NEC杯宽带直流放大器

宽带直流放大器(C题)

所获奖项：全国一等奖

参赛学生：王康，胡航宇，耿东晛

指导老师：陈祝明

摘要本作品以AT89S52单片机为控制核心，设计并制作了10MHz带宽的宽带直流放大器，系统通过第一级OPA2690双运放跟随并放大10dB,放大后分档位滤波，再通过单片机程控两级级联的VCA810实现-40dB～40dB的动态增益变化，后级通过集成运放提高THS3001的电压摆幅以达到扩压效果，最后通过场效应管功放后接入50 负载输出。整个系统放大器可放大1mV有效值信号,增益可达到70dB,最大输出电压峰峰值为 42V,在通频带范围内起伏

A=60dB的时候，输出噪声电压的峰-峰值为200mv，通过单片机增益1dB左右，放大器在

v

控制可以实现电压增益A V和放大器的带宽可预置并显示的功能。整个系统工作可靠，稳定，而且成本低，效率高。

关键字：集成运放扩压；场管扩流；单片机控制；VCA810

宽带直流放大器(C题)

(一)系统总体设计

1.系统总体方案

根据题目要求,本系统总共分为四大部分：第一部分输入信号放大模块通过OPA2690双运放实现对有效值10mV输入小信号放大10dB的功能，使输入信号有效值达到30.16mV。第二部分为分档滤波模块，题目要求放大器带宽可预置，至少得设计5MHz，10MHz两个低通滤波器,我们分别设计了5MHz，10MHz的LC巴特沃兹低通滤波器，通过单片机控制继电器可以切换档位以达到分档滤波功能。第三部分为-40dB～40dB的程控放大，一级VCA810理想情况下放大可达-40dB～40dB，但考虑到外界环境的影响和系统的稳定性，我们设计两级VCA810级联的形式来得到-40dB～40dB的放大，而且在其频率带宽范围内，可以保证其幅频曲线稳定，为后级的功率放大电路稳定提供了保证。最后一部分是功率放大器，我们采用运放THS3001，其压摆率高，且能支持 15V的供电,最具特色的是我们采用浮电源技术将输出的电压扩压,再利用场管实现其输出电流扩流,就能实现功率到达2W。通过单片机AT89S52控制既实现了放大器带宽和电压增益A V可预置并显示又降低了整个系统的成本。本系统效率高，成本低，工作可靠稳定。

2.系统总体框图

3.理论分析及计算

3.1 集成运放扩压电路原理

集成运放扩压电路如图二所示。当输入信号Vi为0时,输出信号Vo也为0。两个二极管的VB1=+15V,VB2=-15V，集成运放的正负电源端分别为+14.3V和-14.3V,它之间压差为28.6V,加入信号Vi后,两二极管基极电位分别为:

，

与Vi为0时的静态情况几乎一样,但经扩压后,Vo输出可以达到±24V。通过浮电源技术我们可以实现输出电压的扩压。

图二集成运放扩压电路

3.2带宽增益积(GBP)

带宽增益积是衡量放大器性能的一个参数，这个参数表示的是增益和带宽的乘积，即GDP＝A

?BW，根据整个系统，最大电压增益为+60dB，也就是+1000V/V，带宽为10MHz，根V

据上式可得整个系统的最大带宽增益积为10GHz。

3.3通频带内增益起伏控制

随着频率的增高，放大器的增益会随之下降，可以通过补偿电容来添加极点，进而实现相位补偿和增益补偿，这样就可以将放大器的增益在通频带内的起伏控制在最小范围内。

3.4抑制直流零点漂流

零点漂移现象是输入电压为零但输出电压不为零的现象，其产生的主要原因是温度漂移使得半导体元器件的参数变化,致使输出电压不为零。抑制零点漂移的方法有:(1)利用超级伺服电路将零点漂移强制拉回零,但此方法不能放大直流信号.（2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化,但效果不明显。（3）采用加入直流偏置调节零偏,此方法可以放大交流.我们则是采用方法（3）。

3.5放大器稳定性

放大器的稳定性是指放大器在其带宽范围内幅频曲线的稳定性。

提高放大器的稳定性,可以采用相位提前补偿的方法,增加其零点，抵消极点来实现。4. 硬件电路设计以及方案比较

1.前级输入信号放大模块

按题目要求对10mV有效值以下的小信号经行放大，要求对信号的干扰要小，所以必须采用一定方法减小对采集信号的干扰。

采用以下几种方法：

1.前级采用低噪声高共模抑制比运放OPA2690，最小可放大1mV有效值信号。

2.可采取对前级加屏蔽盒，减少外界环境电磁波干扰。

3.采用光电耦合器将送给DA0832以及继电器的数字信号与模拟信号彻底隔离，减小数字电路噪声对模拟放大的干扰,电路如图三。

图三前级输入信号放大电路

2.程控放大模块

由于题目要求放大范围在0dB～60dB可调放大，必须采用程控增益放大的方法，并且动态变化范围有60dB，而题目又要求输出幅度达到10V有效值，并驱动50欧姆负载，使得最后一级放大倍数固定，因此必须对前级放大的信号经行一定的衰减才能够达到0dB输出。

对于程控放大有以下几种方案：

方案一：用两级AD603实现-40dB～40dB的程控放大。此方案虽然简单，但由于放大频率范围从直流到15MHz，使得放大器输入失调电压要小，而AD603输入失调电压可达30mv，并且随放大倍数不同而不同，再经过后级放大直流漂移显得严重。

方案二：采用高速低零偏的放大器，加D/A转换电阻网络构成AD603程控放大原理。此方法可以有效解决失调电压问题，但电路实现对放大器及D/A转换器要求均较高。

方案三：用两级VCA810级联实现-40dB～40dB的程控放大。VCA810具有低失调电压，一级放大倍数最大范围可达-40dB～40dB，并且外围电路简单。但由于单级放大倍数过大容易引起自激，故两级级联放大。

方案比较：方案一虽然简单，但不适应直接耦合方式的放大器电路。方案二虽然效果较好，但实现有一定难度。方案三虽然需要两级级联，但放大效果好，电路简单，并且可提升空间大。

3.功率放大模块

方案一：用BUF634来实现功率放大。

方案二：利用集成运放扩压和MOSFET实现扩流来实现放大。

方案比较: 方案一中,虽然BUF634外围电路简单,容易实现,但BUF634的最大输出功率为1.8W,达不到题目发挥部分2W的要求；方案二中, 该方案虽然实现较为麻烦,但是成本低廉,效果较好，故采用方案二。

4.自制电源模块

方案一：采用开关电源。

方案二：采用线性稳压电源。

方案比较：由于开关电源制作虽然效率高但需花费时间较多，并且纹波较大，故采用制作简单的线性稳压电源。并且要求电源在正负30V附近。

5．分档滤波模块

为了实现放大器带宽可设置,设计了两路滤波器,使得放大器带宽分别为5MHz和10MHz,通过单片机控制继电器来切换档位以得到不同带宽的幅频曲线。

6. 单片机及液晶显示模块

由于控制与处理部分较为简单,使用AT89S52完全可以实现功能,液晶显示采用1602.

7.软件设计流程

系统软件流程图

(二)制作及调试

1.集成运放扩压电路

在实际制作时发现虽然THS3001的压摆率足够高，但是实际情况下在10MHz附近改电路便产生自激现象，芯片温度迅速上升，工作进入不稳定状态，这不是我们所想要的。为解决自激，使得放大器工作在更高的频率，工作更稳定，必须加入相位补偿和做好电源退耦，如图二所示，C1,C2为电源退耦电容C3,C4为相位补偿电容，R为减小容性阻抗带来自激的电阻。图中各值为实际调试时不断更换试出的最佳值，最终工作频率达到15M依然工作稳定，带内衰减很小。

2.前级放大电路及程控放大电路

由于本系统要把输入信号放大60dB，所以前级的低噪声就显得尤为重要。实际调试中发现，前级如果有1mV的波动，则会引起后级的自激，系统很不稳定。另外，系统要求在直流到10MHz范围内带内起伏要足够小，这就要求前级处理时幅频特性要平稳。所以，我们最后选择了具有低噪声和高带宽特性的OPA2690做最前级的处理，把信号放大到适合增益可变放大器处理的幅度，同时加电容进行补偿，尽量减小带内起伏。由于OPA2690是双运放，于是第一级做跟随器同时具有匹配阻抗的效果，第二级放大10dB方便后级处理，如图四（a）所示。

（a）

程控放大模块是系统的核心之一，同时这里也是数字和模拟结合的地方。为了减少数字信号对模拟信号的干扰，我们采用光电耦合器将数字和模拟彻底分开，实际调试发现，效果明显。另外，刚开始制作时，两级之间没有进行50欧姆的阻抗匹配，调试中发现，容易引起系统的自激，而阻抗匹配后效果变好，如图四（b）所示。

(b)

图四 OPA2690及两级VCA810级联硬件电路图

3.功率放大电路

图五为扩压及功放电路PCB原理图。由于手中有的性能较好的MOS管仅有IRF610与IRF9610，但需配对好。于是借用晶体管图示仪花费1个小时选出一对性能最好最合适的管子。开启电压在4V附近，于是用稳压管和电阻分压组合，经反复挑选电阻值使场效应管恰好工作在甲乙类放大状态，各阻值如图五所示。将前后级一起联调时又发现问题，电路的频响特性变得复杂，既存在自激，又存在高频响应特性下降。为继续消除自激，在两级连接处加入电阻R7,R8。为提升电路高频特性，经反复不断加入电容，最后C7-C14构成了补偿电容。最终调试结果为R7,R8为并联的两个240欧，C7,C9,C11,C12分别为121，121，501，501。C8,C10,C12,C14为对应值。最终在蜂窝板上搭建效果十分好，用示波器FFT观察频谱特性，从直流到13MHz,14MHz附近均为一条直线。

图五运放扩压及功率放大电路图

4.自制电源

电压经过变压器后输出为有效值为12V的交流，经过整流桥后分别送入稳压芯片LM7824和LM7924中，通过稳压扩压电路将5.1V稳压二极管分别与LM7824和LM7924相连使得输出有效值稳定为29.1V,以供给主要模块使用，PCB原理图如图六所示。图中K1,K2,K3,K4为开关，HEAT1,HEAT2为散热片，D14为电源指示灯，稳压芯片两端的为保护二极管。

图六电源模块电路图

5.分档滤波

通过滤波软件设计得到模型,再经过仿真后最终确定滤波器参数分别如图七、八所示。

图七5MHz LC低通滤波器

图八10MHz LC低通滤波器

设计这两套滤波器的时候，我们选择了滤波设计软件AADE来进行设计，设置滤波器的通带频率、截止频率以及通带和截止频带的起伏大小，得到大概的LC模型。因为软件所算得到电感和电容的值不一定是平常的所能见到的值，我们根据标准低通的传递函数进行改变电感和电容的大小，再通过AADE仿真滤波器波形，进而更换适合的电感电容，最后经过不停地调试，通过示波器观察其幅频曲线，最后得到理想的滤波器的成品。

6.单片机及液晶显示模块

由于该模块设计程序并不复杂，故略。

(三) 指标测试方案以及测试结果

①.

②.

测试方案选择:通过函数发生器产生直流和10MHz以内有效值10mV的正弦波，通过双踪示波器分别观测系统输入和输出信号的大小。

测试方案选择：在增益为40dB时,增大输入信号幅度,观察最大不失真输出信号幅度

测试结果：

Vipp=420mV

V opp=41.60V

④. 通频带内增益起伏测试

测试方案选择：以1MHz为基准,在增益为60dB时,输入峰峰值为20mV信号,从DC到4MHz(9MHz)改变输入信号频率,测出输出信号幅度与放大60dB时理论输出幅度之比,得到测试结果:

0～4MHz内：平均0.8dB

0～9MHz内：平均1.4dB

⑤. 放大器噪声电压测试

测试方案选择：在增益为60dB时,将输入端与地短接,测出输出信号幅度

测试结果：在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP为0.2 V。

⑥. 输入电阻与负载电阻阻值测试

测试方案选择:系统设计方案保证了输入阻抗大于50Ω，负载电阻用万用表直接测量。

测试结果: 输入阻抗：>50Ω负载电阻：50.8Ω

(四)总结

题目要求输入有效值小于等于10mv，实际输入的有效值可以达到1mv，但在我们在现有的仪器条件下，信号幅度输出小时噪声大，造成输出波形噪声较大。放大器的增益最大

可达70 dB，但超过70dB后放大器容易出现自激振荡，如改善电路加入补偿放大倍数还可提升。放大器最大输出幅度峰峰值达到了42V，在驱动50 负载时，通频带带宽超过10M，带内失真小，但带内衰减较大，主要是由于最后一级功率放大高频特性限制，如果继续改善补偿电路，可将通频带内起伏控制在0.5dB内并且继续拓宽带宽。

结束语

由于工作量较大，所有东西均要在规定时间内完成，加上绘制PCB板周期较长，许多板块均是在蜂窝板上手动搭建，故很多参数均是在示波器观察下反复调试出来的经验值。而后在PCB板上实验，较为接近，但是均达不到蜂窝板的最佳效果。这与实验环境和器件参数不同而应选用器件不同有关。

另外整个比赛要求我们在四天三夜里必须完成自己的设计、调试以及写设计报告，良好的分工是保证效率的前提。我们对前级放大模块，后级功放模块以及单片机和滤波模块均进行了合理的分工。在整个四天三夜的过程中，我们几个都努力保证在最短的时间将模块搭好并保证每个模块都能正常工作，最后再将各模块联合起来反复调试，再发现问题，解决问题，使得作品工作在稳定，性能优越的状态。这是我们在以前的训练从没有尝试过的，这也让我们经历了一个艰苦又残酷的过程，最终的结果让我们尝到了胜利的果实的甜美。

电子设计大赛不仅让我们三个人学到了很多电子知识，也让我们建立了深厚的友谊。

参考文献

[1].吴援明、唐军《模拟电路分析与设计基础》北京科学出版社 2007.5

[2].稻叶保(日) 《模拟技术应用技巧101例》北京科学出版社 2008.10

宽带直流放大器的设计

第29卷第1期湖北民族学院学报（自然科学版）Vol．29No．1 2011年3月Journal of Hubei University for Nationalities（Natural Science Edition）Mar．2011 宽带直流放大器的设计 刘三军，樊江川，宴佳治，廖红华 （湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施445000） 摘要：宽带直流放大器在无线通信领域，尤其是发射机的末级有重要的用途．通过各种方案的比较，系统采用运放OPA690作为前级和中间级放大，输出级采用?15V供电的视频运放AD811，辅以相应的偏置电路和程控可调电阻实现增益的调节，以单片机MSP430为控制核心；设计出电压增益A V范围为0 60dB，最大输出电压有效值V o ≥10V，3dB通频带为0 10MHz的宽带直流放大器．人机接口采用红外遥控及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能． 关键词：宽带放大器；带宽增益；MSP430；OPA690 中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1008－8423（2011）01－0103－05 Design of Wideband DC Amplifier LIU San－jun，FAN Jiang－chuan，YAN Jia－zhi，LIAO Hong－hua （School of Information Engineering，Hubei University for Nationalities，Enshi445000，China） Abstract：Wide band DC Amplifier can be widely used in wireless telecommunication field，especially in the output side of a transmitter．Based on the comparison of various methods，the system uses OPA690as front and middle amplifiers and AD811as the output amplifier，and uses the adjustable resistors to change gain of wide band DC Amplifier．The experiment shows that voltage gain ranges from0dB to 60dB．The maximum output sine voltage is more than10volts．The3dB pass band is from0to10MHz． The whole system is controlled by MSP430which is of low power consumption，and the infrared remote module is used as interface，LCD is used as display module that is convenient for interaction． Key words：wideband DC amplifier；pass band gain；MSP430；OPA690 随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离、迅速而准确地传送多媒体信息．于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟．而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分，随之，人们对它的设计要求也越来越高．宽带放大器广泛应用于A/D转换器、D/A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路；例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中，宽带放大器都有十分广泛的应用和良好的市场前景［1］． 放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成．宽带放大器可以作为高频功率放大器使用，高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出；因而可以用宽带放大器作为发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平．按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器［2］． 收稿日期：2010－10－20． 基金项目：湖北省教育厅科学研究项目（DZ0101903）． 作者简介：刘三军（1980－），男，硕士，主要从事嵌入式、SOPC技术的研究．

09年C题实验报告(宽带直流放大器)要点

2009年全国大学生电子设计竞赛 【本科组】 宽带直流放大器（C题）

摘要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。 关键词：前置放大无源滤波步进放大 Abstract:The broadband amplifier using a straight ad8039 two levels of preamplifier and then through a programmable amplifier circuit composed of VCA810 through a 5 m and 10 m of third-order passive filter through AD811 precision op-amp and BUF634 load output buffer circuit, the whole system is controlled by a single-chip microcomputer by keyboard, can step between magnification and manual adjustment, can also use buttons adjust the filter of 5 m and 10 m channel, the system performance is good, can be between 0 ~ 66.8 dB gain adjustment, amplitude fluctuations within the bandwidth of the provisions of no more than 1 dB, completed the topic request. Key Word：pre-amplification Passive filter Step amplification

宽带直流放大器设计

宽带直流放大器（C题） 摘要 本系统以两级直接耦合的可控增益放大器AD603为核心，外加跟随器OPA642和电压放大器AD811配合，实现了增益可调的宽带直流放大器。系统主要由四个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。可控增益放大电路由两级直接耦合的可控增益放大器AD603构成，可实现-20dB到40dB的增益调节范围，配合AD811的固定增益实现0dB到60dB的增益调节范围；后级功率放大电路由高速缓冲器BUF634扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。第二级AD603与固定增益模块间加入直流偏移调零模块，最大限度地减小了整个放大器的直流偏移。为解决宽带放大器自激问题及减小输出噪声，本系统采用多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，改善放大器的定性。 关键词：宽带放大器，可控增益，调零电路，固定增益，功率放大

一、系统方案 1. 方案比较与选择 （1）可控增益放大 方案一：采用可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC 的基准电压，用DAC 的电阻网络构成运放反馈网络的一部分，通过改变DAC 数字控制量实现增益控制。理论上讲，只要DAC 的速度足够快、精度足够高就可以实现很宽范围的精密增益控制，但是控制的数字量和最后的20dB 不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，因此不选用此方案。 方案二：选用两级集成可控增益放大器直接耦合作为增益控制，集成可控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生。单级集成可控增益放大器AD603具有-10dB 到+30dBdB 的增益控制范围，两级级联后理论上可达到-20dB 到+60dB 的增益控制范围，精度达到0.5dB,带宽90MHz ，可以满足题目指标要求。 采用集成可控增益放大器AD603实现增益控制，外围电路简单，便于调试，而且具有较高的增益调节范围和精度，故采用此方案。 （2）功率放大电路 方案一：采用分立元件实现宽带功率放大器，可以实现较大输出电压，但需采用多级高频放大电路，受电路分布参数影响，调试难度大，带宽难以保证，所以不选用此方案。 方案二：采用单片集成宽带运算放大器提供较高的输出电压,再由高速缓冲器 BUF634实现扩流输出,提升放大器带负载能力。此方案电路较简单,容易调试,故采用此方案. （3）低通滤波器方案论证 方案一：采用有源滤波器，通带内没有可以没有能量损耗，电路相对有源滤波复杂，需要直流电源供电。 方案二：采用无源低通LC 滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。无源LC 滤波器的优点是电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高，为了使通带尽量平坦，选用了通带比较平坦的巴特沃斯滤波器。同时在滤波器后加入固定增益放大器，弥补信号通过滤波器时幅度的衰减。 2. 方案描述 系统框图如图1所示，系统主要由五个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、低通滤波电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。系统增益调节范围为0～60dB ，

宽带直流放大器开题报告 -

HEFEI UNIVERSITY 毕业设计（论文） 开题报告 题目宽带直流放大器的设计与研究系别电子信息与电气工程系 专业通信工程 班级 09 级通信工程（ 2 ）班 姓名 指导老师 完成时间 2013 —03 —29

合肥学院电子信息与电气工程系 毕业设计(论文)开题报告 学生：汪皖春班级：09通信工程 2 班论文题 目 宽带直流放大器的设计与研究导师姓名李翠花 可行性方案分析 要求包含以下几个主要部分：（不少于1500字） 研究背景、主要内容、设计方案、技术路线、关键问题、时间安排 见附页 参 考 文 献 [1]黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版 社，2006. [2]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编 [M].北京：北京理工大学出版社，2006. [3]沈伟慈. 通信电路(第2版)[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007. [4]高吉祥. 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程:模拟电子线路设计[M].北京： 电子工业出版社，2007. [5]第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：北京理工大学出版社， 2003. 开 题 小 组 及 教 研 室 意 见 开题小组签名： 年月日

研究背景： 随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。宽带直流放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于A∕D转换器、D∕A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。因此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。宽带直流能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带直流放大器也同样占有重要地位。 主要内容： 本系统利用 C8051F120单片机作为主控制器，设计并实现了一宽带直流放大器，通过三级直接耦合放大和一级功率放大，放大倍数为0～40dB，通频带为0～10MHZ可预置。通频带内增益起伏≤3 dB；由外置键盘实现增益可控预置，步距为5dB；由LCD12864同步显示增益预置值和增益步进值；利用单个元器件的零点漂移特性，巧妙采用放大级正向、反向输入端，有效的抑制了零漂。整个系统实现简单，操作界面友好。 设计方案： 方案一：集成运放和分立元件相结合。宽带集成运放级联构成前置放大电路，实现小信号的前置放大及增益要求；运算放大器加分立器件三极管构成功率扩展型电路实现末级功率放大。 方案二：采用分立元件，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，末级采用大功率器件来保证输出功率，通过负反馈电路来确定增益。该方案可实现的放大器工作频率高、功率大，但其电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。此外，由于电路采用了多级放大，其稳定性差，容易产生自激现象。 方案三：采用集成运算放大器芯片级联构成。集成运放芯片使用简单，精度高，但是采用这种方案，放大器可能会出现输出功率不够，因此我们采用两个功率集成运放并联的方式实现增大输出功率。 方案选定：经三种方案比较，考虑到集成运放高增益、低直流漂移的优点和增益容易控制，决定采用方案三。 技术路线： 1、设计框图 以单片机为控制器，输入信号通过前置放大、中间级放大，再经过通频带选择网络完成对通频带带宽的选择，由末级放大器输出。通过键盘控制选择通频带带宽、电压增益等参数，并由显示器同步显示增益预置值和增益步进值。

宽带直流放大器的设计

宽带直流放大器地设计 电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵 摘要：本文以TI 公司地压控放大器VCA810 为核心，外加ADI 公司地运算放大器AD806 5 作前级，采用ST 公司地89C52 单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益± 6 dB 步进可调，并通过1602 液晶实时显示.系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成.整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠. 关键词：程控放大；VCA810 ；STC89C52 1 引言 宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛.传统放大 器由分立元件器搭建而成，且有地采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表地应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能地宽带直流放大器是很有必要地.而宽带直流放大电路地发展中，为了满足 电路地更高性能与控制地便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生.本文就是对程 控宽带直流放大器进行研究. 2 系统方案设计与论证 本文所设计地宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为OHz?6MHz ;最大增益>40dB （100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值>3V负载电 阻600 Q.根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块 2.1 方案比较与选择方案一：采用分立元件构成，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益.但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号地放大. 方案二：采用集成运放芯片级联.集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能.而对于实用地放大电路，通常要求 其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求. 方案选定：比较上述地两种方案,决定采用方案二. 2.2 系统方案描述 系统框图如图 1 所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分.信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成.前级缓冲模块采用AD8065 电压反馈型芯片.可变增益放大器采用可控增益放大器VCA810. 系统通过STC89C52 实现控制，通过STC89C52 和按键控制DAC0832 地输入数字量，并在LCD1602 上实时显示该放大器地增益.

AD603的直流宽带放大器

基于AD603的直流宽带放大器设计直流宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事和医用设备等高科技领域上，具有很好的发展前景。在很多信号采集系统中，经放大的信号可能会超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大倍数，在自动化程度要求较高的场合，需要程控放大器的增益。AD603是由美国ADI公司生产的压控放大器芯片，具有低噪声、宽频带、高增益精度（在通频带内增益起伏小于等于1dB）的特点。压控输入端电阻高达50MΩ，在输入电流很小时，片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响较小，适于实现程控增益调节。故该系统选择AD603为核心实现高增益、低噪声的程控直流宽带放大器。 1系统设计 1.1技术指标 输入电阻Ri≥50Ω；输入电压有效值Ui≤10mV;带宽0～10MHz,0～9MHz范围内，增益起伏小于等于1dB;程控增益40dB和60dB,以5dB步进；在60dB放大，带载50Ω时，最大输出10V,且无明显失真。 1.2总体设计 宽带直流放大器的实现原理框图如图1所示。该系统主要由宽带运放级联组成，输入信号经由AD603及外围电路构成的放大网络输出，输出增益为36.5dB,带宽15.6M,再由AD811放大，两级可实现40dB增益，在0～10MHz范围内无明显失真。经AD811放大电路放大的信号再经过AD829实现60dB增益，输出电压有效值10V,信号经过AD829之后进入扩流电路，实现带载50Ω电阻。单片机mega16通过DAC0832来控制预置增益，编程实现步进增益5dB,实时液晶显示。

图1总体设计框图 1.3单元电路分析与参数计算 1.3.1前置放大电路分析与设计 AD603是一款8引脚的高增益、带宽可调放大器，带宽最大为90MHz.在-1～+41dB 的增益范围内，带宽可达30MHz;在9～51dB的增益范围内，带宽为9MHz.由于带宽增益积的关系，一级AD603无法实现60dB放大，需采取多级级联实现。由于低噪声的特性，选择AD603作为第一级放大。根据芯片技术手册，当VG在-500mV～+500mV范围内以40dB/V（即25mV/dB）进行线性增益控制，增益G（dB）与控制电压VG之间的关系为：G（dB）=40VG+G0i（i=1,2,3）。这里要求增益5dB步进，故VG=5325mV=125mV,其中VG=VGPOS-VGNEG（单位为伏特），G0i分别为三种不同模式下的增益常量： G01=10dB,G02=10～30dB,G03=30dB. Ri=R1‖100=100‖100=50Ω，系统要求带宽为10M,前置放大器的带宽应大于 10M,采用G02模式，通过计算调试选定AD603的5、7脚接2.15kΩ，4、5连接5pF电容，实现频率补偿。第一级放大器的最高频率为： AD603芯片内部有100Ω电阻，在反向输入端与地之间加入100Ω电阻，实现输入电阻为50Ω，第一级实现增益36.5dB. 1.3.2中间级放大设计 AD603的供电电压最大为±7.5V,经AD603放大的信号幅度最大为5V左右，带载能力差。AD811是一款视频驱动放大器，在满足通频带内增益起伏小于等于0.1dB,增益小于等于2时，具有25M带宽，供电电压选用±15V,可实现10V有效值输出。满足系统10M通频带的指标要求，具有较强的带载能力，在满足40dB增益的前提下，还要考虑到与后级放大器一起实现60dB增益，且满足带宽要求，这里选择AD811的增益为1.5倍（3.5dB）。增益由电阻RFB和RG来决定： 为了便于精确调整放大倍数，RFB选用1kΩ滑动电位器，前两级放大后，在10M带宽范围内，实现了40dB增益。

宽带直流放大器设计报告-江帆

宽带直流放大器 江帆、胡斌、王泽强 摘要: 本系统采用宽带压控增益放大器VCA810来实现增益可调，由前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块和电源模块组成，具有宽带数字程控放大功能。在前级放大电路中，用宽带电压反馈型运算放大器OPA690和宽带压控运算放大器VCA810放大输入信号，再经后级 THS3091功率放大电路将电压放大十倍，并增大输出电流，增强负载驱动能力，提高输出电压有效值X围。经验证，本方案完成了全部基本功能和部分扩展功能。关键字：压控增益放大器；功率放大；宽带数字程控 一．系统方案论证 1.1可控增益放大器部分 方案一：采用场效应管或三极管控制增益。只要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现程控增益，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。 方案二：为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。利用D/A转换器的VRef作为信号的输入端，D/A的输出端做为输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减信号实现增益控制。此方案简单易行，精确度高，但经实验知：转化非线性误差大，带宽只有几kHz,而且当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此未选此方案。 方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取压控增益运算放大器VCA810实现，其特点是以dB为单位进行调节，可调增益-40dB至+40dB，

可以用单片机方便地预置增益。 综合以上的分析可知，方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化程控处理。所以本系统采用方案三。 1.2滤波部分 为了达到题目要求的5M和10M带宽，需制作两路低通滤波器电路。 方案一：由无源器件（电阻、电容、电感）构成八阶椭圆滤波器，电路比较简单，成本低，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应。 方案二：为达到通频带内增益起伏≤1dB，采用四阶巴特沃斯低通滤波器。巴特沃斯滤波器特点是通频带内频率响应曲线最大限度平坦，虽然阻带内缓慢下降，但可以增加阶数来加快阻带内的衰减。 由于用Tina仿真软件设计出来的八阶椭圆滤波器需用的器材（电阻、电容、电感）很难找到或组合成相近的值，而用Tina仿真软件设计出的四阶巴特沃斯低通滤波器幅频特性较好，所以选择了方案二。 1.3功率放大部分 方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用此方案。 方案二：采用高输出电压运放作为功率输出部分的第一级，对信号进行电压放大；第二级采用推挽射级跟随器进行电流放大。由于采用分立元件，通频带内信号可能出现较大失真，线性度不好。 方案三：直接使用高电压输出、低失真、电流反馈型的运算放大器THS3091，可以大大提高输出电流，驱动50欧的负载。

宽带直流放大器(国赛报告)

宽带直流放大器 摘要： 本系统采用FPGA和AT89S52单片机构成的最小系统为控制核心，设计了一个输入电压有效值小于10mV的宽带直流放大器。其3dB通频带为0～10MHz，在0～9MHz通频带内增益起伏不超过1dB。系统的基本放大器部分主要由前置放大、可控增益放大和后级功率放大构成，其中前级放大采用高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172实现；可控增益放大以AD600为核心，通过12位串行DAC给予不同的控制电压的方式来达到增益步进5dB （手动连续可调）,总增益从0dB到60dB的目的；后级功率放大由3个电流反馈型放大器AD811构成，其输出电压正弦波有效值V o不小于10V，输出信号波形无明显失真。通过键盘输入控制、人为预置放大器的带宽值和 64*128点LCD显示，本系统界面友好美观，控制方便。 关键词：程控放大，AD600，功率放大

正文： 一、方案比较设计与论证 1.程控放大方案比较与论证 方案一：采用三极管搭接实现。为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出采用二极管包络检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件，如三极管等，电路复杂，设计难度大，增益可控、高带宽均难以实现。而且不可控因素多，电路稳定性差，调试难度也大。故不采用。 方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为D/A的基准电压。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是，由于控制量和增益呈指数关系，会造成增益调节不均匀。 方案三：使用控制电压与增益成线形关系的可编程放大器PGA，用控制电压和增益成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。采用可控增益运放AD600实现。AD600的增益范围为0dB到40dB可调，具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好，另外具有直流到35MHZ的高带宽范围，极能满足题目直流宽带放大器各方面的设计要求。这种方法的优点是电路集成度高，条理清晰，控制方便，易于用单片机处理，能实现系统要求。 鉴于以上分析，我们采用方案三。 2、直流偏置调零方案比较与论证 方案一：采用连接补偿电路来实现调零的功能，但偏置电压是随温度而变化的，无法自动实现电压偏置的调零。 方案二：采用一个加法电路，通过AD不断对加法器输出值进行采样，采用搜索算法，再通过DA输出，反馈到加法器的反相端与输入信号相加，直到输出的直流偏置为零，或者是在一个小的范围内变化。 方案三：可以采用低通滤波器，将直流偏置电压滤除，但由于设计的是直流宽带放大器，本系统还需对直流进行放大，因此不能采用该方案。 基于以上分析，我们采用方案二。 3、功率放大部分方案比较与论证 方案一：采用三极管等分立器件实现。该方法可以较为准确地调节放大倍数、输入输出阻抗等参数，但实际的调试过程比较复杂，而且由于分立元件的分布参数较大，会引入较大噪声和干扰。 方案二：采用驱动电流较大的放大器实现，如ADI公司生产的AD811、AD844等芯片。该方法电路简单，增益可调，且只要芯片性能优良可以达到很高的信噪比。 两种方案都可以达到题目的要求，但方案二实现较简单，方便调试，故采用方案二。 二、系统总体设计方案及实现方框图 1．系统总体设计方案 根据题目的要求和方案的选择，本系统主要由三个模块电路组成：可控增益放大电路、偏置调零电路、功率放大电路和单片机显示和控制模块组成。其中可变增益放大电路以AD600作为核心,通过12位串行DAC给予不同的控制电压实现增益范围为0～40dB。前置放大采用由高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172、带宽为100M的运放LM6172构成的同

宽带直流放大器设计报告

宽带直流放大器（杨秋云） 组员：李华卫毛丽君杨秋云肖茜雯谭平平 摘要：本作品以STM32F103VET6为控制核心，采用宽带放大芯片LMH6624和压控放大器VCA810结合方式，实现了设计中可调增益的要求；采用低噪声电流反馈运放THS3091芯片实现了10V有效值输出的功率放大；在系统设计中，采用了合理的阻抗匹配，规范的线路布局和有效的散热设置，并且综合考虑了去耦、滤波，以及使用同轴电缆屏蔽干扰，降低功耗，减少了高频信号的噪声和自激，全面提高了系统的稳定性。经测试，指标达到设计的要求。 关键词：STM32F103VET6 LMH6224 VCA810 THS3091

一、方案论证与选择 1、前级放大模块 方案一：采用三极管和各分立元件构成前级放大器。实现不小于22dB的增益，本方案成本低，但电路复杂，调试繁琐，且电路稳定性差，容易产生自激现象。 方案二：采用集成芯片。采用放大器LMH6624做前级放大的核心器件，具有低噪声、低功耗、高性能的优点。所以我们采用此方案。 2、可控增益放大模块 方案一：采用场效应管控制增益实现。采用单片机控制场效应管工作在可变电阻区，利用其电压与电阻的线性关系实现增益的控制，但由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。 方案二：采用程控放大器VCA810实现。因为VCA810的可调范围-40dB~+40dB，那么可直接采用VCA810作为放大的中间调节级对已进行小倍数放大的信号进行再次放大或衰减。更有一点就是VCA810具有宽带低噪声，并且以dB为单位的线性增益的特点。该方案方便、稳定，可操作性强，所以采用此方案。 3、低通滤波模块 方案一：采用集成芯片实现有源滤波电路。集成芯片成本较高，而且截止频率难达到设计的要求。 方案二：采用椭圆低通滤波器。椭圆低通滤波器是一种零、极点型滤波器，它在有限频率范围内存在传输零点和极点。同样的性能要求，椭圆低通滤波器的通带和阻带都具有等波纹特性，因此通带，阻带逼近特性较好，比其它滤波器所需用的阶数都低，而且它的过渡带比较窄，可以更好的达到设计的要求，所以采用此方案。 4、功率放大模块 方案一：采用三极管搭建。三极管成本低，使用灵活，但各种参数的选择过于复杂，会给电路的设计带来较大的难度，并且管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也比较大，不满足设计对放大器稳定性的要求。使用晶体管也不易控制其零点漂移。 方案二：采用电流反馈型集成芯片。电流反馈芯片THS3091具有210MHz 以上的带宽，压摆率达到7300 V/us，最大输出电流250mA，并且可以输出 15V 的高电压，若采用二片并联的形式可完全胜任10MHZ下10V有效的稳定输出和50Ω负载的驱动。该方案简单稳定、方便调试，因此采用方案二。 5、直流稳压电源模块

基于可调程控的宽带直流放大器设计

基于可调程控的宽带直流放大器设计 本系统采用可控增益放大器VCA810和宽带低噪声运放OPA2846结合的方式，通过主控芯STC12C5A60S2控制D/A输出电压调整VCA810增益，并且能够有效地实现0～60dB可调增益.还加入BUF634并联模块以提高系统的带载能力，之后使用巴特沃兹无源低通滤波电路对放大器的带宽进行限制，同时滤除噪声.末级采用THS3092两路并联功率放大模块对输出功率进行放大，使整个系统输出最大有效值达到6V本系统具有带宽增益可调范围大，能够有效抑制直流零点漂移，放大器稳定性高等特性。 标签：宽带放大器；可控增益；VCA810 本系统设计一个基于可调程控的宽带直流放大器，要求增益可调范围为0～60dB，信号的通频带保持在0～5MHz，最大带宽增益积为5GHz，输出电压有效值可达6V，具有通频带内增益平坦，能够抑制直流零点漂移，并且能够保持放大器的稳定性。文章根据上述要求设计的系统主要包括四个模块：固定增益放大模块、可变增益放大模块、低通滤波器模块及功率放大模块。 1 系统总体框架 如图1所示，本系统以STC12C5A60S2作为控制与运算核心，将输入信号输入到第一级放大电路进行增益放大，再经第二级放大电路滤除杂波和进行功率放大后得到符合要求的输出信号。其中，第一级放大电路主要包含固定增益放大模块和可变增益放大模块，第二级低通滤波器模块和功率放大模块。另外，STC12C5A60S2主要用于可变增益放大模块的程控和输出调制电压的实时显示。为使第一级放大电路和第二级放大电路不互相影响，文章在两级电路之间加入一个缓冲级。 2 实现原理 2.1 带宽增益积。本系统信号通频带为0～5MHz，最大电压增益Av≥60dB，V，故应尽量减少使用VCA810的数量，在增益控制中，本系统采用一片VCA810可变增益放大与OPA2846固定增益放大配合，通过单片机程控输出信号放大通路实现0～60dB可调增益，OPA2846的输入偏置电压仅为0.15mV，THS3092在±5V供电时输入偏置电压仅为0.3mV，均能够很有效地抑制零点漂移。 2.4 放大器稳定性 系统的稳定性取决于系统的相位裕量，相位裕量是指放大器开环增益为0dB 时的相位与180°的差值，放大器一般会有自激的问题，有的情况是由于在放大器的相移为180°时，其增益仍然大于1，这种情况可以在反馈环路中增加零点来做相位补偿.总体来说，自激振荡是由于信号在通过运放及反馈回路的过程中产生了附加相移，用？驻？准？住表示低频段的附加相移，？驻？准F表示高频段

宽带直流放大器设计方案

宽带直流放大器方案设计 一、方案的选择和论证 分析题目要求，设计需要满足以下几个技术指标：在输入电压有效值Vi≤10 mV 情况下放大器电压增益必须大于60dB，且电压增益为60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V。另外，3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB，能为50欧姆的负载输出正弦有效值10V的电压。 基于以上要求，我们把整个放大器分为5个板块来设计。前置缓冲级，中间增益可调放大级，后级功率放大电路，电源部分和滤波器。 系统总体框图： 1.前置缓冲级方案论证 方案一：采用宽带高精度集成运放。 缓冲级对整个放大电路来说尤为重要，高质量的前级是放大电路的基本保障，故本设计中采用宽带高精度低噪声运算放大器OPA620构成电压增益为6dB的缓冲级。该运放增益宽带乘积为200M赫兹，能很好的满足题目要求。 方案二：采用普通运放。 普通运放虽然价格稍低，但是带宽和精度都十分有限，理论上虽然能用反馈的方式扩宽通频带，但是题目要求的10M赫兹频带太宽，故普通低价的运放很难达到实验要求。 比较上述两种方案，方案一能更好的完善题要求的指标，方案二虽然成本较低，但是不容易达到题目要求，且前级配置的高低对后级电路影响很大。故选择方案一。 2.中间增益放大级方案论证 方案一：采用三极管构成多级放大电路

若用分立元件构成60dB放大器，则须采用三极管构成的多级放大器。此方案有选材方便和成本较低的优点，但是选择性能合适的三级管比较费时间，选择合适的三极管配对组合更是不容易，并且题目给出的指标较高，三级管构成的多级放大器容易引起更多的干扰，影响放大质量。此外，晶体管构成的多级放大电路不易实现大范围的增益连续可调，这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。所以，我们对下一种方案进行论证。 方案二：使用集成运放OPA620构成2级放大 单个OPA620的增益可调范围为 -20bB — +20dB ，采用两级相连，则可以实现-40dB-+40dB的可调范围。从厂商的数据手册可以看出，OPA620外围电路简单，容易操控，通频带内增益起伏小于0.05dB，且放大效果较好。但是若要求实现提高部分0-60dB全范围的连续可调，两级OPA620放大则不能达到题目要求。 方案三：使用低噪声增益可控放大器AD603 使用两级AD603构成的增益可调放大电路。 AD603是主要用于RF和IF AGC系统的低噪声可调增益放大器，它具有引脚可编程增益功能，可以使用一个外部电阻设置增益范围内的任何增益子范围，控制接口可以输入差分电压，也可以输入单端的正控制或负控制电压，使用十分方便。单级AD603便可以实现0-40dB的电压放大，且该增益范围内有30MHz的频带宽，性能优异，如果采用两级连放，理论上可以实现0-80dB的增益可调范围，能满足题目要求。其次，AD603构成的增益可控放大电路有很大的提升空间，可以通过电位器获取基准电压进行手动控制，通过模拟开关连接电阻器实现增益程控，通过单片机配合DAC模块实现不同精度的增益数控。 所以比较上述两种方案，AD603与OPA620相比，容易实现增益数控，AD603有更高的性价比，我们最终选择方案三。 3.增益控制电路 方案一:单片机和数模转换芯片实现增益可调 使用89C51单片机，选择稳定的基准电压，配合DAC0832输出电压信号控制AD603，从而实现增益数控。 DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，D/A转换结果采用电流形式输出，理论精度为1/256，能满足增益步进5dB的要求。该芯片价格便宜，使用方便，算是较常用的8位DAC芯片。该芯片为电流输出型，若采用该芯片实现AD603的增益可控，则须在输出端加上运算放大器LM324，实现电流到电压的转换，从而稳定实现增益可调。 方案二：单片机、模拟开关和电阻网络实现增益可调 使用89C51单片机，配合模拟开关控制不少于12个串联的电阻，通过取得电阻上的稳定电压控制AD603，从而实现步进为5dB的增益数控。模拟开关控制电阻网络与DAC模块工作原理相似，但是精度就远远不如8位DAC，并且使用模拟开关和电阻网络扩大了控制电路，电路集成度降低，引入更多的干扰因素。再者，从成本上看来，该方案也是不经济的。 方案三：滑动变阻器实现增益手动可调 通过电位器获取与基准电压成一定比例的控制电压输入AD603控制端，实现手动增益可调。 该方案很容易实现增益连续可调，相比以上两种方案成本是最低的，理论控制精度最高，精度仅有电阻器可调精度决定，但是此方案仅适用于固定范围内的手动

本科毕业设计__宽带直流放大器的设计

宽带直流放大器的设计 电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵 摘要：本文以TI公司的压控放大器VCA810为核心，外加ADI公司的运算放大器AD8065作前级，采用ST公司的89C52单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益±6dB步进可调，并通过1602液晶实时显示。系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成。整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠。 关键词：程控放大；VCA810；STC89C52 1 引言 宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛。传统放大器由分立元件器搭建而成，且有的采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表的应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能的宽带直流放大器是很有必要的。而宽带直流放大电路的发展中，为了满足电路的更高性能与控制的便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生。本文就是对程控宽带直流放大器进行研究。 2 系统方案设计与论证 本文所设计的宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为0Hz～6MHz；最大增益≥40dB（100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值≥3V；负载电阻600Ω。根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块。 2.1方案比较与选择 方案一：采用分立元件构成，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益。但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。 方案二：采用集成运放芯片级联。集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能。而对于实用的放大电路，通常要求其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求。 方案选定：比较上述的两种方案,决定采用方案二。 2.2系统方案描述 系统框图如图1所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分。信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成。前级缓冲模块采用AD8065电压反馈型芯片。可变增益放大器采用可控增益放大器VCA810。系统通过STC89C52实现控制，通过STC89C52和按键控制DAC0832的输入数字量，并在LCD1602上实时显示该放大器的增益。

宽带直流放大器实验报告

宽带直流放大器 摘要：本项目制作了一个宽带直流放大器。宽带直流放大器主要由输入缓冲级、程控增益放大器、调零电路、功率放大四部分构成。输入缓冲级采用THS4001高宽带运放对输入高频小信号放大输出给下一级，输入电阻50Ω与信号源进行阻抗匹配；程控增益放大器由AD603构成(-10dB~30dB)增益的高频放大电路，同时由80C51f0202的单片机为核心主控放大器的增益调节；然后再经THS3091对放大信号进行功率放大，使得输出电压达到10V有效值以上的电压，驱动50Ω的负载电阻。本项目设计的放大器可以达到5MHz以内电压1dB波动，10MHz 以内3dB的衰减；纹波电压（V pp）0.2V；最大不失真输入电压（V pp）59mV；最大不失真输出电压（V pp）5.6V；增益可控范围0~32dB，步进1dB。 关键字：高频；放大器；程控增益；单片机； 1、设计任务与实验要求 1.1 设计任务 设计并制作一个宽带直流放大器 1.2 基本要求 （1）电压增益A V≥40dB，输入电压有效值V i≤20mV。A V可在0～40dB范围内手动连续调节。 （2）最大输出电压正弦波有效值V o≥2V，输出信号波形无明显失真。 （3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。 （4）放大器的输入电阻≥50Ω，负载电阻（50±2）Ω。 1.3发挥部分 （1）最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。 （2）在A V＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值V ONPP≤0.3V。 （3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。 （4）最大输出电压正弦波有效值V o≥10V，输出信号波形无明显失真。 （5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。 （6）电压增益A V可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可

宽带直流放大器论文

2009年全国电子设计大赛论文题目名称：宽带直流放大器(C题) 论文编号：C甲3832

本课题采用集成电压放大电路和分立元件构成的功率放大电路，具有硬件电路形式简单，调试容易，频带宽，增益高，AGC动态范围宽的特点，且增益可调，步进间隔较小。本宽带放大器以可编程增益放大器AD603和NE5532为核心，由三级放大器组成，由于AD603的输入阻抗为100Ω,满足题目所要求。前两级为AD603组成的可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AG能，第三级为由NE5532构成的放大电路，其主要功能是近一步提高系统的增益，并且使系统的3dB带宽稳定在题目要求的10Hz左右。增益控制和AGC 功能都由单片机控制，可预置并显示增益值，增益可调范围0dB～60dB，步进5dB，由单片机自动调节放大倍数可实现AGC功能，使输出电压稳定在4.5V~5.5V之间负载能力，提高输出电压幅度。由于宽带放大器普遍存在容易自激及输出噪声过大的缺点，故本系统采用减少耦合电容以避免系统产生的自激振荡的方法。 关键词：AD603, AGC, 增益可调宽带。

一方案论证与比较 (4) 1.1增益控制部分 (4) 1.2运放的选择方案论证... (4) 错误！未定义书签。 1.3功率输出部分方案论证 (5) 二主要电路原理分析和说明 (5) 1增益分配 (5) 2前级电压跟随器 (5) 3 增益控制电路 (5) 4 单片机小系统 (6) 5 软件设计 (7) 6 输出级功率放大电路设计 (8) 7 自动增益控制设计 (9) 8电源电路设计 (7) 三．数据测试与分析 (8) 1．测试使用的仪器 (8) 2．测试数据 (8) 3.控制测量 (11) 4噪声控制 (11) 四．进一步改进措施 (11) 附录 附录1：元器件明细表 附录2：电路图 附录3：参考文献 附录4:部分源程序代码