: RF Power Amplifier, Regulated DC Power Supply, Broadband Amplifier, Current-Op Amp第一章绪论课题背景随着我国通信技术迅猛的前进，我们已经进入了全新的信息科技时代。
射频宽带放大器的设计
射频宽带放大器的设计王哲【摘要】系统由前级放大模块、后级放大模块、滤波模块组成.采用可控增益放大器AD603和宽带低噪声运放OPA690级联,很好地实现了0~60,dB增益可调的要求.电路整体设计利用可调电位器控制两级级联压控,可变增益放大器完成对放大器增益的调节,又通过滤波电路实现了选频.系统还采用自动直流偏移调零模块,最大限度地减小了整个放大器的偏移,使用了各种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激.该放大器电路结构简单、性能稳定、功能完善,基本达到了各种设计指标的要求.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】4页(P54-57)【关键词】可程控增益放大器;直流偏移调零模块;OPA690;AD603【作者】王哲【作者单位】天津现代职业技术学院天津300350【正文语种】中文【中图分类】TN721.51.1 方案的比较与选择1.1.1 可控增益放大器的选择方案1：选用程控放大器PGA。
该方案高速芯片比较少，且档位均有限，无法做到连续可调，故不选用此方案。
方案2：选用可控增益放大器VCA820作为控制核心器件。
VCA820通频带达100,Hz～15,MHz，放大增益 10～58,dB，温度稳定高，其增益与控制电压成线性关系，但是电路稳定的线性特性很难控制，增益调节精度不高，芯片性价比不高，市面难以买到。
故不选此方案。
方案 3：AD603在噪声低的前提下稳定性良好，同时可以完全满足所需的增益，并将增益的变化与控制电压相联系，使二者成线性关系，从而轻松调节增益(设定调节范围为-10～30,dB)，实现电路的增益连续可调。
故选择此方案。
1.1.2 功率放大电路的选择方案 1：将输出电压的放大电路交给分立元件。
这种采用多级分立高频的放大电路缺点十分明显，由于线路比较复杂，相互之间的影响比较大，难以精确地对参数进行调节，设计要求的带宽难以保证，因此不选此方案。
方案 2：采用集成运算放大器。
宽带射频功率放大器设计
•导读: 介绍了一种分析同轴线变换器的新方法，建立了理想与通用模型，降低了分析难度和简化了分析过程。
通过研究分析，提出了一种同轴变换器与集总元件相结合的匹配电路设计方法，通过优化同轴线和集总元件的参数，实现放大器的最佳性能。
o关键字o功率放大器阻抗变换器•阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。
为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。
要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。
本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。
同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。
常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。
但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。
1 同轴变换器模型同轴变换器有三个重要参数：阻抗变换比、特征阻抗和电长度。
这里用电长度是为了分析方便。
当同轴线的介质和长度一定时，电长度就是频率的函数，可以不必考虑频率。
1.1理想模型理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0，其等效模型如图2所示。
其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为：图2和公式（1）表明：变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。
同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联，输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。
1.2通用模型由于特征阻抗是实数，而源阻抗与负载阻抗一般都是复数，所以，就不能简单的用变换比来计算。
阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭，实现功率的最大传输。
特征阻抗为Z0，电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。
由于源阻抗与同轴线特征不匹配，电路的反射系数就不是负载反射系数。
由于同轴线是无耗的，进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。
那就可以把电路简化只有一个负载Zin，又因为Zg与Zin都是复数且串联，就可以把Zg中的虚部等效到Zin中，最后得到反射系数为：其中：当反射系数为零时，功率可以无反射的传输，这时阻抗实现完全匹配。
宽带程控射频放大器课程项目报告
《射频电路设计》课程项目实施报告一．项目要求：设计制作电控射频放大器并构成应用系统1.工作频率f:100MHz----900MHz2.类型:小功率射频放大器3.受控项目:中心频率、带宽、增益等4.控制手段:单片机,或其他MCU5.电控射频放大器的应用系统二．需解决的问题设计电路如图一所示，可以看出整个电路分为两部分，单片机控制电路和外围硬件电路。
放大电路主要是通过调三极管放大器的直流工作点来控制放大倍数。
控制电路通过控制可变电容来调节中心频率。
而变容二极管的等效电容值跟它的反向偏压成反比关系。
通过改变加在变容二极管上的反向偏压（即外界提供的控制电压）的大小改变它的等效电容值，放大器的中心频率随之改变，完成放大器中心频率电调可变的功能。
该设计结构工整，控制主程序对放大器组实现一对多的高效控制。
需解决以下问题：1.放大器的匹配；2.单片机对变容二极管的调节三．基本原理：1.原理图b C 、c C 是隔直电容，隔掉输入输出端的直流；3L 是高频扼流圈，保证交流不流入三极管直流偏执电路；三极管和两个35K Ω电阻，40K Ω的滑动变阻器和3L 为三极管的直流偏执电路，1L 、1C 是输入端匹配电路；2L 、2C 是输出端皮匹配电路。
三极管放大倍数为：120=β，r 为控制端电阻，此处取10Ωk ，因满足总jwc r 1>>，才能保证交流信号不流入控制端。
2.变容二极管变容二极管是一种特殊类型的二极管。
由于其结电容具有随着外加控制电压的变化而变化的特性，所以它也被称为压控变容器。
外加正向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均提供反向偏压。
把它看成一个 PN 结，如果在 PN 结上加一个反向电压V ，则半导体内部的电子全部流向正极，空穴则全部流向负极，中间就形成没有电子也没有空穴的耗尽层。
变容二极管的电容值与反向偏压值成非线性的关系，反向偏压增大，造成电容减小；反向偏压减小，造成电容增大。
有公式：rD c j u u C C )1(0j -= D u ：PN 结内建电位差，锗PN 结一般为0.3；r ：电容调制系数，通常r=1/3为线性缓变结，r=1/2为突变结。
宽带放大器设计与总结报告
5.总结
本文所设计的宽带放大器具有较强的小信号放大能力和很宽的频带范围。题 目所要求的基本要求已经达到， 而且完成了部分发挥部分。在调试中采用先分级 调试，然后系统联调的方法对整个系统进行调试。 同时发现，由于实验环境干扰很多，需要采用很多的防护措施。整个系统要 摆成一条直线， 不能将功放部分摆到输入那边去了， 以免对输入的干扰造成自激。 信号发生器和数字示波器要插在一个插板上，对着两台仪器共地，可以减少外界 的干扰。 芯片烧热后，放大倍数也会变大。我们平时调试的时候都是调了一段时间， 所以我们是以管子烧热了的状态来校准的。因此测试时，刚上电会有些不准，一 小段时间后，数据就会很准了。这次竞赛，我们有很多体会，收获很多。
宽带放大器设计与总结报告
摘要：本系统主要由前置放大电路、可步进调节电路、功率放大电路、电压放
大倍数检测电路、 单片机控制显示电路和电源转换电路六部分组成。前置放大电 路电压放大倍数为 50， 由两级 OPA842 构成。 可步进调节电路包括按键、 单片机、 D/A 转换器、程序控放大器，其电压放大倍数为 1～100。功率放大电路由两片 THS3091 芯片等组成， 电压放大为 2 倍。 电压放大倍数检测电路中单片机将经 A/D 转换器转换的前置放大电压信号与输出的电压信号进行比较， ，由显示器输出电 压与输入电压比值。在整个系统的带宽为 20Hz～5MHz,电压放大满足基本要求。 输出负载 50Ω ,电路输出电压峰峰值不小于 10V，输出波形无明显失真。由液晶 显示，人机界面友好，有较强的实用性。 关键词：可步进调节 电压放大倍数检测 MSP-EXP430G2553
A/D 转换
电压信号
键盘
显示器
2
成芯片要求的供电电压不同，因此需要电源转换电路，利用开关电源将+5V 电源
500W射频宽带功率放大器设计
同样 有 着 很 大 的 功 率 余 量
,
可 以在
。
若合路器插人损耗
则最终输 出 的
之 间 添 加 一 个 电 阻 衰减 网 络 进 行 级 间 隔
,
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离 提 高 器 件 的工 作 可 靠 性 以 及 加 快 电 路 调 试 速 度 添 加 衰减 器
。
增 益 然 而 加 人 负反 馈 以及 展 开工 作 带 宽 后 工 作 频
,
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。
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监控 电路 在 射 频 功 率 放 大器 中作 用 十 分 重要 的示 工 作 电流显 示 状 态 显
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离 的直 接 相 连 因 此 需 要 承受 前 后 级 功 放 管 的影 响 同样 它 的选 择 应 该 有 很 大 的 余 量 在
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自检 和 执 行 保 护 动 作 的 依 据
即功 率分 配 问 题
。
由于 一 般 前 级 放 大器 的 输 出
。
对 双 向 藕 合 器 的要 求 是 线 性 要 好 在 工 作 频 率
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宽带放大器设计报告参考模板
宽带放大器设计报告―－武汉大学电子设计基地设计组第1组：许可崔振威谢超摘要：本系统利用可变增益放大器AD600作为核心,通过模拟开关选通不同的控制电压的方式来达到增益步进6dB,总增益从0dB到30dB的目的，其控制电压均由2.5v电压基准MAX873经过精密电阻分压得到,有效的保证了控制电压的稳定度,获得良好的波形。
前置放大采用由AD844构成的正向放大器，可以有效的提高输入电阻,使输入电阻达到兆欧级别。
后级放大采用增益固定为10dB的同向放大器,从而使整个电路的增益能从10dB变化到40dB，该放大器由高精度宽带运放MAX477构成，在保证良好输出波形的同时,可以使输出电压有效值大于3V。
前置放大和后级放大的输出均采用峰值检测电路检测出正半周最大电压值，用于有效值的计算，采用AD603构成的AGC电路，在输入信号在0.05V～1.00V内变化时，能将输出有效值稳定在2.05～2.6 V。
整个系统的通频带为1K～14.6MHz。
由12位A/D 转换器MAX197对输出信号的峰值进行测量，分辨率达到1mV 。
AT89S52和CycloneFPGA 构成的单片机小系统板可以通过键盘，人为预置增益值来获取相应的放大倍数，同时实时显示实际增益值、输出有效值和当前增益误差。
整个系统采用中文显示，界面友好美观，控制方便。
一、方案论证与选择1．增益控制部分：方案一采用普通宽带运算放大器组成的放大电路,同时由分立元件构成的AGC控制电路,通过包络检波再反馈回放大器的方法来控制放大倍数,这种方法构成电路简单,但是反馈控制比较困难，难以实现步进，精度也很低。
方案二采用集成可变增益放大器AD600作为增益控制。
AD600是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压成线性关系,因此可以方便的采用控制电压的方式来控制放大器的增益.采用D/A变换装置输出电压控制高速压控放大器AD600来实现增益的步进，采用此种方法可以获得很小的步进。
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。
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。
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。
射频宽带放大器的设计方案
射频宽带放大器设计报告摘要：本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分，能实现放大倍数0～50dB 增益可调。
前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大，固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。
关键词：宽带放大器高速运放 OPA847 AD8330一、方案论证与选择1、方案选择与比较1.1 固定增益放大器比较方案一：采用OPA820运放芯片作为固定增益放大，该芯片是一种高速运算放大器，在6 Hz~ 20 MHz 的通频带中可实现放大增益为43 dB, 具有带内波动小, 输出噪声低的特点。
但是缺点是通频带不够宽。
方案二：采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大，符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。
方案三：采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器，最大频带宽度达3.9GHz，完全满足本题频带要求，输入电压噪声低，带内波动小，自激现象少。
综上所述，本设计采用方案三。
1.1.2 可变增益放大器比较方案一：采用可编程程控放大器AD603。
该运放增益在-11～+30dB范围内可调，通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益范围，易于控制。
但该运放增益可调带宽为90MHz，不满足题目要求。
方案二：采用高增益精度的压控VGA芯片AD8330。
该芯片可控增益带宽可达150MHz，增益可调范围0~70dB,符合本题指标要求.因此，该电路采用方案二。
1.1.3 电压增益可调方案比较方案一：基于单片机做步进微调。
由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控，实现增益在可取范围内可调。
但是，此设计只能步进调节，不能连续可调，此方案不可取。
方案二：基于精密电位器做连续可调。
用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。
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。
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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。
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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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。
方案二：使用多级放大器实现放大，采用同相输入形式，多级放大电路的对数增益等于其各级对数增益的对数和。
此方案原理简单，易于调试，能够满足题目中输入阻抗和线性度的要求，故选取此方案。
综上所述，选择方案二。
（2）压控增益放大电路方案一：采用可编程放大器思想，通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，大大提高测量精度，但由于难以满足高频率的指标，控制的数字量和电压增益不成线性关系，故不采用此方案。
方案二：采用程控电位器作为反馈电阻，由于电压增益的调节范围较大，需要电阻值的调节量很大，增加了电路的复杂程度，易影响分布的电容，造成电路的不稳定，故放弃此方案。
方案三：选用集成压控放大器作为增益控制，其增益与控制电压成线性关系，通过单片机输出数字信号到D/A芯片转换出相应的控制电压，实现精确的数控，且外围电路简单，便于调试，故选用此方案。
综上所述，选择方案三。
（3）后级放大电路方案一：采用晶体管单端推挽放大电路，通过多级深度负反馈扩展通频带，级联可用直接耦合方式，但直接耦合的多级放大电路调试繁琐，电路不够稳定，且对电源电压的要求较高，所以放弃此方案。
方案二：选用多级运放实现放大，可以输出较高电压，但由于要与前置放大电路和压控增益放大电路级联，本身也要级联，带宽缩减，波形容易失真并产生自激振荡，所以放弃此方案。
方案三：选取单片集成宽带运算放大器。
避免了本身级联使得带宽缩减，波形不易失真，且该方案电路较简单,容易调试,故采用本方案。
综上所述，选择方案三。
2.方案描述系统框图如下图1所示，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。
前级放大电路增益为20dB,由两级OPA690 组成，保证输入阻抗匹配。
放大后的信号通过VCA810再次进行放大，其中由单片机对VCA810输入-2～0V的控制电压以涵盖0～20dB 的增益调节范围。
在压控增益放大电路再接一级后级放大电路，设置后级放大电路的增益为20dB，整个电路就能实现0～60dB的增益调节。
图1 系统框图二、理论分析与计算1.宽带放大器设计本系统的宽带放大器主要体现在前置放大电路与后级放大电路，分别采用OPA690和THS3001两种运放。
OPA690是宽频带、低温漂运放；THS3001是电流反馈运放，其带宽达到420MHz，两者对单位增益稳定都有很大作用。
增益带宽积一定，为了扩展通频带，两个电路的放大倍数均设置为20dB，加上中间压控增益电路的可调节增益范围-40～40dB，则整个电路的增益调节范围达到80dB。
2.频带内增益起伏控制随着频率的增高，放大器的增益会随之下降，通过补偿电容即在电阻两端并联电容（如下图2所示），当频率增高时，阻抗减小，电路的放大倍数增加，从而实现相位补偿和增益补偿，使信号在通频带内的增益更加平坦，并调整反馈电阻，将放大器的增益在通频带内的起伏降至最低。
图2 电容补偿图3.射频放大器稳定性由于本系统放大倍数非常大，芯片的增益带宽积越大越容易引起自激振荡，所以在运放的连接中，反馈电阻尽量靠近输入引脚，接地端并联旁路电容，级联采用阻容耦合，布线要短且尽量减少弯折。
在输入级，将整个运放用较粗的地线包围，缩短地线回路，吸收高频信号减少噪声，增加电路的稳定性。
4.增益调整增益控制部分以VCA810为核心，其通频带为25MHz，增益调节范围为-40～40dB，输入控制电压为0～-2V,增益控制精确到±1.5 dB。
题目要求电压的最大增益要大于等于 60dB，且在0～60dB内可调,而中间级采用的压控增益放大器VCA810对输入电压和输出电压均有限制，所以，必须合理分配各级放大器的放大倍数。
前置放大电路增益设置为 20dB，则前置放大电路和VCA810级联可实现-20～60dB 的增益调节范围。
由于输入电压有效值小于等于1mV，为了提高VCA810 的输入电压和进一步提高系统最高增益，VCA810下一级增加增益为20dB 的后级放大电路，则系统增益调节范围为 0～80dB。
三、电路与程序设计1.电路设计（1）前置放大电路电路如下图3所示。
设置前置放大电路，采用宽频带、低漂移运放OPA690，在±5V双电源供电下，组成二级级联的同相宽带放大器。
在其同相输入端并联51Ω电阻到地，实现阻抗匹配。
反馈电阻经过多次调试确定分别为560Ω和800Ω，反相输入端阻抗则由电阻与电容构成，频率增加，阻抗减小，而第一级同相电路的增益Av1为Av1=1+R4/Z1（Z1为R1、R2、C1构成的阻抗），从式中很容易看出增益也随之增大。
两级之间采用一样的电路网络，第二级的增益Av2为Av2=1+R8/Z2(Z2为R5、R6、C4构成的阻抗)，则整个前级放大电路的增益为Av=Av1*Av2，实现20dB以上的放大。
图3 前置放大电路（2）压控增益放大电路电路如下图4所示，系统压控增益放大电路以VCA810为核心，其带宽达到35MHz，增益-40dB至+40dB连续可调，最高的增益线性度为±0.3dB/V。
采用单片机程控DA转换输出电压，来控制VCA810的电压增益，同时可手动按键更改电压增益。
结合前级放大电路的增益20dB，整个电路则实现0～20dB连续可调。
图4 压控增益放大电路（3）后级放大电路电路如下图5所示，与前置放大电路相似，采用宽带电流反馈放大器THS3001在±5V双电源供电下，构成同相宽带放大器，为了与输出阻抗匹配，在输出端串联一个50Ω的电阻。
反馈电阻接入1.8kΩ，该放大电路的增益Av3=1+R16/Z3（Z3为R14、R15、C9构成的阻抗），实现20dB以上的增益。
图5 后级放大电路2.程序设计由于本环节中单片机只需具备控制增益和液晶显示的功能，所以软件设计比较简单。
启动单片机后进入增益控制及显示界面，可以通过按键调节增益，步进0.4dB，并将控制电压和增益显示在液晶屏上。
如下图6为软件流程图。
图6 软件流程图四、测试方案与测试结果1.测试仪器（1）VC9802A+型数字式万用表（2）RS-1303DQ电源（3）GDS-815C数字存储示波器（4）EE1461 DDS合成信号发生器(5)SP3060型数字合成扫频仪2.测试方法及数据（1）放大器最大增益与最小信号输入端加1MHz正弦波，调节电压和增益测得波形不失真最大输出电压有效值。
输入有效值:1mV预置增益:60dB输出有效值:1V（2）放大器输入阻抗与输出阻抗电路设计的输入阻抗为50Ω，测得输出阻抗为50Ω。
（3）输出端噪声在Av≥60dB时，将输出端短接，输出端噪声电压的峰峰值U oNpp为90mV，达到U oNpp≤100mV的要求。
（4）幅频特性测试放大器宽带预置100MHz显示，最大起伏为0.98dB。