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宽带放大器（B题）

一、任务

设计并制作一个宽带放大器。

二、要求

1、基本要求

（1）输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻。

（2）3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB。

（3）最大增益≥40dB，增益调节范围10dB～40dB（增益值6级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增

益值。

（4）最大输出电压有效值≥3V，数字显示输出正弦电压有效值。

（5）自制放大器所需的稳压电源。

2、发挥部分

（1）最大输出电压有效值≥6V。

（2）最大增益≥58dB (3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB)，增益调节范围10dB～58dB（增益值9级可调，步进间

隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增益

值。

（3）增加自动增益控制（AGC）功能，AGC范围≥20dB，在AGC稳定范围内输出电压有效值应稳定在4.5V≤V o≤5.5V内（详见说明4）。

（4）输出噪声电压峰-峰值V oN ≤0.5V。

（5）进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大AGC范围、减小增益调节步进间隔。

（6）其它。

三、评分标准

四、说明

1、基本要求部分第（3）项和发挥部分第（2）项的增益步进级数对照表如下：

2、发挥部分第（4）项的测试条件为：输入交流短路，增益为58dB。

3、宽带放大器幅频特性测试框图如下图所示：

4、AGC电路常用在接收机的中频或视频放大器中，其作用是当输入信号较强

时，使放大器增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而保证在AGC作用范围内输出电压的均匀性，故AGC电路实质是一个负反馈电路。

发挥部分第（4）项中涉及到的AGC功能的放大器的折线化传输特性示意图如下所示；本题定义：AGC范围=（dB）；

要求输出电压有效值稳定在4.5V≤V o≤5.5V范围内，即V oL≥4.5V、V oH≤

5.5V。

宽带放大器

摘要

本系统以可变增益放大器AD603为核心，由输入缓冲、增益控制、功率放大及单片机控制等模块组成。系统通频带为1kHz～30MHz，增益范围10dB～66dB，增益步进2dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于 0.2dB。最大输出电压有效值≥6V。当输出4.5～5.5V时AGC范围大于20dB。整个系统结构简单，界面友好。

1.方案论证及比较

1.1增益控制

【方案一】：采用数字电位器取代反馈电阻的方法

中间放大器和末级功率放大器均采用电压负反馈电路，通过改变电阻的大小来改变放大器的增益，例如采用10位的数字电位器x9100或x9110。但对输入电压限制较为严格，以防损坏器件。

【方案二】：采用可控增益放大器AD603的方法

AD603的基本增益为：

Gain (dB) = 40*VG + 10

其中，VG是差分输入电压,单位为V，Gain是AD603的基本增益,单位是 dB。从此式可以看出，以dB作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。由此可以得出，只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益，增益步进可以很准确地实现。但若要用放大倍数来表示增益的话，则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以dB为单位后再去控制AD603的增益，这样在计算过程中就引入了较大的运算误差。

方案比较：方案一和方案二均能满足题目要求，但方案一局限性较大，而方案二更为灵活，并且集成度高，稳定性更高，故选方案二。

1.2功率输出

【方案一】：采用分离元件

采用经典的沃尔曼电路或者电流反馈型电路，这两种电路结构的频率特性较好，成本较低，且使用晶体管放大电路对输出电压的范围限制较集成运算放大器宽松，但是这两种电路对晶体管的频率特性及配对要求很严格，在无法对晶体管进行精密配对的条件下，电路调试比较困难，短时间内难以得到很好的性能。【方案二】：采用高电压宽带运放和功率输出缓冲芯片

AD844是一款宽带高电压高增益运算放大器。当+-15V供电，可输出信号可达20Vpp，并在33MHZ时拥有10倍大信号增益。BUF634为高速大电流缓冲器，在30M可输出250mA电流，通过两只芯片级联并施加大环负反馈，可满足题目6V有效值、100欧负载的要求。

根据题目要求，放大器通频带从1kHz到30MHz，单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出，要做到6V有效值输出难度较大。而用高电压宽带运放和功率输出缓冲芯片较容易实现。因此我们采用AD844和BUF634作为功率输出级。

1.3测量有效值

【方案一】：二极管峰值检波法

对信号进行精密整流积分，得到正弦电压的平均值，再用ADC采样，利用平均值和有效值之间的换算关系，计算出有效值并显示。但是此方案对整流的高频二极管要求很高，而且在高频电路中，加入一容性负载会对系统稳定性造成极大影响，极易造成自激或引入其他干扰。

【方案二】：对数检波法

采用集成对数检波器AD8307。AD8307能对频率从DC至500 MHz信号进行检波。当输入信号为Vin（dBm），输出信号为直流信号Vout(mV)时，输入输出满足如下关系：

Vout=25mv/dB*(Vin+95dBm);

故只需用ADC采样AD8307输出电压，即可换算得到输入功率。当已知输入电阻时，即可由输入功率得到输入电压。该方案硬件外围电路简单，只需少数电容电阻即可实现较高精度测量，满足题目要求。

综上所述，我们选择方案二。