1、射頻寬帶放大器射頻寬帶放大器主要內容1. 設計要求1根本要求1電壓增益 Av 20dB ，輸入電壓，輸入電壓有效值 Ui 20m V。Av在 020dB 范 圍內可調。2最大輸出正弦波 電壓有效值 Uo200mV，輸出信號波形無明顯失真 。3放大器 BW -3dB 的下限頻率 fL 0.3MHz ，上限頻率 fH20MHz ，并要求在 1MHz 15MHz 頻帶內增益起伏 1dB 。4放大器的輸入阻抗 = 50，輸出阻抗 = 50。2發揚要求1電壓增益 Av 60dB ，輸入電壓有效值 Ui 1 mV 。Av在 060dB范圍內可調。2在 Av 60dB 時，輸出端噪聲電壓的峰值 100m V

2、。3放大器 BW -3dB 的下限頻率 的下限頻率 fL 0.3MHz ，上限頻率 fH100MHz ，并要求在 1MHz 80MHz 頻帶內增 益起伏 1dB 。該工程要求在 Av 60dB 或可到達的最高電壓增益點，最大輸出正弦波有效值 Uo 1V ，輸出信號波形無明顯失真條件下測試。4最大輸出正弦波電壓有效值 Uo 1V，輸出信號波形無明顯失真。5其他例如進一步提高放大器的增益、帶寬等。oNppU2.方案選擇與論證3.系統總體設計方案 系統以MSP430F449單片機為控制中心，硬件部分主要包括前級小信號放大、程控增益放大、后級功率放大和繼電器控制模塊。軟件部分主要包括VCA824壓控電

3、壓的DAC輸出控制和繼電器選擇和切換控制以及按鍵和顯示，總體框圖如下:詳細模塊設計 詳細模塊設計二、程控增益放大電路 程控增益放大電路是整個系統增益可調的主要部分，它可以實現對增益延續可調。在設計中采用了程控增益芯片VCA824，VCA824是一款寬帶，電壓線性，延續可變的電壓控制增益放大器。其增益最大調理范圍可以到達40db，信號帶寬可以到達420MHz。在本設計中，運用了20db的調理范圍(主要是為了提高伐節的裕量) 單片機控制的12位串行D/A TLV5616來實現控制電壓的直流輸出0-1V，相應的增益為0-20db。詳細電路如下：詳細模塊設計三、后級功率放大電路 系統要求輸出負載50，

4、輸出電壓有效值不低于1V。因此在設計中選擇了電流反響型運放THS3091，旨在加強系統帶負載的才干。THS3091帶寬可以到達180MHz，壓擺率為7300V/us，最大輸出電流可以到達250mA，完全滿足系統要求，實踐測試當輸出電壓有效值大于1V時，輸出波形無明顯失真。詳細電路如下： 系統采用了電壓反響和電流反響運算放大器。接下來就這兩種放大器的增益設置和穩定性做實際分析。一、增益設置 1，正常任務頻帶內，電壓反響運放的增益和-3dB截止頻率表達式分別為： ， 即帶寬增益積為常數。所以電壓反響運放的-3dB帶寬位置受增益的影響，電壓增益增大時，帶寬成比例下降。在運用電壓反響運放時，要充分權衡

5、電壓增益與帶寬的關系。cmvfcCgAf2cvfmcmcvfvfvfCAgfgfCjAAA2,2114.實際分析及計算 2，系統輸出需求驅動50電阻，最大輸出電壓有效值不小于1V,那么運放輸出電流不小于20mA。本方案最后一級采用了THS3901，THS3091是一款電流反響運算放大器，其增益和-3dB截止頻率表達式分別為： 由上式可見，電流反響運放的增益和帶寬是相互獨立的，其-3dB帶寬位置僅受反響電阻Rf的影響，因此選取適宜的反響電阻非常重要，設計中采用的是官方引薦的電阻大小。cfccfvfvfCRfCfRjAA21,2114.實際分析及計算二、放大器穩定性 設反響放大器的穩態頻率呼應為:

6、其中， 為開環增益函數， 為反響函數。假設在某一頻率 上，滿足環路增益為當 ，即環路增益為0db時， ，那么 此時即使輸入信號為零，仍有某一頻率的信號輸出，即反響放大器出現自激。要保證反響放大器穩定任務，必需使其遠離自激形狀，這種遠離程度可用相位裕量 表示，其定義式為 ，顯然，相位裕量越大系統越穩定。因此，在實踐設計電路中，應預有足夠的相位裕量。)(1)()()(1)()(jTjAjBjAjAjAf)(jA)(jBosc1)()()(oscjoscoscTejTjT1)(oscjT)(oscT)(oscfjA)(-1800oscT4.實際分析及計算 嘗試過在普通電路板上焊接電路，結果發現非常容

7、易自激，最后決議采用PCB制造。利用Altium designer設計原理圖和PCB。競賽過程中由于時間和器材的限制，只能在實驗室內部就地取材，將銅板改做成最根本的印制電路板，由于器材限制不能運用過孔、通孔、雙層板等，對本次設計添加了一定的難度。 PCB底層和頂層大面積鋪地，降低接地總線的分布阻抗，在每個運放的電源管腳處用0.1uF和10uF的電容并聯去耦，同時使信號盡量在同一平面甚至是同不斷線上，加強系統的穩定性，降低噪聲。 5. 系統模塊設計5. 系統模塊設計前級放大OPA8475. 系統模塊設計程控放大VCA8245. 系統模塊設計第一級放大THS3091第二級放大THS3091繼電器切換5. 系統設計之實物圖5. 系統設計之實物圖測試條件9K3.2GHz函數信號發生器：型號ROHDE &SCHWARZ SMBV100A500M數字存儲示波器：型號Tektronix TDS3052C測試結果 系統測試輸入輸出出阻抗為50， -3dB通頻帶 , 。在9KHz102MHz頻帶內增益起伏小于1dB。本系統增益調理范圍0dB65dB之間，最大不失真輸出電壓有