全国电子设计大赛获奖论文.docVIP

题目名称：宽带直流放大器（C题） 广东工业大学物理与光电工程学院 参赛队员：陆文贤 温俊 钟灵辉 摘要： 本设计利用可编程增益宽带放大器THS7002来实现增益的主控制，通过模拟开关配合运算放大器微调减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用THS7002内部的前置放大器作为输入级提高输入阻抗，并且避免了独立前置运放PCB布线引入的噪声，提高了系统的精确度和稳定性。功率输出部分采用分立元件制作，降低了成本。设计并制作了满足放大器的直流稳压电源，整个系统的3dB通频带0~10MHz，最大增益66dB。增益步进6dB。不失真输出电压有效值4V。 关键词： THS7002 ； 可编程增益放大器 ； 宽带直流放大器 1 系统方案 1 1.1比较与选择 1 1.2 方案描述 2 2 理论分析与计算 3 2.1 带宽增益积 3 2.2 通频带内增益起伏控制 3 2.3线性相位 3 2.4抑制直流零点漂移 4 2.5 放大器稳定性 4 3 电路与程序设计 4 3.1 输入缓冲和增益控制部分电路设计 4 3.2 带宽预置电路的设计 5 3.3功率输出级 5 4 测试方案与测试结果 6 4.1测试设备及测试条件 6 4.2最大电压增益测试 6 4.3 最大输出电压正弦波有效值测试 6 4.4测试结果分析 7 5 结论 7 附录： 7 附1：元器件明细表： 7 附2：仪器设备清单 8 附3：电路图图纸 8 1 系统方案 1.1比较与选择 方案一 基于DAC的可编程增益放大器，原理框图如图1所示， 图1 基于DAC的宽带增益放大器 在运放的反馈回路中使用DAC，并通过数字控制调整增益。DAC的控制字根据其参考电压Vref决定其输出电压的衰减系数。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。同时，带宽会随着增益的减小而减小。 方案二 基于VCA的可编程增益放大器，使用控制电压与增益成线性关系的压控增益放大器VCA，用控制电压和增益（dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制，如图2所示。这种方法能实现比较高的可调级数，适合于负载经常变化需要闭环控制方面的应用。但是，由于D/A和A/D的量化误差和系统噪声方面的原因，使得每一级的输出精度都不能很高，而且受环境温度的影响较大。 图2 基于VCA的宽带增益放大器 方案三 基于PGA的可编程增益放大器，使用软件可编程增益放大器，直接通过单片机控制可编程增益放大器PGA，由于PGA的放大倍数是在制造芯片的时候，通过激光微调的方法来调节好的。所以，每级的输出都能达到非常高的精度，而且受环境温度影响很小。非常适合于负载确定的应用场合，而且电路结构简单，稳定性很高，具有很高的性价比。具体如图3所示。 图3 基于PGA的宽带放大器 综上所述，由于负载是确定的，而且要求降低放大器的制作成本，兼顾稳定性和精确度方面的要求，我们选用方案三。采用可编程增益放大器THS7002作为增益控制。 1.2 方案描述 信号直接经过THS7002内置的前置运放输入到THS7002内，然后经过THS7002内部的两级PGA进行放大，再通过带宽预置电路实现5MHz和10MHz带宽的预置，最后通过功率输出级实现功率的放大。放大器的放大倍数、预置带宽等信息可以通过LCD显示器来显示。 图4 总体设计框架图 2 理论分析与计算 2.1 带宽增益积 选用电压反馈型运算放大器时，必须根据系统的带宽和增益要求来选用合适的运放。 系统要求的最大增益为60dB（1000倍），3dB带宽为10MHz。 得到增益带宽积GBW = 1000 x 10MHz = 10G ，如此高的增益带宽必须通过多级运放来实现。 THS7002的前置运放是电压反馈型的放大器，其3dB增益带宽为100MHz，由于作为输入级，为了兼顾稳定性，选择放大倍数G=2，带宽为50MHz。 2.2 通频带内增益起伏控制 通频带内的