宽带直流放大器1

2009年全国大学生电子设计竞赛

宽带直流放大器（C题）

【本科组】

2009年9月6日

宽带直流放大器（C题）

【本科组】

摘要

本系统以可控增益放大器AD603芯片为核心，外加电压跟随器OPA690及功率放大器AD811，用单片机控制实现在一定通频带内增益可预置，步径为5dB可调的放大器。AD603的增益是通过SPEC061A单片机的内部D/A转换来控制的，增益在0～50dB内可调，频率从1Hz～10MHz可测。通过OPA690增加整个电路输入阻抗，提高系统的稳定性，OPA690有很高的共模抑制比，有效的消减零点漂移，后级用AD811用做功率放大，提高整个系统的输出功率，最后可以驱动50Ω的负载。

关键字

增益带宽频率有效值

一、系统方案

本系统主要由前置放大电路、中间增益可控放大电路、末级功率放大电路、软件控制模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块。

1、前置电路的论证与选择

为了增加系统的稳定性和可靠性，在放大电路前需要加入前级电路来提搞输入阻抗和共模抑制比，减少零点漂移。

方案一：用三极管搭建射极跟随器，来提高输入阻抗。但电路搭建比较复杂，调试较难。

时间消耗较大，为了提高实验效率不采用。

方案二：仪表放大电路。仪表放大器具有低输入失调电压、高共模抑制比、可用单电阻实现增益大范围调节等优点，但实验室没有符合的芯片。

方案三：采用OP690搭设电压跟随器，采用芯片搭建电路，结构简单，调试容易，电路稳定，效果较好。

综合以上三种方案，考虑到实验室现有芯片情况及放大器的制作成本，选择方案三。2、中间放大电路的论证与选择

为了满足电压增益要达到至少40dB，需要对输入电压进行放大。

方案一：采用场效应管或三极管控制增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，电路简单，调试复杂。

方案二：采用高速乘法器型D/A实现。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。此方案简单易行，但通过实验知：当信号频率较高时，系统容易发

生自激。

方案三：宽带程控增益放大器。采用AD603芯片两级级联，电压增益能很好的满足实验要求，而且可满足实验要求的预置增益。电路简单清晰，便于排查试验中的问

题。AD603的输入阻抗为100Ω，低输入阻抗将引起如功率、阻抗匹配等若干

问题。故需同时加入前级放大电路来提搞输入阻抗，提高共模抑制比，减少零

点漂移

综合以上三种方案，选择方案三。

3、末级功率放大电路的论证与选择

由两片AD603级联构成的前一级放大电路，对不同大小的输入信号进行前级放大，但是AD603的最大输出电压较小，不能满足题目要求，所以前级放大信号需经过后级放大达到更高的输出有效值。

方案一：使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单且方便，但很难达到题目要求输出能达到10V以上的有效值，有些集成芯片可以达到这个要求。但在电子市

场很难买到这样的芯片。

方案二：用分立元件构成末级放大电路。使用分立元件设计困难，调试繁琐，虽可以经过计算得到最适合的输入输出阻抗。但搭建单路较难，不易实现。

考虑到时间的紧张故采用方案一，采用芯片AD811。

4、控制系统的论证与选择

这一部分由SPCE061A单片机、凌阳液晶模组显示屏、4*4键盘、自制直流稳压电源组成。SPCE061A单片机的DAC1产生的电压供给两级AD603的1号GPOS引脚，通过改

变其电压达到预置增益值、控制增益步进的目的。

二、系统理论分析与计算

1、前置电路的分析

(见图2)

采用OP690搭接电路，来提高输入阻抗，提高共模抑制比，减少零点漂移，优化了电路。

2、中间放大电路的计算

（见图4）

（1）AD603简介

AD603有3种带宽模式，在90MHz 带宽时，增益为()4010g G A dB V =+；在30MHz 带宽，增益为()4020g G A dB V =+；在9MHz 带宽时，增益为()4030g G A dB V =+；其中

G V GPOS GNEG =−。AD603两级级联时最好使2脚GNEG 控制电压相差1V,我们的电路中前一级为0.5V,后一级为1.5V，以达到最好的抑制噪声及增益控制效果。也便于单片机更好更简单的控制。（2）增益指标计算

我们所设计的电路采用第二种带宽模式，即30MHz 带宽。所以增益为()4020g G A dB V =+。两个AD603级联后，增益范围为0dB～80dB 。

3、末级电压放大电路的计算（见图5）

放大倍数计算公式：增益由深度负反馈近似计算得7

6

1R A R =+

。三、电路与程序设计

1、电路的设计

（1）系统总体框图

系统总体框图如图1所示，整机电路原理图见附录一所示。

图1系统总体框图

（2）前置放大电路子系统原理图

前置放大电路主要是用OP690芯片来构建电压跟随器，起到抑制零点漂移，提高输入阻抗和共模抑制比的目的，改善电路的性能。其电路图如图2所示。

图2前置放大电路子系统电路

（3）宽带程控增益放大子系统框图与电路原理图

宽带程控增益放大器采用AD603芯片，并用30MHz的带宽模式，使系统增益在理论上能够达到80dB的要求。

1、宽带程控增益放大子系统框图

图3宽带程控增益放大子系统框图

2、宽带程控增益放大子系统电路

图4宽带程控增益放大子系统电路

（4）末级功率放大电路子系统电路原理图

末级功率放大电路采用集成芯片AD811来放大前级的电压，放大倍数可通过改变7R 的大小来调节。其电路原理图如图5所示。

图5末级电压放大电路子系统电路

（5）电源模块

电源模块整个系统提供5V ±或者15V ±电压，确保电路的正常稳定工作。其电路原理图如附录2所示。

2、程序的设计

本系统单片机控制部分采用反馈控制方式，通过单片机内部的DAC 来完成对AD603的程控，并在液晶屏上显示出步进。其软件流程见附录3，软件源代码见附录4所示。

四、测试方案与测试结果

（1）测试条件与仪器

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查

无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：函数发生器，数字示波器，数字万用表。（2）测试结果及分析