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宽带放大器设计 (2003年全国大学生电子设计竞赛B题) 题目要求 一、任务 设计并制作一个宽带放大器。 二、要求 1．基本要求 (1)输入阻抗≥1k?；单端输入，单端输出；放大器负载电阻600 ? 。 (2)3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内，增益起伏≤1dB。 (3)最大增益≥40dB，增益调节范围10～40dB(增益值6级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB)，需显示预置增益值。 (4)最大输出电压有效值≥3V，数字显示输出正弦电压有效值。 (5)自制放大器所需的稳压电源。 题目要求 三、评分标准 论文50分，完成基本要求制作部分50分，发挥部分50分。 四、说明 (1)基本要求部分第(3)项和发挥部分第(2)项的增益步进级数对照表见下表。 题目要求 四、说明 (3)宽带放大器幅频特性测试框图如图9．4．1所示。 题目要求 四、说明 题目分析 对原题基本要求和发挥部分要求进行分析归类，本系统 要完成的功能和技术指标归纳如下： (1)输入阻抗≥1kQ，单端输入。 (2)输出阻抗=600?，单端输出，输出电压有效值Uo,并显示： Uomax≥3V(基本要求) Uomax ≥6V(发挥部分) Uomax ≥ 9V(进一步发挥) (3)3dB通频带：10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频率内增益起伏≤1dB(基本要求)；进一步展宽通频带(发挥部分)。 题目分析 (4)增益、增益控制范围、步进及误差： 最大增益≥40dB，增益调节范围10～40dB，步进间隔6dB，误差≤2dB，需要显示预置值(基本要求)。 最大增益≥58dB，增益调节范围10～58dB，步进间隔6dB，误差≤2dB，需要显示预置值(发挥部分)。 进一步提高增益，进一步扩大增益调节范围，减小步进间隔(发挥部分)。 (5) AGC范围：≥70dB不扩展(发挥部分) (输出电压有效值稳定在4．5V≤Uo≤5．5V) (6)输出噪声电压峰一峰值Vp-p≤0.5V (7)自制放大器所需的稳压电源 (8)其他 方案论证及比较 一、总体方框图及指标分配 本系统原理方框图如图所示，由前置放大器、中间放大器、末级功率放大器、控制器、真有效值测量单元、键盘、 显示器及自制稳压电源等组成。 方案论证及比较 一、总体方框图及指标分配 其中前置放大器、中间放大器、末级功率放大器构 成了信号通道。其主要技术指标分配见下表。 本设计有三个重点和难点：一是增益控制；二是自 动增益AGC控制；三是末级功率放大器的设计。 方案论证及比较 二、增益控制部分 方案一：采用数字电位器取代反馈电阻的方法 中间放大器和末级功率放大器均采用电压负反馈电路，通过改变反馈电阻来改变放大器的增益。 例如采用1024个滑动端位置的数字电位器X9110或X9111。该方案采用两级控制比较麻烦。 方案二：采用D／A集成芯片的方法 为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用D／A芯片AD7520的电阻网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D／A转换芯片，输出Uout=Dn×Uref／210，其中Dn为10位数字量输入的二进制值，可满足210=1024档增益调节，满足题目的精度要求。 方案论证及比较 二、增益控制部分 方案二：采用D／A集成芯片的方法AD7520由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可用来实现信号的程控衰减。 方案论证及比较 二、增益控制部分 方案二：采用D／A集成芯片的方法 但AD7520对输入参考电压Uref有一定幅度要求，为使输入信号在毫伏与伏之间每一数量级都有较精确的增益，最好使信号在到达AD7520前经过一适当的幅度放大调整，通过AD7520衰减后进行相应的后级放大，并使前后级增益积为1024，与AD7520的衰减分母抵消，即可实现程控放大。但AD7520对输入范围有要求，具体实现起来比较复杂，而且转化非线性误差大，带宽只有几千赫兹不能满足频带要求。 方案论证及比较 二、增益控制部分 方案三：采用可控增益放大器AD603的方法 根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选可调增益的运放实现，如运放AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯形网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增