2015年全国电子设计大赛放大器报告

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1、摘要：该设计通过前置放大，程控放大和后级放大三级放大能将130M的高频小信号放大52dB以上。信号先通过LMH5401进行前级差动放大，再利用单片机MSP430f5529与数模转换器DAC7571控制VCA821实现程控增益放大，末级通过高速宽带运放THS4303输出以驱动50Ω的负载，实现输出电压有效值大于2V。关键词：射频放大器程控放大MSP430F5529VCA82112一、系统方案论证1、前置放大器模块的论证与选择方案一用TI芯片OPA847搭建同相放大电路。OPA847有很宽的带宽，可以满足本题目所要求的宽带增益放大。但是OPA847的

2、圧摆率不够高，可能会导致输出信号的失真。方案二用THS4303做前级放大，THS4303的圧摆率能达到5500V/μ且它的带宽高，能较好的对高频小信号进行放大。但THS4303是增益固定为10V/V的放大器，增益固定不可调。考虑到整体电路的增益分配10V/V的增益不符合我们所需的前级放大倍数。方案三用差分放大器LMH5401做前置放大模块，LMH5401的圧摆和带宽均能达到要求，有低噪声低功耗的特点，同时它在SE-DE或差分到差分(DE-DE)模式下工作时产生的二次谐波和三次谐波失真非常低。所以用它来做前置放大效果很好。综上选择方案三。2、电源模

3、块的论证与选择方案一用稳压芯片TPS7350，TPS7325及TPS72325结合，将12V的直流电源转换得到所需电压。TPS7350，TPS7325，TP72325均是低压稳压芯片，它们分别可提供+5V，2.5V和-2.5V的固定电压输出，但这种方案不能得到-5V的电压输出，不能对放大器进行+5V供电。方案二用放大器芯片OPA847与稳压芯片TPS7350，TPS7325相结合,得到多种输出电压，这种方法芯片较多，电路较复杂，但可得到所需的电压，且提高了电源效率。所以选择方案二。3、程控模块的论证与选择12方案一用可变增益放大器LMH6401与

4、单片机相结合来控制增益变化。LMH6401是一款步长为1dB的差分数字可变增益放大器，可用SPI通信接口控制其增益变化。但LMH6401的增益范围为-6dB至24dB，单片LMH6401不能满足本题中增益范围为12~40dB的要求，需要两片串联使用，但LMH6401的价格较为昂贵所以此方案成本较高。方案二用压控增益芯片VCA821与单片机结合控制增益变化。VCA821是一款有较高的圧摆率和带宽的dB线性可变增益放大器。用单片机的DAC控制VCA821的引脚电压改变来控制整体增益，且其最大增益可通过设置电阻值来设定，所以可满足本题中40dB线性增益

5、的变化。综上选择方案二。4、后级放大此处我们用THS4303搭建固定增益放大电路做后级放大。THS4303是固定增益为10的放大器，它还具有圧摆率高，频带宽的特点。尤其是10V/V的固定增益使得整体电路较为稳定，适合作为后级放大。5滤波模块方案一用电容器和电感搭建无源的高通滤波器。此种方法元器件较少成本低，电路结构简单，且对谐波的抑制效果较好。但是此种方法电能损耗大而且在射频情况下滤波器受系统参数影响较大，可能会造成系统工作不稳定。方案二用OPA847放大器搭建有源高通滤波器。用OPA847与电容和电阻一起构成二阶有源高通滤波器，与无源滤波相比它

6、有更好的可控性和快速响应的特点，且它的滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除在射频情况下与系统阻抗发生谐振的危险。综上选择方案二。二、理论分析与计算121、射频放大器的设计放大器的增益分析：VCA821是一款压控dB线性增益放大器，其增益范围可根具电路自行设定。如图一所示，其中增益范围由RF和RG的比值所决定，如下式：此处设定其最大增益为32dB，经计算可取RF=200Ω，RG=12.5Ω，则当Vg的电压在0~2V之间变化时，其增益在小于—20dB~32dB间线性变化。图1程控放大电路根据题目知放大器的电压增益AV≥52dB,增益控制范围为1212d

7、B～40dB。则电路中的其余电压增益至少应大于20dB,考虑到实际电路中的增益损耗此值应该偏大。因为VCA821的输出电压过大会产生失真，所以不能将所有增益均加到前级。所以可采用如下增益分配：前级放大采用LMH5401所构成的差分放大电路，放大倍数为8V/V(18.06dB)，后级放大采用固定增益为10V/V（20dB）的THS4303所构成的放大电路。则前级和后级所组成的总增益为80V/V(38.06dB)能在所有芯片的输出电压范围内达到所要求的放大倍数。2、频带内增益起伏控制通频带定义：在信号传输系统中，系统输出信号从最大值衰减3dB的信号频

8、率为截止频率，上下截止频率之间的频带称为通频带，用BW表示。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。下限截止频率fL：在信