宽带直流放大器设计报告

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1、福星电子网http://www.fxdzw.com福星电子网2009年全国大学生电子设计竞赛设计报告参赛题目：宽带直流放大器题目编号：Chttp://www.fxdzw.com参赛队员：许文燕张舒徐琴参赛单位：南京邮电大学日期：二〇〇九年九月五日福星电子网http://www.fxdzw.com摘要本设计使用两片集成运放THS3001级联组成前置放大电路，并由运算放大器加分立器件三极管构成复合放大器实现末级功率放大电路，通过增益控制电路实现0~65dB范围内的增益可调，放大器带宽可在10MHz或5MHz两档之间选择。整个系统由单片机控制，通过键盘

2、输入实现输出状态控制、带宽选择以及增益步进控制，TFT液晶显示器显示所设置的状态及参数。关键词：前置放大功率放大增益控制低通滤波器设计报告一、系统方案论证与比较1、宽带直流放大器设计方案方案一：采用集成运算放大器芯片级联构成。集成运放芯片使用简单，精度高，但是采用这种方案，放大器可实现的输出功率不够，无法满足本课题指标（本课题要求最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V），通常此类集成电路都难以直接驱动50Ω的负载。方案二：采用分立元件，利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，末级采用大功率器件来保证输出功率，通过负反馈电路来确定增益。该方案

3、可实现的放大器工作频率高、功率大，但其电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。此外，由于电路采用了多级放大，其稳定性差，容易产生自激现象。方案三：集成运放和分立元件相结合。宽带集成运放级联构成前置放大电路，实现小信号的前置放大及增益要求；运算放大器加分立器件三极管构成功率扩展型电路实现末级功率放大。方案选定：经三种方案比较，决定采用方案三，该方案可以将集成运算放大器高增益、低直流漂移的优点与分立元件功放输出功率大的优点相结合，达到本课题的设计要求。2、电压增益控制设计方案方案一：通过反馈网络控制放大器的电压增益。这种方案电路简单，但

4、是干扰信号会伴随输入的小信号经过前级和后级放大器放大，使输出信号的信噪比无法满足题目指标。方案二：在末级放大电路后加精心设计的衰减网络，对输出电压进行增益控制。只要信号和干扰比在设定的范围内，则可以实现在电压增益控制的同时保证输出信号的信噪比满足题目指标。方案选定：本设计增益控制采用方案二。3、系统方案本设计方案的整体框图如图1-1所示。采用两片THS3001（高速集成运放）级联组成前置放大电路，电压增益达到168倍；分立元件与普通集成运放构成末级功率放大电路，其电压增益为10倍（可微调）。功放输出端级联精心设计的衰减网络以实现增益步进可调，同时

5、为了实现题目扩展指标要求，还设计了两套低通滤波器组成的滤波网络，可以作为负载接入放大器用于控制系统的带宽。主控模块采用C8051单片机，第-1-页共10页福星电子网http://www.fxdzw.com通过键盘输入实现输出状态控制、带宽选择以及增益步进控制，晶显示器显示所设置的状态及参数。输入输出末级功放大衰减网络两组滤波器电路工作状态控制前置放大电路增益微调增益控制C8051单片机电位器键盘控制液晶显示图1-1系统方案框图二、理论分析与计算1、带宽增益积分析与计算（1）前置放大器由手册可查得THS3001的单位增益带宽为420MHz,若考虑到

6、放大器输出平坦度的要求（其0.1dB平坦度带宽为115MHz），本设计的前置放大电路的带宽增益积应当在150MHz左右，根据公式GBW=ABW，其增益分配如下：第一级THS3001im电压增益为14倍，第二级THS3001电压增益为12倍，总共增益为168倍。（2）功率放大器根据功率放大器采用器件的基本特性，其增益A=-RR，则增益带宽积约为vFG450MHz，设计电压增益为10倍，和前置放大器级联即可将输入信号放大1680倍，电压增益可达65dB。2、通频带内增益起伏控制与线性相位前置放大器的通频带增益由器件本身的优异特性决定，外部无需调整。功

7、率放大器内部有调节频率响应的微调电容，由于本课题频率上限不是太高，一般也无需调整。另外由于本设计实现的宽带放大器带宽很宽，而且没有时延器件，其群延时非常平坦，相位随频率的变化呈线性化。3、抑制直流零点漂移对于直流放大器而言，由于放大电路级间必须采用直接耦合方式，工作点的状态将逐级传递和放大，最后导致输出级产生了较大的直流电压。另外由于温度或电源电压变化也会引起三极管的工作点变化加剧了直流零点漂移。直接耦合放大电路的级数越多，放大倍数越大，则零漂现象越严重。本设计采用的均是差动放大电路（无论是前置放大器还是末级功率放大器），而差动放大电路是抑制零点

8、漂移的良好措施。对于分立元件组成的末级放大电路还采用了PNP和NPN三极管互补的方法来稳定静态工作点，并抑制零点漂移。第-2-页共10页