射频宽带放大器..docVIP

学校名称：哈尔滨工程大学 队长姓名 队员姓名 指导教师姓名 2014年9月7日 射频宽带放大器 摘要：该设计实现的射频宽带放大器，由固定增益放大部分、可变增益放大部分、单片机控制部分组成。固定增益放大部分由宽带电流反馈型运算放大器OPA695构成，采用同相放大电路，可变增益放大部分由宽带低功耗可变增益放大器LMH6502构成。单片机控制部分由STM32F103VBT6核心电路、键盘、12864液晶、DAC组成，通过键盘输入所需增益值并显示在LCD12864上，由单片机控制DAC输出电压来调整LMH6502增益，实现了在80KHz-120MHz的带宽范围内0-67dB的增益连续可调，带内增益稳定。当增益大于60dB，在输入电压有效值等于1mV的信号时，负载端最大输出为1.2V有效值。经测试，系统工作稳定，性能可靠，结构简单，满足任务设计要求。 关键词：宽带放大、可变增益放大器、射频 目 录 1、 设计任务 1 1.1、基本要求 1 1.2、发挥部分 1 2、 方案论证 1 2.1、宽带放大电路的设计论证 1 2.2、增益控制电路的设计论证 1 2.3、供电电路的设计论证 2 2.4、总体方案确定 3 3、理论分析与计算 3 3.1 宽带放大器设计 3 3.2频带内增益起伏控制 3 3.3射频放大器稳定性 4 3.4 增益调整 5 3.5 程序设计 5 4、测试结果与误差分析 6 4.1、测试仪器 6 4.2、测试方案及测试结果 6 4.2.1 输入输出电阻测量 6 4.2.2 程控增益测量 6 4.2.3 输出噪声测量 7 4.2.4 带内增益起伏及上下限增益测量 7 4.3、测试结果及分析 8 5、结论、心得体会 8 5.1、结论 8 5.2、心得体会 8 6、 参考文献 8 附录1、元器件清单 9 附录2、完整电路原理图 10 附录3、部分程序清单 11 设计任务 设计并制作一个射频宽带放大器。 1.1、基本要求 （1）电压增益Av≥20dB，输入电压有效值Ui≤20mV。Av在0～20dB范围内可调。 （2）最大输出正弦波电压有效值Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。 （3）放大器BW-3dB的下限频率fL≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz，并要求在1MHz～15MHz 频带内增益起伏≤1dB。 （4）放大器的输入阻抗= 50Ω，输出阻抗= 50Ω。 1.2、发挥部分 （1）电压增益Av≥60dB，输入电压有效值Ui≤1mV。Av在0～60dB范围内可调。 （2）在Av≥60dB时，输出端噪声电压的峰峰值UoNpp≤100mV。 （3） 放大器BW-3dB的下限频率fL≤0.3MHz，上限频率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz 频带内增益起伏≤1dB。该项目要求在Av≥60dB（或可达到的最高电压增益点），最 大输出正弦波电压有效值Uo≥1V，输出信号波形无明显失真条件下测试。 （4）最大输出正弦波电压有效值Uo≥1V，输出信号波形无明显失真。 （5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。 方案论证 根据题目要求，系统需在较宽的频带内实现0~60dB的增益可调，且具有较好的带内平坦度，实现的关键和难点技术在于宽带放大、增益控制电路的设计。 2.1、宽带放大电路的设计论证 方案一：选用分立的射频三极管或场效应管实现宽带放大，射频分立元件具有带宽高、调节灵活的优点，能以相对低廉的成本实现较高的性能，但其参数设计复杂、调试难度较高。 方案二：采用运算放大器搭建放大电路，运算放大器的参数设置较分立元件简单，随着工艺水平的提升，高速高带宽的运放已不罕见，其中高速运放分为电压反馈型运放和电流反馈型运放，由于电压反馈型运放存在增益带宽积的限制，基于题目要求实现截止频率为100MHz的宽带放大要求，因此选用高速电流反馈型运放更为合理。 方案三：使用集成射频宽带放大芯片。集成射频芯片具有低噪声，电路简单，灵敏度比较高等优点，但大部分集成射频芯片增益固定，在不同频带内具有不同的倍数，使得信号在通频带的平坦度难以保证。 2.2、增益控制电路的设计论证 方案一：使用双栅场效应管实现增益控制，双栅场效应管工作频率很高，且具有高跨度、低噪声系数、低反馈电容的优点，但双栅场效应管的匹配困难且使用较为复杂。 图1 方案一原理框图 方案二：通过单片机对继电器的切换实现40dB、60dB、80dB的增益档位，并利用乘法型DAC将输入信号作为参考电压，实现-20 dB到0dB的衰减及每一档位内增益的连续可调，由于DAC具有较大的输入、输出幅度和较高的增益分