宽带直流放大器

宽带直流放大器

摘要：本系统主要由五个模块电路构成：前级放大、中级程

控放大、宽带预制、单片机显示与程控模块。前级放大由电

压反馈型放大器OPA820进行小信号放大，中间级由可程控

放大芯片VAC810对前级信号进行放大，最后通过低噪声电

流反馈型运放THS3091进行功率放炭灰色 大以达到有效值10V的输

出。宽带预置部分由继电器控制滤波部分来达到放大器宽带

0~5M，0~10M的预制。程控模块对放大的0~60dB的程控，

宽带的预置与液晶的显示。

关键词：MSP430f449 OPA820 VAC810 THS3091

目录

一、方案设计与论证 ............................................................................................................... 3

1、增益控制部分 ................................................................................................................. 3

2、低通滤波器部分 ............................................................................................................. 3

3、功率放大部分 ................................................................................................................. 4

二、方案总体描述 ................................................................................................................... 4

三、理论分析与计算 ............................................................................................................... 5

1、增益分配 ......................................................................................................................... 5

2、通频带内增益起伏的控制 ............................................................................................. 6

四、模块电路设计 ................................................................................................................... 6

1、前级放大电路 ................................................................................................................. 6

2、程控放大电路 ................................................................................................................. 7

3、低通滤波电路 ................................................................................................................. 8

4、后级放大电路 诚信作文400字 ................................................................................................................. 9

5、功率放大电路 ............................................................................................................... 10

6、直流稳压源的设计 ....................................................................................................... 11

五、程序设计 ..........................................................................佛手瓜怎么炒好吃 ............................................... 13

六、测试数据与结果分析 ..................................................................................................... 13

1、通频带测试 ................................................................................................................... 13

2、预制电压增益测试 ....................................................................................................... 14

3、噪声电压测试 ............................................................................................................... 15

七、参考文献 ......................................................................................................................... 16

一、方案设计与论证

1、增益控制部分

方案一：AD603是一款低噪声高增益的压控芯片，AD603增益与控制

电压的关系为AG（dB）=40Ug+10，输入控制电压Ug由AD603的1

脚输入，控制电压范围为-0.5~+0.5，增益范围为-10dB~30dB。单片机

可以通过D/A（将数字量转换为对应的模拟电压量Ug）来控制AD603

的放大倍数。但是AD603的零漂比较大，顾方案待定。

方案二：VAC810具有宽带低噪声，宽带25MHZ，并且以dB为单位

的线性增益的特点，增益控制范围为-40dB~40dB，增益与电平关系为：

G（dB）=-40（Vc+1），Vc为VAC810的增益控制电压，范围为-2V~0V。

由于考虑零漂还有增益范围，选择了方案二。

2、低通滤波器部分

方案一：采用有源滤波器，它利用有源元件与RC元件构成低通滤

波，该方案做的滤波器效果较好，但由于在高频电路中使用有源滤波

器对后级护肤的正确步骤 影响较大，如果处理不好容易产生自激，会对后级的芯片产

生较大的影响。

方案二：采用无源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；缺点是：通带内的信号有

能量损耗。为了是通带尽量GTD时间管理 平坦，选用了通带比较平坦的巴特沃斯滤

波器。

在高频电路中使用有源滤波器会对后级的通频带有影响，而无

源滤波器的电压减半可以再滤波器的后级接一个放大器来解决。故选

择方案二。

3、功率放大部分

方案一：采用分立元件实现宽带功率放大器可以经过计算得到合适的

输入输出阻抗、放大倍数和交大的输出功率。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、繁琐，且各级影响很大，

不选用此方案。

方案二：集成运算放大器。使用集成芯片电路简单，使用方便，性能

稳定，我们使用THS3091芯片做功率放大部分，这款芯片可以提供较

高的输出电压，但是由于输出电流最大为250mv没办法满足输出功

率，因此为了能保证输出功率，我们采用两片THS3091来作为输出来

放大电流以满足负载要求。该方案电路简单，稳定。故采用本方案。

二、方案总体描述

总体框图如图一所示，输入信号由前级放大20dB，再由程控放大

-40dB~40dB，程控滤波，最后末级功率放大。单片机通过D/A调整

VAC810的控制电压，通过继电器切换滤波器实现通频带的选择。

图一

三、理论分析与计算

1、增益分配

以程控增益放大器VAC810为核心，增益调节范围为-40dB~40dB。

VAC810的输入输出有限制，由于输入电压有效值小于等于10mv，所

以前级放大设定20d。 VAC810的最大输出电压峰峰值为3.6V，假如

要实现发挥部分的输出电压有效值大于等于10V的要求，即输出电压

的峰峰值Vmin=1022 =28.28V，为得到最大的输出电压，则后级

放大至少要有花脸 7.86倍。后级功率放大电路增益设置为20dB，则总体

来说应该可以实现0~60dB的增益调节范围。

2、通频带内增益起伏的控制

由于在0~9MHZ通频带内增益起伏,所以做好滤波是关键，我

1dB

们采用的是巴特沃斯无源滤波，因为巴特沃斯滤波在通频带内幅度变

化较平坦，在截止频率衰减快，而集成运放的带宽有限，我们采用无

源的滤波，可以避免影响前后级，综合起来我们最后用的是巴特沃斯

无源滤波。

四、模块电路设计

1、前级放大电路

用高速运放opa820调节宽带直流放大器的前级信号放大 将

28mvpp信号试图放大到200mvpp 发现到10MHZ频率信号时opa820

的通频带衰减了，不能满足要求。经opa820的PDF文档中频率响应

波特图得知。opa820在放大5倍信号时通频带于10MHZ频率附近开

始衰减。所以前级放大电路改用了2级放大串联的方式放太平洋巨型章鱼 大。如图所

示：

图二

2、程控放大电路

我们选用的VAC810，根据VCA810宽频带工作模式下，增益控制

范围为-40～40dB，且控制电压与增益成线性关系，所以满足题目程

控要求。但实际在使用VCA810是发现810的放大倍数达不到芯片手

册上的40dB,在信号放大20dB时就出现了失真。因此我们不能仅靠

前级放大和程控放大来达到60dB,在后级的功放电路我们也需要放大。

如图所示：

图三

3、低通滤波电路

我们根据需要直接用Filter软件进行设置就可以设计出我们需要的

巴特沃斯无源滤波电路。然后通过两个继电器来控制宽带的预制。如

图所示：

0~5MHz低通无源滤波

图四

0~10MHz低通无源滤波

图五

4、后级放大电路

由于无源滤波会有一半的衰减，同时如果在最后一级的功放放大倍

数太高容易会使系统不稳，容易导致电路自激，因此在滤波器输出端

接一级放大，这样可以在保证功率的情况下减小功放这一级的放大倍

数，使系统更稳定。如图所示：

图六

5、功率放大电路

采用了电流反馈型运放THS3091做10倍的功率放大，如图所示。

THS3091具有高达7300V/us的摆率，宽带210MHZ，采用了18V供

电。其最大输出电流为250mA，若采用一片THS3091，驱动不了题目

要求的最大电压有效值不小于10V的输出，故采用了两片THS3091

并联，每片为50负载提供一半的电流，而且如果放大倍数太高，

在调节频率是很容易

图七

6、直流稳压源的设计

采用三段可调式集成稳压器LM317和LM337，构成正负输出可调

的稳压电源电路。前面采用了四个二极管，接成电桥，为桥式整流电

路，于是得到一个上负下正的脉动电压。再经过稳压芯片LM317和

LM337得到直流电压。在芯片前C1，C2为大电容，大电容充放电慢，

将电压中的脉动成分滤掉。芯片两端的电容是用于频率补偿，防止产

生自激。尾端加上了10F的小电容滤掉可能存在高频的影响。在输

出短路时电容放电会损坏稳压器，加的二极管会保护稳压管。

如图所示：

图八

五、程序设计

图九

六、测试数据与结果分析

1、通频带测试

测试条件：放大器宽带分别设置在5MHZ和10MHZ通频带工作模

式下，输入信号有效值Vi=10mv，相应峰峰值为Vipp=28.3mv，增益

设为40dB。测试数据如图：

0~10MHz通频带测试

频率/MHz

Vopp/V

增益/dB

测试结果

0~5MHz通频带测试

频率/MHz

Vopp/V

增益/dB

测试结果

1M 2M 3M 4M 5M

1M 3M 5M 7M 9M 10M

2、预制电压增益测试

测试条件：输入信号频率设为1MHz，有效值Vi=10mv，相应峰峰

值为Vipp=28.3mv。以5dB步进预制放大器增益，用示波器检测输出

信号幅值，与理论值比较。测试结果见下表：

测

试

条

件

实

测

Vop

p

实

际

增

益

增

益

误

差

Av=0dAv=5dAv=10dAv=20dAv=40dAv=55dAv=60d

B B B B B B B

3、噪声电压测试

增益设为60dB，输入接地，用示波器检测输出端噪声电压峰峰值

七、参考文献

1．《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》 高

吉祥主编 电子工业出版社

2．《模拟电子技术》（第四版） 华成英 童诗白主编 高等教育出版

社

3．《MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践》沈建华 杨艳琴

编著 北京航空航天大学出版社

4．《电子线路设计．实验．测试》谢自美 罗杰主编 电子工业出版

社