国赛一等奖射频宽带放大器.docx

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1、射频宽带放大器（D题）作者：郭培培韩家斌茹田力（中国地质大学（武汉））赛前辅导教师：赵娟文稿整理辅导教师：赵娟摘要本系统由宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824和电流型运放OPA695组成。系统前级通过OPA847实现10倍固定增益放大，中间级由压控放大器VCA824实现0.05~5V/V增益变化，后级由OPA695和继电器实现5~25V/V增益变化，末级由电阻网络进行10倍衰减，达到0dB~60dB增益范围可调。系统采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，提高稳定性和抗干扰能力。经测试，系统达到了题目所设定的所有指标。关键词：射频放大器，

2、VCA824，OPA847，OPA695AbstractThesystemisdesignedwithabroadbandamplifierOPA847,VoltagecontrolledamplifierVCA824andcurrent-feedbackoperationalamplifierOPA695.Inthefirststage,thesystemcanachieve10timesfixed-gainbyOPA847.Then,intheintermediatestage,itusesVCA824toachieve0.05

3、~5V/Vgainrange.Inthelatterpart,thesystemachieves5~25V/VgainvariationbyOPA695andrelays.Inthelaststage,thesystemachieves10timesattenuationbytheresistornetwork,sothattheoverallgaincanbeadjustedintherangeof0~60dB.Inordertoimprovethestabilityandanti-jammingcapability,thesys

4、temusestheshieldcasetocarryelectromagneticshielding.Accordingtothetest,alltheindicatorsofthetopichavereached.Keywords：RFbroadbandamplifier，VCA824，OPA847，OPA695一、方案论证1.≥60dB增益设计方案一：采用三极管实现。采用开环增益低的三极管，级内反馈，避免大环反馈，容易处理，且三极管放大电路频率响应较好。方案二：宽带运放实现。采用高带宽，大压摆率的宽带运放实现60dB放大。由于

5、运放由于具备高开环增益、高输入阻抗和低输出阻抗，所以由运放构成的放大器电路具备更好的线性，但由于运放的高开环增益以及反馈机制的存在，运放电路的频响一般较差。方案一采用三极管放大，具有很好的频率响应，但由于分立元件，在高频小信号传输时会引入很大噪声，造成系统不稳定。方案二虽然集成运放的频率响应较差，但集成运放具有很好的稳定性，且增益易于控制。综合考虑，本次设计采用方案二的方式实现≥60dB放大增益。2.放大增益可调设计方案一：固定增益与电阻网络衰减。通过前级放大电路进行固定增益放大，后级由电阻网络衰减，如电位器，实现0~60dB范围内

6、增益可调。方案二：采用压控放大器。采用压控放大器(VCA)，其增益可有外部电压控制，实现一定范围内增益步进可调。方案一采用电阻网络衰减，电路结构简单，易于实现。但由于系统输入信号为1M~100MHz，在高频信号下，电阻的特性发生改变，使其具有电感和电容的性质，对信号造成很大干扰。方案二采用VCA实现增益可调，但由于运放带宽及增益限制，调节范围较小。综合考虑，本次设计采用方案一和方案二结合的方式，前级采用固定增益变化，后级由VCA控制，实现放大增益可调。3.系统框图本系统由OPA847单级放大10倍，中间级通过压控放大器VCA824实

7、现0.05~5V/V倍增益控制，后级电路通过OPA695实现5倍固定增益，末级由继电器切换进行5倍增益放大和10倍电阻网络衰减。系统框图如图1所示。图1系统框图一、理论分析与计算1.宽带放大器设计通过方案论证，宽带放大器采用集成运放实现。题目发挥部分要求输入信号有效值Uin≤1mV时，输出电压有效值Uo≥1V，即峰峰值为Upp≥2.828V，频率为100MHz时下降3dB，则末级运放压摆率为：SW≥2×π×100M×2.828V=1776V/μs（1）同时，题目要求电压增益≥60dB，输入信号频率为100MHz，则若采用单级放大，要

8、求运放增益带宽积为：GBP=1000×100M=100G（2）目前运放无法实现单级放大60dB，因此本系统采用多级放大实现60dB增益可调。前级采用固定增益，由宽带高压摆率运放OPA847实现10倍增益。中间级通过压控放大器VCA82