正弦波放大电路与移相电路设计

正弦波放大电路与移相电路设计

一、性能指标：

输入为双极性信号，幅值不大于200mV的正弦波；

频率分别为10KHz-50KHz、100KHz-3MHz；

增益20db-40db可调，输出电压为幅值0-5V；

输入输出电阻:50欧姆

对10k、30k和50k信号可进行相位调整。

二、器件选型

集成运放：THS3091、OPA300、VCA810

场效应管：2N3686

三、电路模块

1.正弦波放大电路

2.实现增益步进可调

3.0～360°可调移相电路设计

四、电路设计

1.正弦波放大电路：

由于题目要求电路既能在低频（10KHz-50KHz）进行信号放大、又要在高频（100KHz-3MHz）可以进行信号放大，可选用增益带宽积较大的两类常用高速运放——THS3091、OPA300。通过multisim模拟放大波形输出，发现OPA300在低频段的波形失真严重、高频段表现很好；而THS3091无论在低频还是高频，放大性能都较好，所以本文选用运放THS3091。

（1）下图为OPA300在输入频率为50kHz和50MHz下的放大性能

(50kHz)

(50MHz)

（21）下图为THS3091在输入频率为50kHz和50MHz下的放大性能

(50kHz)

(50MHz)

2.实现增益步进可调电路

1中的电路用滑动变阻器实现增益可调，效果比较粗糙，方法比较老旧，不能做到精确调控。

为实现增益步进可调，最笨的方法是采用多个上述的电流反馈放大器级联，用电阻网络选通的方式来实现增益可调，但此法麻烦不说，还不稳定。

这里，我们选用压控增益放大器：TI 的VCA810在±40dB 的增益可调范围内拥有35MHz 的带宽，满足题目的指标要求。 电压控制增益可变放大器：

该放大器的3dB 带宽

为25MHz ，满足本题要求。C V 从-2V 调整到0V 可实现对输入信号的（-40dB ）到（40dB ）可调，其增益表达式为：

)1(40)(+-=C dB V G

3.移相电路设计

(1)0～360°可调移相电路设计

利用两级移相放大器可以组成0～360°可调移相电路。0～360°可调移相电路如图所示。图中Q1和Q2是0～180°相移放大器，两级移相放大器可以完成0～360°。Q3是缓冲放大器。调节电位器RP1和RP2，可以使输入信号产生移相。

R2

6.8MΩ

R3

1.0MΩ

R12.2kΩ

R42.2kΩ

R51MΩKey=A

50%

R64.7kΩ

R74.7kΩ

R81MΩKey=A

25%

R9

2.2kΩ

Q1

2N3686

Q3

2N3686

Q2

2N3686C110nF

C210nF

VCC

12V

C3200µF

R1350Ω

此电路虽说可以实现0～360°移相，但在移相过程中不可避免地降低了幅度值，对于本题不能使用，下面介绍一种等幅移相电路，其可调相范围为0～-150°，虽说降低了相位调节范围，但保证了幅度的恒定，符合本题相位微调同时不改变幅度的要求。

（2）等幅移相电路设计

R1

1kΩ

C14.7µF

U1

THS3091D 3

2

7

4

6

V11 Vpk 30kHz 0°

V2

18 V

R3

10ΩKey=A

100%V3

18 V R4

1kΩ

R2

50Ω

令121fC X π=,则输出输入的相位差为)2arctan(

2

233X

R X

R -=θ,下面是用multisim 仿真等幅移相器的波形(信号频率假定为kHz f 50=，固定电容值为uF C 7.41=，改变3R 的阻值):