增益可控射频放大器设计简析.doc

2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器 2015年8月15日 摘要 1 1. 系统方案 2 1.1直流稳压电源的选择 2 1.2前级放大模块 3 1.3增益控制模块 4 1.4中间级放大模块 4 1.5后级功率放大模块 5 2. 系统理论分析与计算 5 2.1三级放大电路的分析 5 2.1.1前级放大电路 5 2.1.2中间级放大电路 5 2.1.3后级功率放大电路 5 2.2增益分配和调节的计算 5 2.2.1增益分配 6 2.2.2增益调节 6 3电路与程序设计 6 3.1电路的设计 6 3.1.1系统总体框图 6 4测试方案与测试结果 6 4.1测试方案 6 4.1.1硬件测试 6 4.2测试条件与仪器 7 4.3测试结果及分析 7 4.3.1测试结果（数据） 7 4.3.2测试分析与结论 7 摘要 本设计采用了四级放大，电源使用LM2596S将外接的12V电压源转换为+5V的电源，另通过TPS60400将+5V电源转换为-5V电源，这样就为整个电路提供了正负5V的电源了。第一级采用900MHz带宽的LMH6609MA,完成初级放大，第二级采用VCA821ID进行可程序控制的增益放大，第三级依旧采用LMH6609MA，第四级采用三级管3904和3906构成的互补输出级电路实现功率放大，以带动50欧姆的负载。其中，利用程控芯片VCA821ID，在电路中实现了0~60dB的增益可调。 测试电路时看出，当输入信号幅值为20mV时，从10MHz的频率开始，一直测试到200MHz的频率，输出波形比较清晰，无明显失真。在75MHz~108MHz频率范围内增益波动比较小，小于2dB,在60MHz~130MHz内，波形的幅值变化比较平缓，60MHz与130MHz这两个临界点与最大值的衰减小于-3dB。同时能够实现0~40dB的增益控制，绝对误差较小。 系统方案 本系统使用了电源模块，前级放大模块，增益控制模块，中间级放大模块，后级功率放大模块 1.1直流稳压电源的选择 方案一：采用CW7905 方案二：采用LM2596S和TPS60400将+12V的电压源转换为正负5V的可用电源。LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载特性。并且，在特定的输出电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在4%的范围内，震荡频率误差在15%的范围内。 最终使用方案二。 1.2前级放大模块 方案一：使用OPA695芯片搭建的同相放大电路。OPA695虽然带宽很大，但是其噪声干扰比较严重，也更容易产生自激，不适合与第一级的小信号的放大。 方案二：使用OPA2690芯片，但在实际测试中发现，其带宽达不到要求。 方案三：LMH6609MA，在增益为2倍时，其-3dB带宽达到280MHz,实际电路测试时，也能达到设计的要求。 综合三种方案，选取方案三。 1.3增益控制模块 方案一：选用AD8367程控芯片。该芯片有两个输入端，一个为信号输入Vin,一个为增益电压的输入Vg。通过模式的选择，对增益电压输入端输入一个稳定的电压（0~1V），就可以控制对信号的增益。但是，此增益芯片在较高频率的信号的处理时干扰很大，无法完成实验。 方案二：采用程控芯片VCA821ID，此芯片可以完成对较高频率的增益处理，在增益电压输入端输入一个特定的稳压（0~2V），就可以完成对信号的增益控制。 综上，选择方案二。 1.4中间级放大模块 方案一：选择OPA2695芯片搭建放大电路。 方案二：利用ua733芯片搭建放大电路。 方案三：使用LMH6609MA芯片搭建放大电路。 考虑到尽可能实现更宽频带和更小干扰因素，选用方案三。 1.5后级功率放大模块 方案一：使用LMH6552MA芯片，其增益带宽积达到1GHz以上。但是实验中发现，在对其用高频信号测试时并不能达到要求。 方案二：使用三级管3904和3906构成功率放大器，效果良好。 综上，使用方案二。 系统理论分析与计算 2.1三级放大电路的分析 2.1.1前级放大电路 反相放大器 2.1.2中间级放大电路 使用程控芯片VCA821ID，通过对该芯片增援的调节来控制整个电路的增益范围。 2.1.3后级功率放大电路 调节电路增益，对经过程控芯片之后的信号加以处理，同时对增益再次加以调整，并保证带宽。 2.2增益分配和调节的计算 2.2.1增益分配 题目要求的40dB的放大倍数，所以在第一片运放放大器电路将增益设定为