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宽带直流放大器设计方案2.
宽带直流放大器方案设计
一、方案的选择和论证
分析题目要求,设计需要满足以下几个技术指标:在输入电压有效值 Vi≤10 mV
情况下放大器电压增益必须大于 60dB,且电压增益为 60dB 时,输出端噪声电压的
峰-峰值 VONPP≤0.3V。另外,3dB 通频带 0~10MHz;在 0~9MHz 通频带内增
益起伏≤1dB,能为 50 欧姆的负载输出正弦有效值 10V 的电压。
基于以上要求,我们把整个放大器分为 5 个板块来设计。前置缓冲级,中间增
益可调放大级,后级功率放大电路,电源部分和滤波器。
系统总体框图:
前置缓冲级方案论证
方案一:采用宽带高精度集成运放。
缓冲级对整个放大电路来说尤为重要,高质量的前级是放大电路的基本保障,
故本设计中采用宽带高精度低噪声运算放大器 OPA620 构成电压增益为 6dB 的缓冲
级。该运放增益宽带乘积为 200M 赫兹,能很好的满足题目要求。
方案二:采用普通运放。
普通运放虽然价格稍低,但是带宽和精度都十分有限,理论上虽然能用反馈的
方式扩宽通频带,但是题目要求的 10M 赫兹频带太宽,故普通低价的运放很难达到
实验要求。
比较上述两种方案,方案一能更好的完善题要求的指标,方案二虽然成本较低,
但是不容易达到题目要求,且前级配置的高低对后级电路影响很大。故选择方案一。
2.中间增益放大级方案论证
方案一:采用三极管构成多级放大电路
若用分立元件构成 60dB 放大器,则须采用三极管构成的多级放大器。此方案
有选材方便和成本较低的优点,但是选择性能合适的三级管比较费时间,选择合适
的三极管配对组合更是不容易,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。所以,我们
对下一种方案进行论证。
方案二:使用集成运放 OPA620 构成 2 级放大
单个 OPA620 的增益可调范围为 -20bB — +20dB ,采用两级相连,则可以实
现-40dB-+40dB 的可调范围。从厂商的数据手册可以看出,OPA620 外围电路简单,
容易操控,通频带内增益起伏小于 0.05dB,且放大效果较好。但是若要求实现提高
部分 0-60dB 全范围的连续可调,两级 OPA620 放大则不能达到题目要求。
方案三:使用低噪声增益可控放大器 AD603
使用两级 AD603 构成的增益可调放大电路。
AD603 是主要用于 RF 和 IF AGC 系统的低噪声可调增益放大器,它具有引脚可
编程增益功能,可以使用一个外部电阻设置增益范围内的任何增益子范围,控制接
口可以输入差分电压,也可以输入单端的正控制或负控制电压,使用十分方便。单
级 AD603 便可以实现 0-40dB 的电压放大,且该增益范围内有 30MHz 的频带宽,性
能优异,如果采用两级连放,理论上可以实现 0-80dB 的增益可调范围,能满足题目
要求。其次,AD603 构成的增益可控放大电路有很大的提升空间,可以通过电位器
获取基准电压进行手动控制,通过模拟开关连接电阻器实现增益程控,通过单片机
配合 DAC 模块实现不同精度的增益数控。
所以比较上述两种方案,AD603 与 OPA620 相比,容易实现增益数控,AD603
有更高的性价比,我们最终选择方案三。
3.增益控制电路
方案一:单片机和数模转换芯片实现增益可调
使用 89C51 单片机,选择稳定的基准电压,配合 DAC0832 输出电压信号控制
AD603,从而实现增益数控。
DAC0832 是采样频率为 8 位的 D/A 转换芯片,集成电路内有两级输入寄存器,
D/A 转换结果采用电流形式输出,理论精度为 1/256,能满足增益步进 5dB 的要求 。
该芯片价格便宜,使用方便,算是较常用的 8 位 DAC 芯片。该芯片为电流输出型,
若采用该芯片实现 AD603 的增益可控,则须在输出端加上运算放大器 LM324,实现
电流到电压的转换,从而稳定实现增益可调。
方案二:单片机、模拟开关和电阻网络实现增益可调
使用 89C51 单片机,配合模拟开关控制不少于 12 个串联的电阻,通过取得电阻
上的稳定电压控制 AD603,从而实现步进为 5dB 的增益数控。模拟开关控制电阻网
络与 DAC 模块工作原理相似,但是精度就远远不如 8 位 DAC,并且使用模拟开关
和电阻网络扩大了控制电路,电路集成度降低,引入更多的干扰因素。再者,从成
本上看来,该方案也是不经济的。
方案三:滑动变阻器实现增益手动
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