增益带宽可调放大器

增益带宽可调放大器

摘要：本系统是由前级稳定放大电路，程控增益放大电路，程控的低通滤波器，功率放大电路，峰峰值显示和检测模块组成。前级稳定放大电路，由低噪声，单位增益稳定的OPA637实现。程控增益放大电路则是用VCA810，通过提供偏置电压来改变放大的倍数。程控低通滤波则是以控制Max5160来改变电阻值实现对两阶的巴特沃斯低通滤波器截止频率的调整，。功率放大电路则是用THs3091。峰峰值显示和检测，通过有效值采集芯片AD637，使系统输入为正弦波时，输出电压的峰峰值和有效值的数字显示功能。

关键字：可变增益放大器，程控滤波器，THS3091，AD637

目录

一、系统方案设计 (3)

1. 系统总体构成（设计框图） (3)

2.方案比较 (3)

（1）缓冲放大部分 (3)

（2）压控增益电路 (4)

（3）程控滤波电路 (4)

（4）功率放大模块 (4)

（5）有效值采集模块 (4)

二.数据分析 (5)

1.增益带宽积 (5)

2. 增益分配分析 (5)

3.通频带内增益起伏控制 (5)

4.抑制零点漂移 (6)

5.放大电路稳定 (6)

三.电路设计 (6)

1. 缓冲放大部分 (6)

2.可控增益程控放大 (7)

3. 程控滤波电路 (7)

4. 功率放大模块 (8)

5.有效值检测电路 (9)

三.测试方法与数据 (9)

1.测试仪器 (9)

2.测量方案与数据 (10)

(一)可控电压增益≥40dB测量及峰峰值的检测 (10)

（二）滤波器上限截止频率的检测 (10)

（三）超上限后增益衰减测量 (11)

（四）输出最大不失真峰峰值电压 (11)

3.结果分析 (12)

五.参考文献 (12)

六. 附件 (13)

方案二：输入缓冲放大部分采用运算放大器OPA670，其增益宽带积为500MHz，可以实现输入信号10倍的增益放大。

因而选择方案二。

（2）压控增益电路

方案一：使用Max5160数字电位器和opa820，构成一个反馈阻值可控的放大电路。Opa820的增益带宽积为480MHz，可以满足放大电路增益到100倍时，3MHz 频率信号的通过。

方案二：VCA810是一个宽带、连续变化、电压控制增益放大器。增益线性范围为-40dB到+ 40dB在dB / V。零差分输入电压提供了一个带有小的直流偏移误差0V输出。低输入噪声电压，确保在最高增益设置好输出信噪比。

因而使用方案二，采用VCA810作为压控增益，，电路简单。

（3）程控滤波电路

方案一：采用RC 滤波电路，Max5160数字电位器，改变R阻值，但RC 滤波衰减很大；

方案二：利用高速宽带运放OPA690 设计二阶巴特沃思滤波器，其通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。通过Max5160来改变滤波电路的电阻参数，以实现控制截止频率。

因而采用方案二

（4）功率放大模块

方案一：采用THS3001，可达增益要求，但其增益不可调。

方案二: THS3091是一种高电压，低失真，低噪声的放大器，宽带：210兆赫（G = 2时，基因Rl = 100Ω），其性能高，精度高，性能好，能够实现很好的放大。

（5）有效值采集模块

方案一：采用AD736，其转换精度为（mv±%RD)为0.5±0.5（max），低成本级的

AD736的精度与8位A/D转换的精度相同,高等级和AD736的精度高于8位A/D 的转换精度,且它的3dB带宽为0.4MHz，它的性能都不及AD637。

方案二：AD637是当前国际上转换精度最高及频带最宽的真有效值转换器，

转它的3dB带宽为8MHz，在电源为正负5V供电情况下，当输入信号的频率不大于2MHz时，其输入信号的电压有效值在0.7V～4V范围内能保证测量误差。。经论证，选择AD637。

二.数据分析

1.增益带宽积

带宽增益积(GBP)是用来简单衡量放大器性能的一个参数，这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。

按照题目发挥部分的要求，信号的通频带为20Hz～5MHz，最大电压增益AV>40dB,则增益带宽积为：5 M×10^（40/20）>500MHz,又输出最小不失真峰峰值10V ,我们采用分级放大的方式，使放大器整体增益超过40dB.尽量满足达到最小峰值的发挥要求。

2. 增益分配分析

由于考虑到增益越大，频带宽度窄，整个结构的增益设计，经过前级的缓冲放大区放大10倍（20dB），VCA810可以实现-40dB-+40dB压控增益，这里设计其可以实现放大-26dB-+14dB的增益控制，功率放大电路则是采用6dB的增益控制。

3.通频带内增益起伏控制

在设计放大器频率范围从DC到5M，在5M的通频带内增益平坦。所以选择通带最平坦的巴特沃紫滤波器来设计带宽。OPA690在100MHz频带下的增益误差为0.1dB,VCA810增益起伏为0.3dB，THS3091在±15V电源供电时，增益为2倍的情况下，增益起伏小于0.1dB，均满足指标要求。

4.抑制零点漂移

由于集成电路都有输入失调电压，经过高增益的放大使得输入失调电压放大。通过在前两级放大电路间的输入和反馈间加上电位器，来调节输入输出级之间的失调电压。

5.放大电路稳定

为了尽可能的减小干扰，避免自激，在布线和走向上有做一些考虑。构建闭路环，严格按照信号走向布线。整个运放使用较粗的地线包围，缩短地线回路，并可吸收高频信号减小噪声；各部分摆放位置按照信号走向，减小板与板之间的连线长度。

三.电路设计

1. 缓冲放大部分

使用OPA690，进行正向10倍放大。OPA690增益带宽积为500MHz，单位增益稳定，满足放大10倍，上限的截止频率达到5MHz的要求。通过一个正向反馈运算放大的设计，加正负5伏的电源来供压。