放大器模块

放大器模块

摘要：本系统采用可控增益放大器VCA824 、高速运放OPA690和THS3091 结合的方式，实现了题目的0~70dB 可控增益的要求，在1MHz~100MHz 通带内，增益波动小于1dB，-3dB 通带为100kHz~100MHz。输入阻抗：50欧姆，输出阻抗：50 欧姆情况下最大输出电压有效值达1V.放大器增益可设置并在12864 显示，经测试，大部分指标达到或超过题目发挥部分要求。

一、系统方案论证

1.1 可控增益放大器

经过仔细分析和论证，本系统由两级20dB 固定增益放大，一级30dB 可控增益放大构成。：采用压控增益放大器，通过DA 可以实现高分辨率的增益控制，适合本题目，因此采样该方案。考虑到每一级放大带宽不小于100Mhz，且增益至少为20dB，因此选择VCA824。

•710MHz SMALL-SIGNAL BANDWIDTH(G = +2V/V)（小信号带宽）

•320MHz, 4V PP BANDWIDTH (G = +10V/V)

•0.1dB GAIN FLATNESS to 135MHz

•2500V/µs SLEW RATE

•> 40dB GAIN ADJUST RANGE

•HIGH GAIN ACCURACY: 20dB ±0.3dB

•HIGH OUTPUT CURRENT: ±90mA

图一为VCA824引脚图，图二为其典型电路。

图一

图二

1.2低噪声放大器

本系统采用OPA847。

●HIGH GAIN BANDWIDTH: 3.9GHz（宽频带）

●LOW INPUT VOLTAGE NOISE: 0.85nV/√Hz（低噪声）●VERY LOW DISTORTION: –105dBc (5MHz)

●HIGH SLEW RATE: 950V/µs （压摆率）

●HIGH DC ACCURACY: VIO < ±100µV

●LOW SUPPLY CURRENT: 18.1mA

●LOW SHUTDOWN POWER: 2mW

●STABLE FOR GAINS ≥12（稳定的电压增益>=21.6dB）图一为OPA847引脚图，图二为其典型电路。

图三图四

1.3功率放大器

•High Slew Rate: 7300 V/µs (G = 5, VO = 20 VPP)

•Wide Bandwidth: 210 MHz (G = 2, RL = 100 Ω) （带宽满足）

•High Output Current Drive: ±250 mA（功率放大）

•Wide Supply Range: ±5 V to ±15 V

图五

TYPICAL CHARACTERISTICS (±15 V)

二、理论分析与计算

2.1 宽带放大器设计

按照题目发挥部分的要求，信号通频带大于100Mhz 最大电压增益Av》60dB，

所以增益带宽积达到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，加上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28dB 放大（后级50 欧负载实得增益），输出级实现13dB 放大（后级50 欧负载实得增益），程控放大实现0~30dB 放大。第一级：低噪声放大，增益10~20，通过电阻R103改变，芯片优选opa847。

第二级：可变增益放大。

第三级：功率放大。

2.2 射频放大器的稳定性分析

放大器的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包括内部正反馈和外部耦合这两种方式。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，应小心布局布线。

三、电路与程序设计

3.1低噪声放大，增益10~20dB。

电路设计如图，反馈电阻R3为3900Ω，理论放大11倍，即20.83dB.

1、输入1mv,频率0.3MhZ,输出仿真为

放大倍数=10.855/0.987=10.99。

2、输入1mv,频率3MhZ,输出仿真为

放大倍数=10.815/0.983=11

3、输入1mv,频率30MhZ,输出仿真为

放大倍数=11.146/0.986=11.3

4、输入1mv,频率100MhZ,输出仿真为

放大倍数=14.695/0.997=14.67

显然，随着频率增大，增益有所上升，由波特图也可看出

3.2功率放大器电路如图

3.3功率放大器

仿真电路如图

反馈电阻Rf=1kΩ，电压增益为1+1000/51=20.6,即26.28dB。

1、输入50mv,频率0.3MhZ时

增益为1.027/50=20.55，即26.3dB。

2、输入50mv,频率3MhZ时

增益为1.027/0.05=20.54，即26.3dB。

3、输入50mv,频率30MhZ时

4、输入50mv,频率100MhZ时

Rf=500时，