(第4组)电压控制增益可变放大器设计(vga)设计(doc)

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1、题目:电压控制增益可变放大器设计（VGA）设计216第四组摘要:基于压控增益放大器VCA822，设计一个能够对频率大于15MHz，幅值小于1V的信号进行调理的程控增益放大器。该放大器增益17~58dB可调，具有自动增益控制的功能。放大器的输出端用宽带运放AD811和分立元件搭建的推挽电路，加强该放大器的驱动负载的能力。关键词：宽带放大器；VCA822；自动增益控制；推挽电路Abstract:UsingFPGAascontrolcore,anewmethodofdesigningaprogrammablegainamplifierwhichcanhandlewithth

2、esignalthathasthefrequencymorethen15MHz,andtheamplitudelessthen1Vbyusingvolt-controllinggainamplifierVCA822ispresentedasfollowing.Theamplifiercanbemodulatedfrom10dBto58dB,withthefunctionofautomaticallycontrollinggain.Theoutputsideofthisamplifieradoptsthepush-pullcircuitconstructedbywide

3、bandamplifierAD811anddiscretecomponents,andenforcesitsabilityofdrivingloads.Keywords:widebandamplifier;VCA822;controlofgain;push-pullcircuit目录1、系统方案比较与设计31.1总体方案论证31.2主放大器选择31.3中间放大级方案论证31.4末级功率放大器方案论证42、理论分析与计算52.1带宽增益积分析52.2输出电压幅值52.3放大器稳定性分析53、单元电路设计53.1前级缓冲电路53.2增益可调的中间放大级63.3末级功率放大

4、74、系统测试73.1测试方法73.2测试步骤83.3所用仪器设备83.4数据记录85、结论86、参考文献87、附录81、系统方案比较与设计1.1总体方案论证分析VGA放大器设计要求的指标，增益调节范围为17～58dB，带宽大于等于15MH，控制电压Vg=-1V～+1V，Ri>10MΩ；当接50Ω的负载，要求Vop≥10V。针对上述特点，我们将整个放大器分为三个模块：前置缓冲级，增益可调的中间放大级，末级功率放大级。系统整体框图如图1所示。其中难点是增益可调放大级和末级功率放大级，下面对这两个部分的方案分别进行设计论证。Vi阻抗匹配VCA822阻抗匹配OPA699AD

5、811VoAD818同向放大反向放大功率放大缓冲、抑制噪声控制增益电阻分压-1~1V图1、系统整体框图1.2主放大器选择方案一：采用分立元件设计。此方案元器件成本低，但设计复杂度较大，并且由于受到众多寄生元件的影响，调试工程复杂且周期长，频率高时更突出。方案二：采用高速宽带集成运放组成多级运放电路。应用多级运放可以得到很大的增益，并且对单个运放的性能要求较低，系统总增益等于各运放增益的和，可以将信号放大和功率放大分开处理；带宽也比较好控制，可以选择多种耦合方式，充分的发挥出电路的性能；电路结构也比较简单，性价比也比较高。方案选择：由于题目要求的增益带宽积很大，性能要求

6、比较高，所以选择方案二采用多级运放电路。1.3中间放大级方案论证方案一：采用三极管构成多级放大电路若用分立元件构成58dB放大器，则须采用三极管构成的多级放大器。此方案选材方便、成本较低。但是选择合适的三极管配对组合费时费力，并且题目给出的指标较高，三级管构成的多级放大器容易引起更多的干扰，影响放大质量。此外，晶体管构成的多级放大电路不易实现大范围的增益连续可调，这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。方案一：采用带宽增益积大的运算放大器制作多级放大电路。以OPA842和OP37为例，利用OPA842带宽增益积大的特点，使输入的小信号充分放大，再用轨对轨运放TLV246

7、2放大至有效值10V。这种方法采用电位器或者数字电位器连续调节放大倍数，设计简洁，但是要求-1～1V电压控制，难以实现。方案三：采用集成宽带的可调增益放大器。题目要求-1～1V电压控制，我们选择了宽带可控增益放大器VCA822，最大工作频带宽度可达150MHz，放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定，可以很好的满足需求。并且，VCA822采用电压控制放大，能够方便的通过单片机配合DAC控制。比较上述三种方案：方案一调整增益不便，方案二的难以实现题目要求的压控，方案三能够很好的满足要求，最终选择方案三。1.4末级功率放大器方案论证方案一：若采用分立