高频报告--可变增益宽带放大器设计

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1、可变增益宽带放大器设计1、应用背景随着社会发展，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，各类型放大器的运用领域不断扩展。在当今科技和通讯高速发展下，各种自动化、智能化仪器装置对信号的要求越来越高，尤其在一些高精度的领域，对小信号的放大与处理要求更为严格。普通的运放存在着本身不可忽略的缺点，用普通的运放设计的放大器一般具有频带窄、噪声系数大、低增益的特点。宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事、光纤通信、电子战设备及微波仪表和医用设备等高科技领域上，具有很好的发展前景。研究和设计一款高增益、高精度、低噪声、增益可控性高的

2、宽带放大器成为了人们的广泛关注。[1]要同时满足这些性能指标，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、设计目的要求所设计的高频小信号放大器输入/输出电压处于动态可变范围的前提下，同时兼顾增益与带宽的要求，使其具有较宽的频带，同时具备低噪声、工作稳定的特点。3、系统设计根据设计要求，可将系统分为以下几部分模块：前置放大电路、中间级增益可调放大电路、后级功率放大电路。为降低噪音，在多级放大电路中，应注意第一级放大电路的降噪设计，可通过选用低噪声芯片设计固定增益放大电路，并注意设计反馈电路。中间级增益可调放大电路可选择可编程增益芯片，通过调整接入电阻调整增益。

3、[2]输出信号输入信号固定增益放大电路可调增益放大电路功率放大电路图表一系统设计框图4、方案选择4.1芯片类型选择4.1.1AD603AD603是一种具有程控增益调整功能的芯片。它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，它提供精确的引脚可选增益，90MHz带宽时增益范围为-11dB至+31dB，9MHz带宽时增益范围为+9dB至+51dB。用一个外部电阻便可获得任何中间增益范围。折合到输入的噪声谱密度仅为1.3nV/√Hz，采用推荐的±5V电源时功耗为125mW。两片AD603级联时，总增益的控制范围为84.28dB，因此符合增益可调，带宽较宽、低噪

4、声的设计要求。图1AD609引脚图4.1.2AD811AD811是一款宽带电流反馈型运算放大器，-3dB带宽为120MHz(G=+2)，带宽达到35MHz(0.1dB,G=+2)。低失真特性(带宽最高可达10MHz)和宽单位增益带宽，使AD811非常适合用作数据采集系统中的ADC或DAC缓冲器。该放大器还具有1.9nV/√Hz的低电压噪声、20pA/√Hz的低电流噪声以及出色的直流精度。但考虑到输出信号幅值随频率增大而减小，系统需采用数控电位计X9C102来实现可变增益放大，即依据输出信号频率的不同来改变数控电位计的值，以改变增益，实现增益可控的目的。图2AD811引脚图4.1.3V

5、CA820VCA820是高增益调节范围的宽带可变增益放大器，具有±40dB的高增益调节范围，具有2.4nV/√Hz的低输入噪声电压，具有恒定带宽与增益，可达到35MHz。温度稳定高，其增益与控制电压呈线性关系，但是电路稳定的线性特性很难控制，增益调节精度不高，芯片性价比不高。且市面较难购得此款芯片，因此不采用这款芯片。[3]图3VCA820引脚图4.1.4OPA690OPA690是宽带电压反馈运算放大器，常用于高频小信号放大电路，单位增益稳定为500MHz，小信号输入时，当放大倍数大于10时，高频放大性能变差。常用于高速成像通道、ADC缓冲器、便携式仪器等。[4]增益与带宽关系如下：

6、表1OPA690增益和带宽的关系增益带宽（MHz）图4OPA690引脚图1500322010304.1.5OPA820OPA820是单位增益稳定,低噪音电压反馈运算放大器，有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6mA供应电流产生高输出电流。在单位增益里,当峰值<1dB时OPA820给出一个>800MHz的带宽。在低功耗情况下，OPA820补充这一高速操作装置具有优良的直流精度。最坏的情况下的偏置电压为±750μV和偏置电流为±400nA，它们给脉冲放大器应用程序一个优秀的绝对直流精度。图5OPA820引脚图4.2固定增益放大电路方案选择4.2.1使用分立元件搭建共基极放大器在三极

7、管搭建的三类放大电路中，共基极放大器电压增益大，电流增益小，输出电阻小，适合于高频工作。但由于设计要求为宽带放大器，要求带宽较高，故对于三极管型号的选择以及电路的搭建布线等都要求较大，实行起来比较困难。4.2.2采用集成运算放大器集成芯片电路简单，使用方便，性能稳定，超高速集成运放放大电路OPA690增益为63dB，具有1800V/μs的摆率。单位增益带宽积为500MHz，3dB时带宽为220MHz，平坦度较好，符合相关要求，故选择此方案。[5]4.3功率