可调增益宽带放大器的设计与制作

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1、毕业创新设计论文奖---可调增益宽带放大器设计与制作(2009-06-2917:20:25)转载标签：宽带放大器pcb功率放大电路emc杂谈分类：设计作品可调增益宽带放大器的设计与制作贾永福*指导教师：方允（广东工业大学物理与光电工程学院，广州，510006）摘要：本设计用高速电压反馈型运放OPA642组建前级跟随器以提高系统的输入阻抗，AD603构建两级可控增益放大，后接LM6361组成功率放大电路，并采用了多种PCB与电磁兼容技术。当输入正弦信号电压20mV，实测输出6.48V左右，-3dB带宽5KHz～7MHz，最大不失真输出电压有效值达12.6V。电路工

2、作稳定，增益线性可调，噪声低。关键词：宽带放大器电磁兼容增益可调评阅人评语：整体设计科学合理，所选核心器件具有良好的频率特性。采用了AD603有源增益控制，提高了电路的稳定性；运用了电磁兼容EMC技术，确保电路抗干扰能力强，较有新意。电路具有良好的高频特性。整个设计构思严谨，层次分明，电路结构简单。（评阅人：熊建文教授）1宽带放大器设计背景近年来随着计算机和互联网的迅速普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛[1]。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪声、工作稳定等特点[2]。要同时

3、满足这些性能指标，对电路设计提出了很高的要求，尤其是高频PCB和电磁兼容的设计要求。2整体设计思路本设计要在保证输入/输出电压动态范围的前提下，同时兼顾增益与带宽的要求[3]，输入阻抗可以采用电压跟随器。从带宽和带内增益可调和起伏要求来看，不能采用谐振电压放大器，而必须采用多级高阶有源带通滤波放大器，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。从噪声性能要求来看，还必须选择低噪声器件及良好的电磁兼容设计。从稳定性要求来看，末级大信号放大电路还必须采用适当深度的电压串联负反馈放大器，可以采用高速集成功率放大器。3输入缓冲及增益可调放大本设计根

4、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AD603实现，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40dB的增益。由于AD603的输入电阻只有100，必须加入缓冲以提高输入阻抗；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减少噪声，故采用高速低噪声电压反馈型运放OPA642作前级跟随，同时在输入端加上二极管作过压保护[4]。系统输入缓冲和增益可调放大原理图如图1所示。图1系统输入缓冲和增益可调放大原理图4后级功率放大电路用音频或射频放大的方法完成宽频功率输出难度较大，所以采用LM6361组建后级功率

5、放大电路，它是一种高速新型OP放大器，转换速率达300V/μs，且放大倍数与内部相位补偿无关。后级功率放大电路原理图如图2所示。图2后级功率放大电路原理图5电源设计电源的稳定性决定着整个系统的稳定性，电源输出要求稳定，纹波小。设计充分考虑电容滤波和纹波的消除以及频率补偿的作用，以防止自激振荡，从而使电路稳定工作，减少电路干扰。稳压电源电路如图3所示。图3稳压电源电路原理图6PCB和电磁兼容设计要使电子电路获得最佳性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB布线和屏蔽技术应用在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素[5]。以下是本次设计运用的PCB与电磁兼容设计

6、技术。⑴在印制板的电源输入端接上10-100μF的去耦电容。⑵输入级和功率输出级采用隔离供电，输入级电源靠近屏蔽盒就近接上1000uF电解电容，盒内接高频瓷片电容，通过这种方法可避免低频自激。⑶接地技术是本设计的关键EMC之一，采用逐级串联接地，且地线应短而粗，避免接地电位随着电流的变化而变化，以提高抗噪能力；构建闭路环，在输入级，将整个运放用较粗的地线包围，可吸收高频信号，减少噪声。在增益控制部分和后级功率放大部分也都采用了此方法。在功率级，这种方法可以有效的避免高频辐射。⑷PCB中元器件围绕电路的核心元件进行配置，同时尽量减少和缩短各器件之间的引线和连接线，

7、设法减少其分布参数和相互间的电磁干扰。⑸每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接一个0.01μF的陶瓷电容，且引线要短。⑹所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。⑺使用同轴电缆，输入级和输出级使用BNC接头，输入级和功率级之间用同轴电缆连接。信号电缆传输采用发端接地，收端不接，可显著减少静电感应电压。⑻将输入部分和增益控制部分装在金属屏蔽盒中，避免级间干扰和高频自激。⑼吸收磁环的应用同样是本设计的关键EMC技术之一。在输出信号线上套上一个吸收磁环以抑制高频噪声。实测证明，系统抗干扰能力较强，在5KHz~7MHz的通频带范围和0~56dB增益范围

8、内都没有自激。前级放大电