宽带直流放大器报告.doc

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1、宽带直流放大器南京农业大学工学院徐伟郝文欣朱广豫摘要：本作品以TI公司的msp430f149单片机为控制核心，设计并制作了10MHz带宽的宽带直流放大器，系统通过第一级OPA2690双运放跟随并放大10dB，放大后分档位滤波，再通过单片机程控两级级联的VCA810实现-40dB~40dB的动态增益变化，后级通过集成运放提高THS3001的电压摆幅以达到扩压效果，最后通过场效应管功放后接入50欧负载输出。整个系统工作可靠，稳定，而且成本低，效率高。关键字：单片机控制OPA2690VCA8101.系统总体方案根据题目要求，本系统共分为四大部分：第一部分输入信

2、号放大模块通过OPA2690双运放实现对有效值10mv输入小信号放大10dB的功能，使输入信号有效值达到30mv。第二部分为分档滤波模块，题目要求放大器带宽可预置，至少5MHz,10MHz两个低通滤波器，我们分别设计了5MHz,10MHz的LC巴特沃兹低通滤波器，通过单片机控制继电器可以切换档位以达到分档滤波功能。第三部分为-40dB~40dB的放大，而且在其频率带宽范围内，可以保证其幅频曲线稳定，为后级的功率放大电路稳定提供了保证。最后一部分是功率放大器，我们采用运放THS3001，其压摆率高，且能支持15V的供电，最具特色的是我们采用浮电源技术将输出

3、的电压扩压，再利用场管实现其输出电流扩流，就能实现功率到达2W。2.系统总体框图3.理论分析及计算3.1集成运放扩压电路原理集成运放扩压电路如图所示。当输入信号Vi为0时，输出信号Vo也为0。两个二极管的VB1=+15V,VB2=-15V,集成运放的正负电源端分别为+14.3V和-14.3V，它之间压差为28.6V，加入信号Vi后，两二极管基极电位分别为：Vb1=1/2(Vcc-Vo)+Vo=Vcc/2+Vo/2Vb2=1/2(-Vcc-Vo)+Vo=-Vcc/2+Vo/2与Vi为0时的静态情况几乎一样，但经过扩压后，Vo输出可以到达24V。通过浮电源技

4、术我们可以实现输出电源的扩压。3.2带宽增益积（GBP）带宽增益积食衡量放大器性能的一个参数，这个参数表示的是增益和带宽的乘积，根据整个系统，最大电压增益为+60Db,也就是+1000V/V，带宽为10MHz,根据上式可得整个系统的最大带宽增益积为10GHz。3.3通频带内增益起伏控制随着频率的增高，放大器的增益会随之下降，可以通过补偿电容来添加极点，进而实现相位补偿和增益补偿，这样就可以将放大器的增益在通频带内的起伏控制在最小范围内。3.4抑制直流零点漂移零点漂移现象是输入电压为零蛋输出电压不为零的现象，其产生的主要原因是温度漂移使得半导体元器件的参数

5、变化，致使输出电压不为零。抑制零点漂移的方法有：（1）利用超级电路将零点漂移强制拉回零，但此方法不能放大直流信号（2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化，但效果不明显。（3）采用加入直流偏置调节零偏，此方法可以放大交流，我们则是采用方法（3）。3.5放大器稳定性放大器的稳定性是指放大器在其带宽范围内幅频曲线的稳定性。提高放大器的稳定性，可以采用相位提前补偿的方法，增加其零点，抵消极点来实现。4.硬件电路设计以及方案比较4.1前几输入信号放大模块按照题目要求对10mV有效值以下的小信号进行放大，要求对信号的干扰要小，所以必须采用一定的方法减

6、小对采集信号的干扰。采用以下几种方法：（1）前级采用低噪声高共模抑制比运放OPA2690，最小可放大1mV有效值信号。（2）可采取对前级加屏蔽盒，减少外界环境电磁波干扰。（3）采用光电耦合器将送给DA0832以及继电器的数字信号与模拟信号彻底隔离，减少数字电路噪声对模拟放大的干扰。4．2程控放大模块由于题目要求放大范围在0dB~60dB可调放大，必须采用程控增益放大的方法，并且动态变化范围有60dB，而题目又要求输出幅度达到10v有效值，并驱动50Ω负载，使得最后一级放大倍数固定，因此必须对前级放大的信号进行一定的衰减才能够达到0dB输出。对于程控放大有

7、以下几种方案：方案一：用俩级AD603实现-40dB~40dB的程控放大。此方案虽然简单，但由于放大频率范围从直流到15MHz，使得放大器输入失调电压要小，而AD603输入失调电压可达30mv，并且随放大倍数不同而不同，再经过后级放大直流漂移显得严重。方案二：采用高速低零漂的放大器，加D/A转换电阻网络构成AD603程控放大原理。此方法可以有效解决失调电压问题，使电路实现对放大器及D/A转换器要求均较高。方案三：用俩级VCA810级联实现-40dB~40dB的程控放大。VCA810具有低失调电压，一级放大范围可达-40dB~40dB，并且外围电路简单。但

8、由于单级放大倍数过大容易引起自激，故俩级级联放大。方案比较：方案一虽然简单，但不