本设计由三个模块电路构成：前级放大电路（带AGC部分）、后级放大电路和单片机显示与控制模块。在前级放大电路中，用宽带运算放大器AD603两级级联放大输入信号，输出放大一定倍数的电压，经过后级放大电路达到大于8V的有效值输出。ADUC812的单片机显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外，还可以实时显示输出电压有效值。
本设计采用高级压控增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级负反馈互补输出级，全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制，AGC稳定性好，可控范围大，完成了题目的所有基本和发挥要求。
方案论证与比较
1.可控增益放大器部分
方案一简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管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，电路比较复杂，工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。此外，由于采用多级放大，电路稳定性差，容易产生自激现象。
方案二为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D／A转换芯片，其输出V out=Dn×Vref/210，其中Dn为10位数字量输入的二进制值，可满足210=1024挡增益调节，满足题目的精度要求。它由CMOS 电流开关和梯形电阻网络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求，为使输入信号在mV～V每一数量级都有较精确的增益，最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整，再通过AD7520衰减后进行相应的后级放大，并使前后级增益积为1024，与AD7520的衰减分母抵消，即可实现程控放大。但AD7520对输入范围有要求，具体实现起来比较复杂，而且转化非线性误差大，带宽只有几kHz，不能满足频带要求。
方案三根据题目对放大电路的增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现，如运放AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽，单级实际工作时可提供超过20dB的增益，两级级联后即可得到40dB以上的增益，通过后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
2.后级固定增益部分
由两片AD603级联构成的前级放大电路，对不同大小的输入信号进行前级放大。由于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、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明。可是题目要求输出6V以上有效值，而在电子市场很难买到这样的芯片，而我们买到的如AD811，HA-2539 等芯片，虽然输出电压幅度能满足要求，但是很容易发生工作不稳定的情况。
方案二使用分立元件自行搭建后级放大器。使用分立元件设计困难，调试繁琐，可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数，电阻电容可根据需要更换，在此时看来较集成电路灵活。因此，我们决定自行设计后级放大器。
系统设计
1.总体设计思路
根据题目的要求，结合考虑过的各种方案，我们认真取舍，充分利用模拟和数字系统各自的优点，发挥其优势，采用单片机预置和控制放大器增益的方法，大大提高了系统的精度和可控性；后级放大器使用由分立元件设计的推挽互补输出放大器，提高了输出电压有效值。我们使信号都在单片机的数字算法控制下得到最合理的前级放大，使其放大倍数精确。图2所示即为本系统原理框图。
输入信号通过前级可控增益放大，放大倍数由单片机通过D/A转换提供的电压控制。AD603的Vg （=V1-V2）根据公式：增益GAIN=40×Vg+20（dB）来设定，而在AGC模式下，此控制电压Vg是由AGC 电路的反馈电压得到，不受单片机控制。经过前级放大后的信号最后经过后级放大得到需要的输出信号，前级和后级增益的搭配，都是经过精确的测量和计算的。输出电压经峰值检波电路得到，反馈到单片机，经运算和线性补偿得到有效值，同时单片机推动数码管显示出来。
2．主要电路原理分析
（1）直流稳压电源本电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件稳压的方法，产生各种直流电压，如正负15V,正负5V等都可以买到相应的固定输出的三端稳压芯片，如LM7815、LM7805。而电子市场上没有我们要求的前级和后级放大器所需要的+10V和+30V固定输出的三端稳压器件，所以我们采用LM317T可变输出的稳压芯片，典型电路图如图3。
交流输入经过电容滤波后的稳定的直流电送到三端稳压集成电路LM317T的Vin端。LM317T是这样工作的：由Vin端给它提供工作电压以后，它便可以保持其+V out端比其ADJ端的电压高1.25V。因此，我们只需用极小的电流来调整ADJ端的电压，便可在+V out端得到比较大的电流输出，并且电压比ADJ端高出恒定的1.25V。
在LM317T的ADJ端加一个接地的滤波电容，会使纹波抑制比大幅度地提高，给高频小信号运算放大器提供非常稳定的电源。二极管的作用是当有意外情况使得LM317T的输入电压比输出电压还低的时候防止从输入端上有电流倒灌入LM317T引起其损坏。其电源电路见本刊网站。
（2）前级放大器和AGC AD603为单通道、低噪声、增益变化范围连续可调的可控增益放大器。带宽90MHz时增益变化范围为-11～+3ldB；带宽为9MHz时为9～51dB。增益变化范围可分三种模式进行控制：当5脚与7脚断开时，增益变化范围为9～51dB,当5脚与7脚短接时，增益变化范因为-11～+3ldB,当5脚与7脚之间接一电阻时，可使增益变化范围进行平移。
AD603的简化原理框图如图4所示，它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端（VINP）的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值Vg有关，由于控制电压GPOS/GNEG 端的输入电阻高达50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点很适合构成程控增益放大器。为了增大控制范围，我们采取两级AD603级联的方法，如图5所示。
使用AD603制作前置放大器时，主要考虑了共模干扰问题。前置放大器采用单端输入方式，这时要求运算放大器的另一个输入端与信号输入端阻抗平衡，否则在相位相同的电磁干扰情况下，将产生共模信号输出。
AD603输入阻抗为100Ω，低的输入阻抗将带来如功率、阻抗匹配等若干问题，因此我们在输入前级用三极管搭设了射极跟随器，用以提高输入阻抗。根据公式：Rin≈βRe,我们取β=150的高频三极管，取Re=1kΩ，使输入阻抗大于150kΩ。
有时由于接收环境的不同、外界干扰的影响，接收到信号的强弱可能变化很大。特别是传输图像信号时，由于频带宽、电磁干扰严重，不可能无畸变地远距离传输。当信号较弱时，图像的对比度变小，清晰度差且同步不稳定，无法成像；当信号较强时，会使后级接收端放大器进入饱和区和截止区，导致信号严重失真，而且还会将同步脉冲切割掉，得不到良好的图像。
为了较好地解决这个问题，可使用自动增益控制电路，即AGC电路。它取出放大器输出的峰值作为增益的控制电压，使最终输出的电压信号保持在某一峰峰值之间，输出较稳定的视频信号。
在图5中，两级AD603可构成具有自动增益控制的放大电路，图中由2N3904和R7组成一个检波器，用于检测输出信号幅度的变化。由C11形成自动增益控制电压Vagc，流进电容C11的电流为2N3906和2N3904两管的集电极电流之差，而且其大小随第二级AD603输出信号的幅度大小变化而变化，这使得加在两级放大器1脚的自动增益控制电压Vagc随输出信号幅度变化而变化，从而达到自动调整放大器增益的目的。
为了去除50Hz工频干扰和其它低频干扰，我们在两级AD603中作了巧妙的处理，级间加入的串联电容可以与AD603的输入阻抗形成一个高通滤波器，转折频率为1/2πRC,其中R为AD603的输入阻抗100Ω，C为典型的104磁片电容，得结果约15kHz，经测试正好满足衰减3dB起始点为10kHz，从20kHz开始幅频特性曲线平坦的要求。
（3）手动增益预置和控制的实现开环增益手动控制的基本思路是由单片机数字程控，经D/A转换产生控制输出电压，加到图5中两块AD603的1脚来控制。我们本想利用ADUC812单片机自带的D/A转换功能，但经实践发现其D/A输出很不稳定，难以滤除，而控制电压要求纹波非常小，否则就会给输出信号
带来很大噪声。故我们改变了设计，考虑使用电阻网络AD7520进行控制，其原理如图6所示。单片机通过74LS373给AD7520赋值，电阻R0用于调节AD7520的参考电压，从而由AMP1得到D/A结果，再由AMP2幅度搬移至前放所需的控制电压-0.5～+0.5V之间，提供给AD603。
（4）后级放大原理图7为后级放大电路图，它是PSPICE 电路仿真时候的电路图，可见本电路是一个典型的单电源供电的对称互补电路。三极管选用的是B649A和D669A高频孪生对管，T1、T2组成前置放大级，T3、T4组成对称输出级。在输入信号为0时，调整R1的阻值，可以供给三极管适当的偏置，从而使R9和R10间的电位为Vcc/2。
静态时，通常输出点电位为Vcc/2，为了保证电路工作点的稳定性，我们使用R9、R10和C5将输出端和T1、T2输入端相连，以引入负反馈。
晶体管的ft在很大程度上决定了放大器的带宽。因为有源负载的频率特性和噪声特性较差，因此我们在电路中采用电阻做负载。使用分立元件制作后级放大器时，在指标允许的情况下，我们尽量降低输入阻抗，以减少空间辐射带来的干扰。
（5）峰值检波电路图8为峰值检波电路。峰值检波有两种方案，第一种是使用AD637。
AD637真有效值检测器将输出的交流信号取样回来转换为直流，经过单片机的A/D转换后，显示在数码管上。输入电压不大的时候，AD637尚可正常工作；但是，当输出为最大到8V有效值的电压时，AD637工作将不正常，并且，随着频率的不同，AD637的工作状态会有所不同，所以不宜使用。另一种方案是，取样回来的输出电压经过二极管和电容进行峰值检波，并经过高精度运算放大器进行衰减和保持后输入A/D转换器转换为数字信号进行显示，这样精度可以得到保证，不过会有一定的管压降，使用检波用肖特基二极管大概会有0.2V压降，完全可以通过单片机进行显示上的补偿。
（6）单片机系统单片机是整个放大器控制的核心部分，它主要完成以下功能：接收用户按键信息以控制增益；接收峰值检波电路的反馈电压以计算有效值；对AD603的增益控制电压进行控制。程序流程图如图9所示。各个功能由不同的模块实现：
键盘检测模块记录用户对键盘的操作，将设定的增益数值记录下来。
控制电压模块根据用户对增益的设置，查表得到对D/A转换器的控制字串，输出给D/A转换器以产生精确的控制电压。
有效值模块由于输入输出是标准的正弦信号，峰值检波电压值根据经验公式Vmax=√2Vrms计算，并经过线性修正得到有效值，经测试显示误差不超过0.5%。
显示模块按用户需要将预置增益值或者有效值显现在数码管上。
总结
通过对输入输出、频带、增益、AGC等各方面的测试，我们得到了如附表所列的性能。
专家点评：作品包括模拟和数字两大部分，采用集成电路与分立元器件结合的方案，集中了各自优势，收到设计简单、性能优良、实现较容易等效果。其中模拟前端由两块高性能集成宽带、低噪声可变增益放大器AD603级联而成，负责信号放大并与单片机电路配合实现了增益控制；后级功率输出模块采用分立元器件构成，得到较高的输出电压范围；系统控制模块以ADUC812单片机为主，可完成增益设定、电压有效值计算和相关信息显示等功能。
系统采用电压反馈控制方式实现了自动增益控制，AGC范围较宽。设计与制作中利用数模隔离、电源隔离、滤波和去耦等技术，以及PCB板合理布线、级间阻抗匹配和软件算法误差补偿等措施，有效减少了噪声和干扰的影响，同时提高了系统的稳定性。
设计方案论证充分，各级电路参数确定、阻抗匹配设计合理；系统完成的功能完备，增益、带宽等主要指标均达到题目的要求。
设计中还应进一步注意高频放大器增益与带宽之间的关系，从题目要求出发，二者兼顾，以获取更好的带宽性能。
点评专家刘开华，天津大学电子信息工程学院教授，全国大学生电子设计竞赛专家组成员。
2003年全国大学生电子设计竞赛B题，即宽带放大器，湖北赛区参赛队只有13队应试，占本赛区参赛队总数的5.7%；但全国唯一的索尼杯奖却由该题参赛队获得。本文试图从对题意的领会、典型高速宽带运放AD603性能介绍及典型设计方案示例三个方面作粗浅释析，意在交流、切磋并望赐教。
对题意的领会
对于题目基本部分和发挥部分的要求，最好将其分类、归纳，与教学训练内容结合起来，以便把握操作。现将宽带放大器需要满足的技术指标整理如下：
1.带宽3dB通频带为10kHz～6MHz，可以扩展。
2.增益（1）最小值为10dB，基本指标为40dB，最大值≥60dB。（2）可步进调节，在10～58dB范围内，步进间隔为6dB；要求更高时，步进间隔为2dB。（3）可预置增益值，并显示。（4）预置增益值与实测增益值的误差要求：在步进间隔为6dB时，误差小于2dB；在步进间隔为2dB时误差小于1dB。（5）带内增益平坦度要求：在增益为40dB时，在20kHz～5MHz范围内，增益起伏小于1dB。（6）自动增益控制要求：在4.5V≤V0≤5.5V范围内，AGC范围≥20dB，即输入信号的ViH/ViL大于12.2倍。
3.最大输入电压幅度（有效值）（1）基本要求≥3V；（2）扩展要求≥6.5V；（3）数字显示正弦电压有
效值。
4.噪声性能在A V=58dB时，输出噪声峰－峰值不大于0.5V。
5.输入阻抗≥1kΩ；负载电阻为600Ω；单端输入、单端输出。
6.进一步提高各项技术指标，扩展功能。
对题意要求作了如上整理后，在作总体方案设计时，至少有三点思路易于明确：
（1）器件选择必须选择宽带、低噪、增益可程控放大的器件，且这类器件必须从新型的高速宽带运算放大器中去寻找；分立元件很难奏效。
（2）硬件系统；根据最大输出电压幅度和最大增益要求，系统可分为3级、2级或1级（满足基本要求）来实现，每级的增益分配都不会太大，易于实现。
（3）增益指标这一项，内容较复杂，但主要都是依靠编程技术来完成。对多数参赛学员来说，这个问题现在已不算太困难。因此，在完成本题任务时，对题意的分析、整理，显得非常重要。
AD603运放性能介绍
由上可见，完成本题的关键在于选择好宽带、低噪、增益可控制的放大器件。从本次竞赛作品的测评中看，有的作品正是这样做了，如选择AD603、UA733等，因而取得的成绩较好。这里侧重介绍一下高速宽带运放AD603的有关技术性能。
1.AD603的特性
图1为AD603的引脚图，表1为其引脚功能，图2为AD603原理框图，图3为其最大增益与Rx之间的关系。这些图表对了解AD603的电气性能非常有用。
2.电气性能
（1）增益特性
①固定增益上限Av(0) ：与5、7脚之间的外接电阻Rx有关，Rx=0（5、7脚短接），Av(0)max=30dB。Rx=6.44kΩ，Av(0)max=50dB。所以，固定增益的上限为（30～50）dB。
②增益衰减范围：由内部R-2R精密梯形网络实现，R=100Ω，每节衰减6dB，共有7节，总的衰减能力约40dB。可见运放的增益在其上限之下，有40dB的可调范围。
③增益控制调节方法：1、2脚都是其控制电压Vg的接入端，由Vg控制内部衰减网络的无级变化，从而实现40dB范围内任一步进间隔的增益调节；Vg是1、2脚之间的电位差，范围是[-0.5V,0.5V]，超出该范围时，Vg的作用与区间端电压相同；在Vg控制下，放大器的对数增益（以分贝表示）与Vg成线性关系（Vg的单位为V）：Av(Vg)=40Vg+(Gmax-20)(dB)。
例如：当Rx=0，Gmax=30dB,Vg∈[-0.5V，0.5V]时,A V(Vg)范围为:-10~30dB。当调节范围超过40dB时,需用级联方式解决。
另外，控制端1、2脚之间输入电阻达50MΩ，对Vg接入电路不会产生影响；在内部，1、2脚与信号输入端3、4脚之间无电的联系。因此，Vg调节增益是独立进行的。
（2）带宽当Gmax=30dB时，BW0.7=90MHz；当Gmax=50dB时，BW0.7=9MHz，即单位增益带宽接近3GHz；带内增益起伏小于0.5dB；大信号电压转换速率：275V/μs。
（3）低噪声性能 1.3nV/Hz。故即使在100MHz频带里，噪声峰-峰值也仅0.13V左右。
（4）输入电阻100Ω。这是由其R-2R网络决定的。因此为提高输入阻抗，可采用宽带运放跟随器作输入级。
（5）极限参数及应用范围表2为AD603极限参数及应用范围。
3. 使用注意事项
（1）输入信号必须直接接在3、4脚上，否则影响精度。（2）参考电压必须非常稳定。（3）信号输入端宜加保护电路，以防过压输入。（4）容易自激。电源和地之间加去耦电容，各级电源之间加电感线圈隔离。（5）对容性负载敏感，易造成自激，当用同轴电缆连接输出时，宜加缓冲器隔离。（6）前后级易产生电磁耦合，必要时需用铜屏蔽盒隔离。（7）级联运用时，因为Ri2=100Ω，为防止后级输入过流，应采取保护措施。（8）在5脚上加接4.7μF电容接地，可适当提升高频分量，改善幅频特性。
由上可见，如果了解了AD603的有关性能，对完成本题任务中硬件系统的设计与制作，心中就大抵有了底。
典型设计方案示例
1.总体设计方案
根据带宽、增益调节范围(≥48dB)、输入阻抗、噪声等项要求，系统前端电压放大部分需设一级宽带跟随器和两级AD603程控增益放大器；根据输出电压幅度的要求，需再加一级大信号宽带电压放大器；根据增益控制调节、自动增益控制范围、测量并显示输出电压有效值等要求，需要设置单片机小系统和有关检测电路。于是系统总体设计方案可如图4所示。
各级增益的分配可由实验确定，末级增益在6~20dB之间（即2~10倍）即可满足题意要求。
有效值测量可有多种实现方案，但选用测量有效值的专用芯片AD637，则简洁方便，可满足本题要求（有关资料可自查）。
A/D与D/A的工作频率均不高，题目对测量精度的要求也不算高，因此，可选择8位的ADC0809和DAC0832。同时，单片机的任务并不算太多，亦可采用89C51类的普通芯片即可。
2.前端放大电路
根据上述AD603芯片的特点，可将前端放大器简要设计如图5所示。
前端跟随器选用OPA642，其截止频率达400MHz，跟随线性度好；输入电压允许值与AD603相同。这样，使系统输入阻抗远大于1kΩ的要求。
3.末级大信号放大电路
为保证高频端放大器的稳定性和带内幅度的平坦度，宜采用互补推挽和深度电压串联负反馈电路形式。典型电路如图6所示。
高频晶体管2N3904为NPN型，2N3906为PNP型，是配对的互补管，特征频率fT达200MHz，能保证系统性能要求。由于是深度电压串联负反馈，故输入阻抗较高，输出阻抗低，适合与前端放大器和负载连接。
由图可见，本级A Vf≈1/kfV=1+(R10/R9)，如R9、R10为图中标注值，则A Vf=11，约合20dB。
所有电容，均是为了电源去耦或改善频率特性的。
4.一组典型测试数据
表3为频率特性测试数据，表4为步进增益误差测试数据，表5为AGC控制测试数据。
5.安装调试注意事项
（1）设计的电路宜先作仿真，特别是频率特性与波形失真，要不出现明显误差；（2）电路板安装应尽量紧凑；（3）数字地与模拟地之间加接电感线圈，防止自激与干扰；（4）前端与末级放大器电路要分别加屏蔽盒，各接口以同轴电缆连接，同轴线外层和盒体应接地。
结束语
模拟电子线路的主要知识点有三点，即放大器、振荡器和调制/解调器，而后二者也多是以放大器为基础的，所以放大器实际上是模拟电子线路最重要最基本的知识点。而对放大器而言，最主要的反映当前新技术、新器件应用的就是运算放大器：高速宽带、增益可程控、低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比。本次竞赛题“宽带放大器”，可以说正是切中了这一主要知识点的诸多主要方面；同时该题还需应用A/D、D/A、单片机等数字化技术与微机技术，较好地体现了当前“模拟的系统概念加数字化的处理技术”这一个电子技术发展的总趋势；另一方面，据统计，这次竞赛题中模拟分量占较大比重的A、B两题，在全国2980个参赛队中亦仅占6%，不到180个队，可见模拟电子技术的教和学（包括实践训练），都不同程度地存在偏离上述电子技术发展总趋势的现象，值得引起各方面注意。综上所述，“宽带放大器”题目反映了出题专家组的独具匠心；全国大学生电子设计竞赛在引导和促进电子信息类专业的深化教学改革上，确实已经发挥和必将继续发挥重要的作用。
本科毕业设计 学院 专业 年级 姓名 设计题目宽带低噪声放大器设计 指导教师职称 ****年* 月* 日
目录 摘要 (1) Abstract. (1) 1概述 (1) 2低噪声放大器设计的原理 (2) 2.1噪声系数 (2) 2.2低噪声放大器的功率增益以及分配电压增益 (2) 2.3端口驻波比 (3) 2.4工作带宽与增益平坦度 (3) 2.5动态范围以及压缩点 (3) 2.6三阶截断点 (4) 2.7低噪声放大器的稳定性 (4) 3器件的选择 (4) 3.1放大器的选择 (5) 3.2放大器的介绍 (5) 3.3电源的供电 (5) 3.4选用器件的介绍 (5) 4模拟电路设计 (5) 4.1方案选择 (6) 4.2模拟电路设计 (6) 4.3电源电路 (6) 5电路的调试 (8) 5.1调试过程 (8) 5.2测试结果 (8) 5.3系统的改进措施 (10) 6总结 (11) 参考文献 (11)
宽带低噪声放大器设计 学生姓名：*** 学号：*********** 学院：专业： 指导老师：职称： 摘要：本文介绍了一个15V单电源供电的低噪声放大器设计，设计采用三级级联的方式。该系统主要是宽带低噪声放大器，为了满足要求，采用了高速运算放大器μa741作为前两级放大，末级用CA3140作为功率放大电路。测试结果表明，放大倍数为100倍，带宽有1MHz。 关键词：μa741；放大器；带宽；噪声系数 The design of the low noise amplifier with broadband Abstract: This article describes the design of a single 15V power supply and low noise amplifier. The system has three amplifier consisted ofμa741 and CA3140, which meet the requirements of broadband and low noise. Test results show that a amplifier with bandwidth 1MHz is 100 times. Keywords: μa741；amplifier；Bandwidth；noise figure 1概述 我们知道低噪声放大器是射频电路的重要组成部分，并且在有源滤波器等电子电路当中宽带低噪声放大器起着重要作用。而且在射频微波电路当中，放大器也起着重要作用，它的好坏直接决定了射频微波电路的功能的实现，具有很重要的现实意义，所以在制做低噪声放大器的时候我们要注意它的各项指标是否能够达标。 除此之外，我们知道随着社会的发展，以及各项科学技术的发展，对通信带宽的要求也越来越宽因此各种通信设备在宽频带上的工作要求不再是以前的一个或者几个频点。由于我国对放大器设计的技术相对来说还不算很先进，所以更需要后起之秀对放大器设计进行进一步的探索和研究。 随着时代的发展，人们对通信质量的要求也更高，其中包括要使工作频率更高、工作频率更宽以及噪声系数更小，这已经成为各项科学技术设备发展的趋势。本文介绍了一种比较简单易行的宽带低噪声放大器设计方法。本设计利用具有低噪声，高速运算的放大器μa741，以及DC-DC交换器TPS61087DCR作为此宽带的噪声放大器
射频宽带放大器（D题） 摘要：本系统以可控增益放大器LMH6502为核心，外加宽带放大器OPA695的配合，实现了增益可调的射频宽带放大功能。系统主要由四个模块构成：前置固定放大电路模块、可控增益电路模块、后级固定放大电路模块和单片机控制显示模块。前置放大电路和后级放大电路以OPA695为核心器件，分别可提供约25.3dB 和23.5dB的固定增益；可控增益模块主要由LMH6502构成，可实现-50dB~20dB 的动态增益变化；单片机显示模块用于控制并显示可控增益电路模块的控制电压，使整个网络能够完成0~60dB的增益可调。本系统具有增益可调，频带宽，电路形式简单且调试方便的特点。经测试，系统完成了全部基本功能和部分发挥功能。 关键词：宽带放大器；可控增益；单片机控制；
一、系统方案： 1.1方案比较与选择： 方案一采用分立三极管或双栅场效应管，将每一级构成的可控放大器级联，分别对每一级增益进行控制。该方案灵活度相对较高，但电路稳定度低，不利于调节和控制。 图一方案一总体框图 方案二：用模拟开关构成电阻网络，由单片机控制以改变信号增益。这种方案存在的不足是模拟开关会导致导通电阻较大，信号会互相干扰，容易影响系统性能。而且电阻网络级数多，造成硬件电路复杂，且电阻网络的电阻选择也较为困难，很难做到高精度控制。 方案三：用多级固定增益的运算放大电路和电压增益控制运算放大器构成。集成可控增益放大器的增益与控制电压成严格线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生，精度高,可以满足题目指标要求，而且外围电路简单，便于调试，故采用此方案。 图二电路总体框图 1.2方案描述： 1.2.1总体框图：
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
5.4 宽带高频功率放大器 以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。 以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。 5.4.1 传输线变压器 1. 传输线变压器的结构及工作原理 传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。如图5-24（a）所示为1:1传输线变压器的结构示意图。 传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。 如图5-24(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线 R上。如果信号的波长与传输线的长度相比拟，变压器的传输，在2、4端将能量传到负载 L 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图 5-24(d)所示。若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。 图5-24 1:1传输线变压器的结构示意图及等效电路
宽带放大器设计报告 ―－武汉大学电子设计基地设计组第1组：许可崔振威谢超 摘要：本系统利用可变增益放大器AD600作为核心,通过模拟开关选通不同的控制电压的方式来达到增益步进6dB,总增益从0dB到30dB的目的，其控制电压均由2.5v电压基准MAX873经过精密电阻分压得到,有效的保证了控制电压的稳定度,获得良好的波形。前置放大采用由AD844构成的正向放大器，可以有效的提高输入电阻,使输入电阻达到兆欧级别。后级放大采用增益固定为10dB的同向放大器,从而使整个电路的增益能从10dB变化到40dB，该放大器由高精度宽带运放MAX477构成，在保证良好输出波形的同时,可以使输出电压有效值大于3V。前置放大和后级放大的输出均采用峰值检测电路检测出正半周最大电压值，用于有效值的计算，采用AD603构成的AGC电路，在输入信号在0.05V～1.00V内变化时，能将输出有效值稳定在2.05～2.6 V。整个系统的通频带为1K～14.6MHz。由12位A/D 转换器MAX197对输出信号的峰值进行测量，分辨率达到1mV 。AT89S52和CycloneFPGA构成的单片机小系统板可以通过键盘，人为预置增益值来获取相应的放大倍数，同时实时显示实际增益值、输出有效值和当前增益误差。整个系统采用中文显示，界面友好美观，控制方便。
一、方案论证与选择 1．增益控制部分： 方案一 采用普通宽带运算放大器组成的放大电路,同时由分立元件构成的AGC控制电路,通过包络检波再反馈回放大器的方法来控制放大倍数,这种方法构成电路简单,但是反馈控制比较困难，难以实现步进，精度也很低。 方案二 采用集成可变增益放大器AD600作为增益控制。AD600是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压成线性关系,因此可以方便的采用控制电压的方式来控制放大器的增益.采用D/A变换装置输出电压控制高速压控放大器AD600来实现增益的步进，采用此种方法可以获得很小的步进。但是由这种方法得到的控制电压有一定的纹波，而芯片AD600对控制电压非常敏感，微小的电压波动就能造成输出波形上下起伏，波形不佳。 方案三 主控芯片采用AD600，利用电压基准源通过精密电阻分压得到各个增益值对应得控制电压，在用模拟开关CD4051来选则不同的控制电压来达到控制增益的目的。电压基准源采用MAXIM公司2.5 V基准MAX873。 经过比较，选用方案三。 2．有效值测量部分 方案一 采用检波二极管构成的峰值检测电路，然后用A/D转换器对其检测结果进行读数。峰值检测的原理是当输入电压正半周通过时，检波管导通，对电容C充电，适当选择电容值，使得电容放电速度大于充电速度，这样，电容两端的电压可以保持在最大电压处，该电压通过一个用运算放大器构成的射极跟随器输出电压峰值。采用这种电路优点是频带响应宽，频率越高检测反而越准确，且电路简单。但是由于检波二极管存在一定的导通压降，且为非线性，测量精度低，小信号时尤其明显。同时电容值的选取也使得电路有一定的局限性，如选取太大，放电时间过长，会改善输出电压发纹波，但是会导致该电路响应速度慢；如果电容选的太小，放电时间过短，能改善电路的响应时间，但也会导致低频时输出电压纹波较大。 方案二 采用集成电路AD637作为有效值运算，它测量有效值的范围为0-7V，精度优于0.5%，且外围元件少，频带宽，对于一个有效值为1V的信号，它的3dB带宽为8MHz，并且可对输入信号的电平以dB形式表示。该方案精度高，直接输出有效值，但电路稍复杂，且不适合高频信号。 经过比较，方案二中AD637对小信号测量具有很大优势，而方案一中在频带方面满足要求，考虑到题目的频带范围和制作成本的因素，采用方案一。 3．自动增益控制部分（AGC） 方案一 AGC电路实际上是一个根据输出电压的动态的调整放大倍数，从而使输出稳定在预定范围的反馈型电路。根据该特点可以引入CPU、A/D和D/A转换器通过程序对放大倍数进行控制，即数字式AGC，此种AGC电路的输出范围完全由人为设定，可以很容易满足题目要求，
射频宽带放大器设计报告 摘要：本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分，能实现放大倍数0～50dB 增益可调。前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大，固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。 关键词：宽带放大器高速运放 OPA847 AD8330
一、方案论证与选择 1、方案选择与比较 1.1 固定增益放大器比较 方案一：采用OPA820运放芯片作为固定增益放大，该芯片是一种高速运算放大器，在6 Hz~ 20 MHz 的通频带中可实现放大增益为43 dB, 具有带内波动小, 输出噪声低的特点。但是缺点是通频带不够宽。 方案二：采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大，符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。 方案三：采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器，最大频带宽度达 3.9GHz，完全满足本题频带要求，输入电压噪声低，带内波动小，自激现象 少。 综上所述，本设计采用方案三。 1.1.2 可变增益放大器比较 方案一：采用可编程程控放大器AD603。该运放增益在-11～+30dB范围内可调，通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益范围，易于控制。但该运放增益可调带宽为90MHz，不满足题目要求。 方案二：采用高增益精度的压控VGA芯片AD8330。该芯片可控增益带宽可达150MHz，增益可调范围0~70dB,符合本题指标要求. 因此，该电路采用方案二。 1.1.3 电压增益可调方案比较 方案一：基于单片机做步进微调。由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控，实现增益在可取范围内可调。但是，此设计只能步进调节，不能连续可调，此方案不可取。 方案二：基于精密电位器做连续可调。用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。电路简单，节省成本。 经比较，本设计选择方案二。 2、方案描述 总体框图如图1所示。
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。
一种增益可控的射频宽带放大器设计 射频宽带放大器是各类电子仪器与仪表里很常用、很重要的一个單元电路。为此，论述了一款增益可控的射频宽带放大器的设计选型的过程，给出了参数的计算过程和选型是要考虑的技术指标和功能。因此结论对模拟放大电路的设计具有一定的参考价值。 标签：射频；宽带放大器；参数计算；选型要求 doi：10.19311/https://www.doczj.com/doc/c11166992.html,ki.16723198.2017.09.088 1理论计算 1.1设计要求 根据用户对高频、大信号的放大要求，课题研究小组进过分析和研究，得出下列的具体设计参数： （1）被设计的放大器的电压增益A V≥52dB，增益可控52dB，输入信号电压的有效值Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为50欧姆，负载电阻50欧姆，且输出电压有效值V o≥2V，波形无明显失真； （2）在50MHz～160MHz频率范围内增益波动不大于2dB； （3）-3dB的通频带不窄于40MHz～200MHz，即fL≤40MHz和fH≥200MHz； （4）电压增益A V≥52dB，当输入信号频率f≤20MHz或输入信号频率f≥270MHz时，实测电压增益A V均不大于20dB； （5）放大器采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换。 通过对上述设计要求的分析可知，此课题对宽带放大器的参数选型提出了很高的要求，诸如：压摆率、增益带宽积、最大输出功率、高频高输出摆幅等都要进行严格的计算。只有做到科学计算，才能为正确的集成放大器选型打下坚实的基础，为后续设计提供科学保障。 1.2放大器的参数计算 （1）最小增益需要达到52dB（400倍），带宽200MHz，系统增益带宽积高达8*109MHz（*此处应注意多级放大和增益分配*）； （2）输入电压有效值最大5mv，需要做小信号低噪声放大；
电子系统设计 方案设计：增益可调的宽带放大器 团队成员： 指导教师： 提交时间：2015年12月11日
增益可调的宽带放大器 摘要：本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大 器，要求具有0.3~100MHz 通频带，增益0~60dB 范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。经测试，系统对mV 1≤的输入信号实现了增益0~60dB 范围内可调，带宽0.3~100MHz ，并在1~80MHz 频带内增益起伏dB 1≤，且全程波形无明显失真。完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
1.系统方案设计与论证 1.1总体方案设计与论证 分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图 1.2前置缓冲级的方案论证与选择 前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为Rj趋于无穷大，所以图2电 路的输入阻抗为 k k k k R R R R R R R R≈ + * = = j j j n i // 。则可令实际电路取Rk=50Ω以达到输入阻抗要求。 除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz。 图2 前置缓冲级
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。
?阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。 1 同轴变换器模型 同轴变换器有三个重要参数：阻抗变换比、特征阻抗和电长度。这里用电长度是为了分析方便。当同轴线的介质和长度一定时，电长度就是频率的函数，可以不必考虑频率。 1.1理想模型 理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0，其等效模型如图2所示。
其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为： 图2和公式（1）表明：变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。 同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联，输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。 1.2通用模型 由于特征阻抗是实数，而源阻抗与负载阻抗一般都是复数，所以，就不能简单的用变换比来计算。阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭，实现功率的最大传输。特征阻抗为Z0，电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。 由于源阻抗与同轴线特征不匹配，电路的反射系数就不是负载反射系数。 由于同轴线是无耗的，进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。那就可以把电路简化只有一个负载Zin，又因为Zg与Zin都是复数且串联，就可以把Zg中的虚部等效到Zin中，最后得到反射系数为： 其中：
本科生毕业论文(设计) 题目（中文）：宽带放大器 （英文）： Wide-band Amplifier 学生姓名： 学号： 系别：物理与电子信息工程 专业：电子信息科学与技术 指导教师： 起止日期： 2010年 5月 23日
怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 年月日
目录 摘要.............................................................................................. I 关键字.............................................................................................. I Abstract ............................................................................................. I Key words ......................................................................................... II 1 前言 .. (1) 1.1运算放大器的发展及应用概况 (1) 1.2宽带放大器简介 (2) 1.3课题研究的意义 (3) 2 设计任务与要求 (3) 2.1设计任务 (3) 2.2设计要求 (3) 2.2.1 基本要求 (3) 2.2.2 发挥部分 (4) 3 设计方案的选择与论证 (4) 3.1宽带放大器的总体设计方案 (4) 3.1.1 增益控制电路设计方案 (6) 3.1.2 功率输出部分设计方案 (7) 3.1.3 有效值测量电路设计方案 (7) 3.1.4 自动增益控制（AGC）设计方案 (7) 4 理论分析与参数计算 (8) 4.1带宽增益积 (8) 4.2电压控制增益的原理 (8) 4.3自动增益控制介绍 (11) 4.4正弦电压有效值的计算 (12) 5 系统各模块的电路设计 (12) 5.1直流稳压电源部分 (12) 5.2输入缓冲和增益控制部分 (12) 5.3增益控制部分 (13)
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.
47 实验四 线性宽带功率放大器 一、实验目的 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 二、实验内容 1. 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 2. 掌握线性功率放大器的幅频特性 三、实验原理及实验电路说明 1. 传输线变压器工作原理 现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采用自动调谐技术，以便于迅速转换工作频率。为了满足上述要求，可以在发射机的中间各级采用宽带高频功率放大器，它不需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得线性放大。但为了只输出所需的工作频率，发射机末级（有时还包括末前级）还要采用调谐放大器。当然，所付出的代价是输出功率和功率增益都降低了。因此，一般来说，宽带功率放大器适用于中、小功率级。对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级同样也能节约调谐时间。 最常见的宽带高频功率放大器是利用宽带变压器做耦合电路的放大器。宽带变压器有两种形式：一种是利用普通变压器的原理，只是采用高频磁芯，可工作到短波波段；另一种是利用传输线原理和变压器原理二者结合的所谓传输线变压器，这是最常用的一种宽带变压器。 传输线变压器它是将传输线(双绞线、带状线或同轴电缆等)绕在高导磁芯上构成的，以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。图9-1为4：1传输线变压器。图9-2 为传输线变压器的等效电路图。
的扩展方法是相互制约的。为 了扩展下限频率，就需要增大 初级线圈电感量，使其在低频 段也能取得较大的输入阻抗， 如采用高磁导率的高频磁芯和 增加初级线圈的匝数，但这样 做将使变压器的漏感和分布电容增大，降低了上限频率；为了扩展上限频 率，就需要减小漏感和分布电容，如采用低磁导率的高频磁芯和减少线圈 的匝数，但这样做又会使下限频率提高。 把传输线的原理应用于变压器，就可以提高工作频率的上限，并解决 带宽问题。传输线变压器有两种工作方式：一种是按照传输线方式来工作， 即在它的两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，磁芯中的磁场正好 相互抵消。因此，磁芯没有功率损耗，磁芯对传输线的工作没有什么影响。 这种工作方式称为传输线模式。另一种是按照变压器方式工作，此时线圈 中有激磁电流，并在磁芯中产生公共磁场，有铁芯功率损耗。这种方式称 为变压器模式。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，或者说，传输 变压器正是利用这两种模式来适应不同的功用的。 当工作在低频段时，由于信号波长远大于传输线长度，分布参数很小， 可以忽略，故变压器方式起主要作用。由于磁芯的磁导率很高，所以虽然 传输线段短也能获得足够大 的初级电感量，保证了传输 线变压器的低频特性较好。 图9-3传输线变压器高频段等效电路图 48
宽带放大器 作者：王正齐陈华奇邓如岑（华中科技大学）编号：1-16 赛前辅导老师：尹仕文稿整理辅导老师：肖看 本设计利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。功率输出部分采用分立元件制作。整个系统通频带为1kHz～20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5V-5.5V时AGC控制范围为66dB。 方案论证与比较 1 增益控制部分 方案一：原理框图如图1所示，场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对'V的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化,用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。 方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。 2所示，使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器 图1 方案一示意图
PGA ，用控制电压和增益（dB ）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。用电压控制增益，便于单片机控制，同时可以减少噪声和干扰。 综上所述，选用方案三，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB ，满足题目要求的精度，其增益（dB ）与控制电压（V ）成线性关系，因此可以很方便地使用D/A 输出电压控制放大器的增益。 2 功率输出部分 根据赛题要求，放大器通频带从10kHz 到6MHz ，单纯的用音频或射频放大的方法来完成功率输出，要做到6V 有效值输出难度较大，而用高电压输出的运放来做又很不现实，因为市面上很难买到宽带功率运放。这时候采用分立元件就能显示出优势来了。 3 测量有效值部分 方案一：利用高速ADC 对电压进行采样，将一周期内的数据输入单片机并计算其均方根值，即可得出电压有效值： ∑== n i i U N U 1 21 此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点，但调试困难，高频时采样困难而且计算量大，增加了软件难度。 方案二：对信号进行精密整流并积分，得到正弦电压的平均值，再进行ADC 采样，利用平均值和有效值之间的简单换算关系，计算出有效值显示。只用了简单的整流滤波电路和单片机就可以完成交流信号有效值的测量。但此方法对非正弦波的测量会引起较大的误差。 方案三：采用集成真有效值变换芯片，直接输出被测信号的真有效值。这 图2 方案三示意图 输入缓冲
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。