全国电子设计大赛射频宽带放大器

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1、全国电子设计大赛9射频宽带放大器（D题）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，系统对的输入信号实

2、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，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。关键字：带宽预置AD8367压控增益单片机91.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=50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：前置缓冲级

3、信号输入增益调整带宽预置信号输出峰值检波A/D转换STC125A60S2单片机键盘输出缓冲级稳压电源模块图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50W，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。则可令实际电路取Rk=50W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、避图2前置缓冲级免引入噪声等作用，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。1

4、.3带宽预置的方案论证与选择方案一：通过对继电器L1和L2触点的控制实现系统通频带0.3~20MHz和90.3~100MHz两个范围的预置。可令系统默认选择0.3~20MHz通频带，通过键盘选择通频带，使单片机对继电器进行操作，使系统实现了预置0.3~100MHz的通频带。方案二：通过外部触发使单片机控制模拟开关CD4502选通指定通道，从而实现对由高增益带宽运放构成的带通网络进行预置，方案流程如图3所示。单片机模拟开关CD40520.3~20MHz带通放大0.3~100MHz带通放大图3带宽预置流程图外部触发分析两种方案可知方案一继电器连线多且复杂，体积

5、大，触点数量有限，且工作过程中会产生噪声，影响测试总体效果。方案二使用单片机和模拟开关控制带宽预置简单稳定，易于调整，所以选择方案二。1.4增益调整的方案论证与选择方案一：场效应管控制增益。利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来实现增益的控制。方案二：为了易于实现增益范围0~60dB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作信号的输入端，D/A的输出端做输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。方案三：可变增益放大器AD8367级联。题目要求0~60dB可调增益，而

6、AD8367的可调范围-2.5dB~+42.5dB，具有500M的增益带宽积。可采用两片AD8367级联作为增益放大级并且通过单片机反馈的峰值检测结果对已进行小倍数放大的信号进行再次放大或衰减以实现Av在0~60dB范围内可调。方案一中由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。方案二虽然简单易行，精确度高，但查阅相关资料可知：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。方案三采用了可变增益放大器AD8367，具有以dB为单位的线性增益的特点，并且以单片机作为控制可以满足题目要求0~60dB可调，方

7、案方便、稳定，可操作性强，所以采用方案三。1.5峰值检波的方案论证与选择方案一：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,例如AD637，将输出的有效值送至单片机进行对增益的反馈调整。方案二：考虑到本题要求测量的是标准正弦波，可采用峰值检波电路，检出峰值经A/D转换后由单片机转换为有效值后对增益进行调整。经过分析，由于一般的有效值检波的芯片难以达到100MHz的宽带，无法满足设计要求。而方案二经过高频采样保持电路后可以达到检波要求，并且精度较高，速度较快，所以采用方案二。91.系统理论分析与计算2.1宽带放大器设计的理论分析与计算基本部分要求放

8、大器的下限频率fL≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz，为此我