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基于VCA810的直流宽带放大器设计电子科学学院 电子科学与技术13-1 徐飞 130901240130[摘要]：随着社会生产力的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带放大器是上述通信系统和其他电子系统必不可少的一部分，低噪声放大电路模块很大程度上决定了系统的整体指标。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们对它的要求也越来越高。[关键字]：宽带放大器；VCA810；单电源；峰值检测1 总体设计方案1．1 主要指标宽带放大器设计技术指标宽带放大电路的设计中主要考虑增益、通频带、动态范围，稳定性等。这里设计的主要指标如下：(1)用5 V单电源供电，输出为50 Ω阻性负载；(2)放大器电压增益大于等于40 dB(100倍)，并尽量减小带内波动；(3)在最大增益下，放大器下限截止频率不高于20 Hz，上限截止频率不低于10 MHz；(4)在输出负载上，放大器最大不失真输出电压峰峰值大于等于10 V。放大器输入为正弦波时，可测量并数字显示放大器输出电压的峰峰值和有效值。1．2 总体方案描述系统组成框图如图1所示。系统主要由4个部分构成：前置放大电路、可控增益放大电路、后级功率放大电路和单片机显示控制模块。第一级用OPA820ID构成的放大电路增益为6 dB，实现了输入阻抗匹配；可控增益放大电路由VCA810组成，实现了-40～+40 dB的动态增益变化；后级放大电路增益为14 dB；单片机显示控制模块完成对VCA810的控制以及输出电压检测功能并用液晶显示输出电压的峰峰值和有效值。图1系统总体框图1．3 电路设计1.3.1前级放大级前级放大电路由OPA820ID组成，OPA820是单位增益稳定低噪声电压反馈运算放大器，具有特点是：高带宽(240 MHz，G=+2)；高输出电流(±110 mA)；低输入噪声；完美的电流准确性，25℃输入偏置电压=±750μV，输入偏置电流为±400 nA信号从同相端输入，增益为(1+R17／R18)=2倍，为6 dB。电路如图2所示。图2 前级放大电路1.3.2程控放大级程控放大器选用TI公司生产的集成压控增益放大器VCA810作为主增益控制，压控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，VCA810具有-40～+40 dB的增益控制范围，精度达到1 dB，带宽25 MHz。控制电压由单片机控制DAC产生，VCA810的控制电压为0~-2V，而单片机的DA输出为正电压，因此还需将DA输出电压经过反相之后才可以加到VCA810的控制电压输入口。而如图3所示。?图3 VCA810增益控制电路1.3.3末级放大级末级放大电路由THS3091 D构成，THS3091D是高输出电压低失真的电流反馈运算放大器。具有特点是：高带宽(210 MHz，G=2，RL=100 Ω)；高输出驱动电流(250 mA)；低失真、低噪声；高供电电源范围(5～15 V)；信号从同相端输入，增益为1+1 000／250=5倍。输出采用两个THS3091并联的方式，增加驱动能力。如图4所示。图4 末级放大电路1.3.4峰值检波峰值电压检测电路采用高频三极管组成射级跟随检波电路，三极管包络检波器具有一定的放大作用，Kd1，同时还使输入电阻Rid增大为二级管检波器的(1+β)倍。检测得到的峰值通过A／D转换，再由单片机显示输出电压的幅值。检波电路如图5所示。图5 检波电路图1.3.5稳压电路采用DC／DC定电压隔离非稳压模块A0512S-2W，将5 V单电源变换成±12 V，再利用稳压模块变换成±5 V电源，给前两级放大器供电。电路如图6所示。类似地，用定电压隔离模块A0515S-2W，将5 V变换至±15 V电源为末级放大器供电。如图6所示。图6 稳压电路图1．4 理论分析与计算(1)增益分配。为实现阻抗匹配，系统第一级为输入缓冲级，为了扩展系统的通频带，输入缓冲级增益为6 dB。VCA810的增益调节范围为-40～+40 dB，最高的线性增益误差只有0．3 dB／V，末级放大电路设计了增益为14 dB，这样整个放大电路的增益为-20～+60 dB可调。? VCA810最大输出电压峰峰值为3．6 V，后级放大器增益为5倍，可以使最大不失真输出电压峰峰值大于等于10V。(2)通频带分析。前级放大芯片选用OPA820ID，其增益为2的时候，带宽为240 MHz，带宽增益积为480 MHz。VCA810的带宽为固定的25 MHz而末级的THS3091D的带宽增益积为420 MHz，当增益为2时，带宽为210 MHz。由以上分析可知，整个系统上限截止频率不低于10 MHz。另外，三级电路采用的是直流耦合方式，下限截止频率不高于20