2015可控增益射频放大器设计报告。。。

摘要

系统采用四级放大，电源选用LM1875将单电源转换为双电源，选用LM317、LM337和四输出变压器组成两组直流可调稳压电源，用作正负电源，选用LMH6552芯片搭建全差分放大电路，选用宽频带压控增益放大器VCA821控制增益。放大器输入5mV,100MHz时，输出电压有效值为 2.9V大于2V，增益大于52dB；50MHz-160MHz频率范围内增益波动都在2dB内；通频带在60MHz-200MHz内。完成了所有基本部分的要求和部分发挥部分的要求。

关键词：射频放大器、VCA821、可控增益、VGA

一、系统方案论证与选择 (1)

1.1 系统电源转换选择 (1)

1.2 系统电源稳压方案 (2)

1.3 高频放大器的选择 (2)

1.4 MCU的选择 (2)

二、理论分析与参数计算 (3)

2.1 射频放大器设计 (3)

2.2 频带内增益起伏控制 (3)

2.3 射频放大器稳定性 (3)

2.4 增益调整 (3)

三、电路与程序设计 (4)

3.1 电路设计 (4)

3.11电源模块 (4)

3.12 放大模块 (4)

3.13 增益控制模块 (5)

3.2 程序设计 (5)

3.21 软件设计原理及设计工具 (5)

3.22 程序流程图 (5)

四、测试方案与测试结果 (6)

4.1 测试方案及条件 (6)

4.11 测试仪器 (6)

4.12 系统测试 (6)

4.13 测试结果分析 (7)

五、附录 (9)

1、总电路图 (9)

2、程序代码 (11)

一、系统方案论证与选择

系统主要由电源模块、放大模块、增益控制模块、最小系统模块组成。下面分别讨论这几个模块的选择。

1.1 系统电源转换选择 该系统提供+12V 单电源。在放大器设计中，若采用单电源Vcc 供电，则需将运放的输入端的一端电压抬高为Vcc/2，这样才能获得最大幅值，但是这样的设计方案会增加系统的复杂性，运放的工作电流会非常大，运放发热量大，使系统难以保证稳定工作。为此，该射频放大器采用双电源供电。

图 1

方案一：如图1.1.1，采用两只阻值一样的大功率电阻，用电阻分压的方式获得正负电源，但是这种电路自身消耗大，阻值较大时带负载的能力又太弱。 方案二：在方案一上加以改进，如图1.1.2增加两个三极管，加强了电路的带负载能力，其输出电流的大小取决于Q1和Q2的最大集电极电流ICM

。通过反馈回路可使两路负载不相同时也能保持正负电源基本对称。

图 2

方案三：将运放接成电压跟随器，输出电流取决于运放的负载能力。如需较大的输出功率，可采用开环增益提高的功放集成块，例如TDA2030、LM1875等。这种电路简单，但性能较前面电路都好。

图 1.1.1

综上，选择方案三。该芯片价格较便宜，外围器件简单，纹波小，效率高，输出功率高，符合供电要求。

1.2 系统电源稳压方案

由于射频放大器的频率非常高，对电源的要求也十分苛刻，必须保证能提供低纹波的电源。

方案一：采用7905，7805芯片设计正直流稳压电源，此系列芯片最大输出电流1.5A，能满足系统的电源要求，但是该系列稳压芯片的输出纹波比较大。

方案二：采用LM317和LM337和四输出变压器组成两组直流可调稳压电源，用作正负电源，调压范围在1.26-37V之间，纹波可低于4mv，最大输出电流为1.5A，带负载能力强。可满足题目要求。

综合分析，选择方案二。

1.3高频放大器的选择

方案一：使用分立元件搭建共基极放大器。在三极管搭建的三类放大电路中，共基极放大器电压增益大，电流增益小，输出电阻小，适合于高频工作。但由于题目要求的频率范围大，故对于放大三极管型号的选择以及电路的搭建布线等都要求较大，实行起来比较困难。

方案二：使用LMH6552芯片搭建的全差分放大电路。该芯片适用频率高，增益Av=1时，带宽可达1Ghz，带宽大，带宽内增益波动小，电路搭建布线等相对容易。VCA821是一款直流耦合型宽频带压控增益放大器，按V/V线性变换，最大工作频率宽度可达710MHz。放大器增益由控制电压决定，增益调节范围超过40dB，需单极性电压进行控制，不易产生自激。正负5V供电。有较高的输出电流和增益精确度。

综合分析，选择方案二。满足题目要求（－3dB的通频带不窄于40MHz～200MHz）。增益可控放大器在75MHz~108MHz频率范围内增益波动小，最大频率大于130MHz，满足题意（－3dB的通频带不窄于60MHz～130MHz），并且输出电流较大和增益精确度较高。

1.4 MCU的选择

方案一：选择STC89C52RC单片机

STC89C52RC以8051为内核的8位微处理器。4K程序存储器（ROM），128B 数据存储器（RAM）,5V左右供电，4组8位并行I/O口，两个定时器，外接6~12M 晶振。操作简单，价格最便宜，但51单片机内部没有ADC和DAC功能，需要外接专用芯片。增加了电路的复杂程度。

方案二：选择MSP430F169单片机

MSP430F169是16位超低功耗，具有精简指令集的混合信号微处理器。工作电压范围3.3V左右。内含有定时器A和定时器B，具有捕获，比较功能。12位ADC和12位DAC，有较高的转换速度，能够满足大多数数据采集应用的需要。6组I/O口满足一般情况下使用。与此同时，价格相对便宜，且易于控制。

综合分析，我们组选择方案二。该单片机价格适中，操作较为简单，内含12位DAC，输出电压范围0~2.5V，可以控制射频放大器增益。