010电子设计竞赛C题——宽带直流放大器——武汉大学.pptVIP

2009年全国大学生电子设计竞赛真题 C题：宽带直流放大器 题 目 基 本 要 求 设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压 电源 ,并符合以下基本要求： 电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV；AV可在0～40dB范围内手动连续调节 最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真 3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB 放大器的输入电阻≥50?，负载电阻（50±2）? 设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源 增益 噪声 压摆率 3dB带宽 ？？ 电源 题 目 发 挥 部 分 最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV 在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V 3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB 最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真 进一步降低输入电压提高放大器的电压增益 电压增益AV可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点） 降低放大器的制作成本，提高电源效率 其他（例如改善放大器性能的其它措施等） 基 本 要 求 分 析 采用一片可变增益放大器AD603和一片功率运算放大器THS3091即可实现基本要求： AD603具有42dB的可调增益范围，通过电位器改变VPOS和VNEG的电压差，即可手动连续调节增益。 It provides accurate, pin selectable gains of –11 dB to +31 dB with a bandwidth of 90 MHz or +9 dB to +51 dB with a bandwidth of 9 MHz. Any intermediate gain range may be arranged using one external resistor. THS3091具有很强的电流驱动能力，输出的正弦波很容易在50?的负载上达到2VRMS。 High Output Current Drive: ±250 mA 　　AD603的功能框图如图所示，采用由连续衰减器和固定增益放大器构成的X-AMP电路拓扑。输入噪声密度仅有1.3nV/√Hz，总谐波失真THD极小（-60dBc@10 MHz，Vo=±1V），增益能在40dB的宽动态范围内线性、连续调节（误差小于0.5dB）。 发 挥 部 分 分 析 增益要求。最大电压增益AV≥60dB，进一步降低输入电压提高放大器的电压增益 。 带宽要求。放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点）。 功率要求。输出的正弦波在50?的负载上达到10VRMS。 增 益 要 求 1、最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV 由于受到噪声影响，输入电压不可能无限制减小，最大电压增益也不会无限制地增大。在保证一定信噪比(﹥45dB)的情况下，Vimin可以小到200μVRMS。经过放大输出10VRMS，最大增益为94dB，本设计采用AD603连续可变增益与继电器切换放大倍数（三级）相结合的方式来实现。 　　AD8336是ADI 公司的另外一款可 变增益放大器。 可调增益范围： -26dB~34dB 大信号带宽： 80MHz@2Vpp 电压噪声：3nV/√Hz 电流噪声：3pA/√Hz 宽电压供电：±12V 因此只需要一片AD8336即可满足发挥部分60dB 的可调增益。 带 宽 要 求 　　题目中要求放大器的带宽可预置并显示 （至少5MHz、 10MHz 两点）。因此，可采 用继电器切换滤波器通道的方式实现。 　　并且在截止频率处要求快速衰减（0～ 4MHz通频带内增益起伏≤1dB；0～9MHz通 频带内增益起伏≤1dB）。本设计采用的9阶 无源椭圆低通滤波器完全满足题目要求。 功 率 要 求 输出正弦波在50? 的负载上达到10VRMS， 即28.28Vpp。必须做以 下的改进： 1.提高供电电压至 ±18V。 2.采用多片并联驱 动50? 负载。 本题的难点——直流放大 　　AD603的带宽和噪声特性都非常优良， 直流特性却不尽如人意。根据数据手册，其 输出失调电压高达±30mV！如果再经过末前 级放大和功率放大，直流误差可想而知。 　　不仅如此，制作时还发现，失调电压和 当前增益有关，仅仅用电位器调节失调电压 是不