宽带直流放大器.docx

宽带直流放大器宽带直流放大器摘要:本系统主要由五个模块电路构成:前级放大、中级程控放大、宽带预制、单片机显示与程控模块。前级放大由电压反馈型放大器OPA820进行小信号放大,中间级由可程控放大芯片VAC810对前级信号进行放大,最后通过低噪声电流反馈型运放THS3091进行功率放大以达到有效值10V的输出。宽带预置部分由继电器控制滤波部分来达到放大器宽带0~5M,0~10M的预制。程控模块对放大的0~60dB的程控,宽带的预置与液晶的显示。关键词:MSP430f449OPA820VAC810THS3091目录一、方案设计与论证 31、增益控制部分 32、低通滤波器部分 33、功率放大部分 3二、方案总体描述 3三、理论分析与计算 31、增益分配 32、通频带内增益起伏的控制 3四、模块电路设计 31、前级放大电路 32、程控放大电路 33、低通滤波电路 34、后级放大电路 35、功率放大电路 36、直流稳压源的设计 3五、程序设计 3六、测试数据与结果分析 31、通频带测试 32、预制电压增益测试 33、噪声电压测试 3七、参考文献 3一、方案设计与论证1、增益控制部分方案一:AD603是一款低噪声高增益的压控芯片,AD603增益与控制电压的关系为AG(dB)=40Ug+10,输入控制电压Ug由AD603的1脚输入,控制电压范围为-~+,增益范围为-10dB~30dB。单片机可以通过D/A(将数字量转换为对应的模拟电压量Ug)来控制AD603的放大倍数。但是AD603的零漂比较大,顾方案待定。方案二:VAC810具有宽带低噪声,宽带25MHZ,并且以dB为单位的线性增益的特点,增益控制范围为-40dB~40dB,增益与电平关系为:G(dB)=-40(Vc+1),Vc为VAC810的增益控制电压,范围为-2V~0V。由于考虑零漂还有增益范围,选择了方案二。2、低通滤波器部分方案一:采用有源滤波器,它利用有源元件与RC元件构成低通滤波,该方案做的滤波器效果较好,但由于在高频电路中使用有源滤波器对后级影响较大,如果处理不好容易产生自激,会对后级的芯片产生较大的影响。方案二:采用无源LC滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。无源LC滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗。为了是通带尽量平坦,选用了通带比较平坦的巴特沃斯滤波器。在高频电路中使用有源滤波器会对后级的通频带有影响,而无源滤波器的电压减半可以再滤波器的后级接一个放大器来解决。故选择方案二。3、功率放大部分方案一:采用分立元件实现宽带功率放大器可以经过计算得到合适的输入输出阻抗、放大倍数和交大的输出功率。但需采用多级高频放大电路,受电路分布参数影响,调试难度大、繁琐,且各级影响很大,不选用此方案。方案二:集成运算放大器。使用集成芯片电路简单,使用方便,性能稳定,我们使用THS3091芯片做功率放大部分,这款芯片可以提供较高的输出电压,但是由于输出电流最大为250mv没办法满足输出功率,因此为了能保证输出功率,我们采用两片THS3091来作为输出来放大电流以满足负载要求。该方案电路简单,稳定。故采用本方案。二、方案总体描述总体框图如图一所示,输入信号由前级放大20dB,再由程控放大-40dB~40dB,程控滤波,最后末级功率放大。单片机通过D/A调整VAC810的控制电压,通过继电器切换滤波器实现通频带的选择。图一三、理论分析与计算1、增益分配以程控增益放大器VAC810为核心,增益调节范围为-40dB~40dB。VAC810的输入输出有限制,由于输入电压有效值小于等于10mv,所以前级放大设定20d。,假如要实现发挥部分的输出电压有效值大于等于10V的要求,即输出电压的峰峰值Vmin=10×2×=,为得到最大的输出电压,。后级功率放大电路增益设置为20dB,则总体来说应该可以实现0~60dB的增益调节范围。2、通频带内增益起伏的控制由于在0~9MHZ通频带内增益起伏,所以做好滤波是关键,我们采用的是巴特沃斯无源滤波,因为巴特沃斯滤波在通频带内幅度变化较平坦,在截止频率衰减快,而集成运放的带宽有限,我们采用无源的滤波,可以避免影响前后级,综合起来我们最后用的是巴特沃斯无源滤波。四、模块电路设计1、前级放大电路用高速运放opa820调节宽带直流放大器的前级信号放大将28mvpp信号试图放大到200mvpp发现到10MHZ频率信号时opa820的通频带衰减了,不能满足要求。经opa820的PDF文档中频率响应波特图得知。opa820在放大5倍信号时通频带于10MHZ频率附近开始衰减。所以前级放大电路改用了2级放