寬頻直流放大器程序設計

㈠ 寬頻放大器的設計

一種可編程寬頻放大器的設計1 引言
隨著微電子技術的發展，寬頻放大器在科研中具有重要作用。寬頻運算放大器廣泛應用於A／D轉換器、D／A 轉換器、有源濾波器、波形發生器、視頻放大器等電路。這些電路要求運算放大器具有較高的頻帶寬度，電壓增值。為此，以可編程增益放大器THS7001和可 變增益放大器AD603為核心，設計一種可編程寬頻運算放大器。該電路增益調節范圍為-6～70 dB，步進間距為6dB，AGC為60 dB，-3 dB通頻帶為40 Hz～15MHz。矩陣鍵盤設置增益值、步進，點陣液晶顯示實時電壓有效值，人機界面友好，操作簡單方便。
2 系統總體設計方案
該系統主要由可控增益放大器、功率放大與峰值檢波、單片機顯示和控制3大模塊組成。其中可變增益放大器以THS7001和AD603為核心。單片機控制 THS7001實現增益粗調，並通過D／A轉換控制AD603實現增益細調，從而使總增益在- 6～70 dB的寬頻帶范圍內線虧簡兆性變化。前置放大器採用由寬頻電壓型反饋運放THS4011構成的射極跟隨器，可有效提高輸入電阻；後級功率放大器採用電流型反饋運 放AD811，提高系統帶負載能力。由二極體峰值檢波電路測量峰值，並通過A／D轉換、D／A轉換實現自動增益控制。通過鍵盤手動預置增益值，LCD實時 顯示預置增益值並輸出有效值。其系統總體設計框圖如圖1所示。3 器件選型及理論分析
3．1 輸入級電路運放選型
由於該電路雜訊主要取決於第一級放大器。所以選擇第一級運放成為決定雜訊大小的關鍵。電壓反饋型(VFB)運算放大器具有同相和反向輸人端阻抗基本相同 (均為高阻)，低雜訊，更好的直流特性，增益帶寬積為常數。反饋電阻的取值自由等特點：而電流反饋型(CFB)運算放大器則具有同相輸入端為高阻阻，反向 輸入端為低阻抗，帶寬不受增益影響，壓擺率更快，反饋電阻的取值有限制等特點。由此看出，CFB放大器適用於那些需要壓擺率快、低失真和可設置增益而不影 響帶寬的電路；而VFB放大器則適用於那些需要低調電壓、低雜訊的電路。因此選用電壓反饋型運放THS4011作為前級輸入。THS4011是一款高速低 雜訊運算放大器，其帶寬為290 MHz，壓擺率為310 V／μs，輸入雜訊為3．2 峰值檢波電路
峰值檢波電路由二極體電路和電壓跟隨器組成。其工作原理：當輸入電壓正半周通過時，檢波管 VU2導通，對電容C1、C2充電，直到到達峰值。三極體的基極由FPGA控制，產生1Oμs的高電平使電容放電，以減少前一銷租頻率測量對後一頻率測量的影 響，提高幅值測量精度。其中Vu1為常導通，以補償VU2上造成的壓降。適當選擇電容值，使得電容放電速度大於充電速度，這樣電容兩端的電壓可保持在最大 電壓處，從而實現峰值檢波。
該電路能夠檢測寬范圍信號頻率，較低的被測信號頻率，檢波紋波較大，但通過增加小電容和大電容並聯構成的電容池可濾除紋波。而後級隔離，則增加由OPA277構成的射極跟隨器，如圖3所示。4 系統軟體設計
4．1 程序部分設計
系統軟體設計遵循結構化和層次化原則，由一個主程序及若乾子程序構成。主程序通過調用子程序控制子程序間的時序，從而使整個程序正常運行。系統軟體設計部 分由單片機和FPGA組成。單片機主要完成讀取鍵值、控制增益和顯示功能。而FPGA則作為匯流排控制器，管理鍵盤、液晶和A／D轉換器與單片機之間的數據 交換。以Ouartus II 7．2為設計環境，用Verilog HDL硬體描述語言編程，完成各功能模塊的設計，並模擬測試設計好的各個模塊，再將各個模塊相互連接。程序以按鍵中斷為主線，以各項功能為分支，圖4為程 序流程。4．2 FPGA部分設計
FPGA主要完成A／D、D／A轉換器的串並轉換。採用12位D／A轉換器TLV5618，該器件是串列介面，大大節約系統埠資源，但MCU的P0、 P2埠是並行口，咐瞎與串列器件的時序匹配較復雜，用靜態口P1埠模擬串列口時序又會佔用MCU很多處理時間，影響系統效率。
為使MCU對串列器件操作簡單，把串列時序在FPGA中用狀態機描述，同時該控制狀態機又對MCU提供P0口、CS、WR的微機標准時序介面形式，這樣MCU只需選中相應地址，就可寫入所要得到的電壓數據，狀態機會完成串並轉換。
以串列介面時序將數據寫入器件並鎖存，與寫IO埠操作一樣簡單方便，而D／A轉換器模塊的輸出端既可得到相應輸出電壓，又達到控制增益的目的。
AGC部分採用循環結構，將A／D轉換采樣得到的數據與預設值循環相比較，再通過D／A轉換控制增益倍數，從而實現自動增益控制。5 測試方案及測試數據
該系統使用專門的測試儀器，包括單片機模擬器、雙蹤示波器、PC機、多功能函數信號發生器和交流電壓表等。調節輸入信號的幅值和頻率，結合示波器，測試寬 帶放大器的增益范圍以及通頻帶。測試結果表明，寬頻放大器總增益調節范圍為-6～70 dB。-3 dB通頻帶為40 Hz～15 MHz。將輸入信號頻率同定，改變輸入電壓幅值。記錄輸入電壓和輸出電壓的最大值和最小值。結果表明，AGC動態范圍大於60 dB。將輸入端短接，設置不同的電壓放大倍數，測量輸出電壓。結果表明，輸出電壓雜訊小於300 mV。6 結束語
寬頻放大器以可編程增益放大器THS7001和可變增益放大器AD603為核心，利用數字技術實現增益的步進和預置。總增益范圍為-6～70 dB，通頻帶為40．Hz～15 MHz，AGC動態范圍達到60 dB。前置放大器採用低雜訊電壓反饋型運放THS4011，大大提高輸人電阻。後級功率放大採用電流型反饋運放AD811，有效提高系統的帶負載能力。系 統採用多種抗干擾措施，並結合軟體修正，實現較高的精度，具有良好的雜訊，線性性能以及較低的功耗。系統界面友好，操作簡單，經測試已投入應用。

㈡ 怎麼設計一個高頻寬頻功率放大器

電源電壓：VCC=+3V,VSS=-3V負載電容：2pf靜態功耗：<=20mW工作溫度：開環直流增益運坦：>=60dB相位裕度：>=30V/公模抑制比：>=60dB輸入失調電壓：<=20uV工作溫度范圍i：自擬溫度漂告陪移：<=20uV/°CESD保護電路：√旁友桐

㈢ 急 急 求大神幫忙設計一個射頻寬頻放大器畢業設計

恩，可行的，就說的

㈣ 如何設計一個直流電壓放大器

放大電路的設計還要看信號源的情搜運況，不吵漏搏是一個5000倍就能表述清楚的，信號源是1uV和1mV的設計方法不一樣。

用單電源升祥運放 AD8601做一個同相電壓放大電路，如下圖，R1 =1K R2=1K，Rf=29K,低電壓時，有一點誤差

㈤ 設計一個增益可自動變換的直流放大器

不用單片機做顯示，您是有多得閑啊？

㈥ 電子設計大賽報告論文

電子設計大賽報告論文

隨著人們自身素質提升，報告的使用成為日常生活的常態，多數報告都是在事情做完或發生後撰寫的。我們應當如何寫報告呢？下面是我為大家收集的電子設計大賽報告論文，歡迎大家分享。

摘要： 突出重點。電路主要由哪幾部分構成，針對某一技術難題，本組的解決方案。最後總結本設計的總體特點（穩定性、可控性、帶寬....），完成/基本完成了全部基本功能及擴展功能。本作品基於壓控對數放大器設計，由前級放大模塊、增益控制模塊、......

關鍵詞： 比較器正弦波—方波轉換電路……

一、總體方案設計

列些出設計功能，具體指標。

設計並製作一個寬頻直流放大器及所用的直流穩壓電源

（1）電壓增益AV≥40dB，輸入電壓有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范圍內手動連續調節。

（2）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥2V，輸出信號波形無明顯失真。

（3）3dB通頻帶0～5MHz；在0～4MHz通頻帶內增益起伏≤1dB。

（4）放大器的輸入電阻≥50，負載電阻（50±2）。

（5）設計並製作滿足放大器要求所用的直流穩壓電源。

根據要求，總體電路可由三個模塊構成：1.模塊一名稱；2.模塊二名稱；3.模塊三名稱。具體說明每一模塊的功能。

二、方案比較/論證（針對框圖中的每一模塊的內容進行方案比較）

2.1模塊一名稱

方案一：……

方案二：……

方案三：……

總體討論上述方案的利弊，做出本設計的選擇。

2.2模塊二名稱

方案一：……

方案二：……

方案三：……

總體討論上述方案的利弊，做出本設計的選擇。

2.3模塊三名稱

方案一：……

方案二：……

方案三：……

總體討論上述方案的利弊，做出本設計的選擇。

2.1可控增益放大器

方案一： 採用場效應管或三極體控制增益。主要利用場效應管的可變電阻區（或三極體等效為壓控電阻）實現增益控制，本方案由於採用大量分立元件，電路復雜，穩定性差。

方案二： 為了易於實現最大60dB增益的調節，可以採用高速乘法器型D/A實現，比如AD7420。利用D/A轉換器的`VRef作信號的輸入端，D/A的輸出端做輸出。用D/A轉換器的數字量岩猛輸入端控制傳輸衰減實現增益控制。此方案簡單易行，精確度高，但經實驗知：轉化非線性誤差大，帶寬只有幾kHz，而且當信號頻率較高時，系統容易發生自激，因此未選此方案。

方案三： 根據題目對放大電路增益可控的要求，考慮直接選取可調增益的運放實現（如運放VCA810）。其特點是以dB為單位進行調節，可調增益±40dB，可以用單片機方便地預置增益。

方案三電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易於數字化用單片機處理。所以本系統採用方案三。

三、理論分析及參數計算

根據設計要求，針對上述所選方案，進行指慎理粗逗橋論分析及整體電路主要外圍元器件參數計算。

3.1帶寬增益積

帶寬增益積(GBP)是這是用來簡單衡量放大器的性能的一個參數，這個參數表示增益和帶寬的乘積。按照放大器的定義，這個乘積是一定的。題目中要求放大器最大電壓增益AV≥60dB，即Gain≥1000V/V。

放大器的通頻帶0～10MHz，所以本放大器的帶寬增益積為GBP=1000*10M=10G

單個放大器是很難達到10G的GBP，所以我們考慮多級放大器級聯。

經過查閱手冊，OPA691的GBP為450M，級聯上後級的VCA810和THS3120，足以達到題目要求。

四、單元模塊設計

4.1模塊一電路：

根據理論分析結果設計電路，進行器件選擇，（介面電路的連接），對所選電阻、電容、運放等的參數大小進行分析計算，描述模塊中信號的流向、變化，畫出具體電路圖。

4.2模塊二電路：

.......

4.3模塊三電路：

.......

4.1壓控增益電路

可控增益調節部分我們使用壓控增益放大器VCA810，VCA810在寬頻帶工作模式下，增益控制范圍為-40dB～+40dB，且控制電壓與增益dB數成線性關系，滿足設計要求。其中1腳為了匹配輸入阻抗並接了50

的電阻，8腳接25的偏置電阻，其中5腳接500的負載電阻.......如圖2所示。

五、系統測試及數據分析

5.1測試方法

5.1測試方法

（1）用示波器和信號發生器手動掃描測帶寬。

（2）用串入電阻法測輸入電阻10MHz帶寬測試結果：

打開帶寬控制開關選擇不同帶寬進行設置增益40dB，Vinp-p=3mV，觀察示波器測試信號源的頻率及步進，並記錄電壓峰值。

5.2測試儀器

5.2測試儀器

（1）泰克TDS100260M數字示波器

（2）RIGOLDS102220M信號源

5.3測試數據（根據要求列出各個表格,列出實際測量實際值及理論值，最好能進行多次測量，保證數據的確切性，不是偶然的。）

5.4數據分析（根據5.3的各表格，分析電路指標是否達到題目要求）

由表1可以看出放大器在預置帶寬為5M的時候，0~4M通頻帶內很平坦，最大起伏出現在3M、增益40dB的時候，放大dB數為，,完全符合題目要求中通頻帶內增益起伏≤1D的指標。

由表2可知，系統可以實現電壓預置並可以實現5dB的步進，而且可以輸出9V左右的有效值。

六、結論

總結達到那些指標：

總結未達到那些指標，分析可能原因。

6.1作品達到了題目所有基本和部分擴展功能及指標的要求：

（1）最大電壓增益Av≥60dB，輸入電壓有效值Vi≤10mV。

（2）在Av＝40dB時，輸出端雜訊電壓的峰－峰值VONPP≤0.03V。

（3）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥5V，輸出信號波形無明顯失真。

（4）電壓增益Av可預置並顯示，預置范圍為0～60dB，步距為5dB並且可以手動連續調節）；放大器的帶寬可預置並顯示（5MHz、10MHz兩點）。在通頻帶內增益起伏≤1dB。

（5）通過製作開關電源來提高電源效率。

（6）本設計多使用集成晶元，以較低的成本實現了題目要求。

6.2存在問題及改進措施：

㈦ 09電賽c題 寬頻直流放大器 通頻帶內增益起伏控制!!

首先是運放的選擇，如果打算做高頻類的灶衡題目，我想大家一定準備了AD603這個比較經典的運放。帶通是能滿足了，這是一個可變增益的運放，當然還有其他的普通運放，比如AD8065,我們的示波器用到的，以及OP37，CLC221A（網上有他的電路，但是相位的相應怎麼樣，能滿足線性嗎？）等在基本參數上都可以滿足，可以適用的晶元很大，可以去網上參考一下示波器，頻譜儀，無線接收的前級設計。運放不要選擇正好10M帶通的運放。一半要20M以上帶通的。對於溫漂有要求，溫漂一定要小。
在設計電路的時候我有一點經驗，那就是要擅長於使用電感，在做這類題目的時候，國內的學生似乎不太會考慮使用電感，可能怕電路不穩定慧輪產生振盪，其實你們可以擯棄這些觀點，適當地使用是電感，可以起到很多意想不定到的效果，在高頻的抑制，相位的補償都有作用。還有一點就是不要使用太低的電源電壓給運放供電，2V的有效值，一般要5V以上的電源供電，這樣處理起來很方便。同時防止靠軌太近引起的信號失真。10M的帶寬，做完後測隱碧做試過程中按照實際的效果采樣高頻和低頻的補償措施，以使信號在通頻帶內的增益更加平坦。

㈧ 什麼是寬頻直流放大器

在現代電子設備、通訊設備和科研生產中常需要利用放大電路將感測器輸出的微弱信號或通信接收端接收到空中微弱的信號進行提取、放大。只有將信號放大到一定程度才能滿足後級設備的要求，使分析結果正確。同時很多設備還要求具有一定輸出功率，才能驅動後級設備或使通信的發射端將信號有效傳輸到接收端。然而面對多種多樣的放大要求塌鋒昌，現在的放大電路難以在頻帶、增益動態范圍、功率等參數滿足設計要求。為此，這團扒里設計一種寬頻直流放大器，該直流放大器的頻率從0 Hz到10 MHz，增益調節范圍為0～75 dB，帶寬可設置為5 MHz或10 MHz兩種，後級功率放大電路可輸出20 V的峰峰值。該系統成本低廉，精度高，滿足一般生產科研實驗要求，可應用於多種場合，具有推廣性。
1 系統設計方案
1．1 可控增益放大
可控增益放大由可變增益放大器(VGA)AD603實現的。AD603具有單通道基緩、寬頻帶、低噪音、低畸變、高增益精度等特性，其內部是由R-2R梯形電阻網路和固定增益放大器構成，施加在其梯型網路輸入端的信號經衰減後，由固定增益放大器輸出，增益量是由增益控制介面參考電壓決定；而該參考電壓是通過單片機進行運算並控制D／A轉換器輸出其控制電壓來獲得的，從而實現較精確的數字控制。此外AD603能提供由直流到30 MHz以上的工作帶寬。電路集成度高，易於單片機控制，穩定性好，滿足系統要求。
1．2 後級功率放大
採用多片集成運算放大器並聯組成後級功率放大電路，通過改變放大器的增益實現不同倍數放大，多片放大器並聯可提供較大的輸出電流。多片集成運算放大器並聯放大電路結構較為簡單，易於實現，且輸出波形可無明顯失真。該系統選用高壓低失真電流反饋型放大器THS-3091，最大驅動電流可達350 mA，3片THS3091最大可提供為l050mA的電流，完全滿足系統設計要求。
1．3 濾波電路
根據系統設計要求，需要一個5 MHz和10 MHz的低通濾波器，一般集成濾波器和有源濾波電路都難以達到上述帶寬要求，且價格高。因此，該方案採用七階無源橢圓濾波器，該濾波器具有結構簡單、成本低廉、帶寬大，穩定性好，波動小等特點。並利用濾波器設計軟體filter solution快速設計出通帶波動小阻帶衰減大的濾波器。
2 系統硬體電路設計
系統總體設計方案如圖1所示，該系統由前級信號調理電路、可控增益電路、加法器電路、濾波選擇電路、後級程式控制放大電路和後級功率放大電路組成。

該系統設計的前級信號調理電路可對輸入信號進行阻抗匹配以及10倍放大，以提高輸入信號的信噪比；可控增益放大電路是以AD603為核心組成的，可對輸入信號實現-10～+30 dB的放大；加法器電路可實現對信號的零點漂移的有效調節，從而抑制零點漂移；以繼電器為核心的濾波器選擇電路可實現對信號的帶寬為5 MHz或1O MHz的選擇；由MAX309和THS309l組成的後級程式控制放大電路可對信號分別實現0．01，0．5，5，10倍的放大；功率放大電路由3片THS3091並聯構成，驅動50 Ω負載，輸出信號峰-峰值可達20 V且無明顯失真。
2．1 可控增益放大電路
可控增益放大電路是以可變增益放大器AD603為核心，信號直接輸入AD603的引腳3，引腳2輸入偏置電壓，並聯10 μF電容構成低通濾波器濾除輸入電壓噪音，引腳1的電平通過16位高精度D／A轉換器MAX541來調節增益放大，該的基準電壓是MAX6225的輸出電壓。AD603的5引腳與7引腳短接使其工作增益范圍為-10～+30 dB，帶寬為90 MHz狀態下，而其供電電壓通過10μF和0．1μF並聯接地去耦，提高系統穩定，抑制自激，如圖2所示。

2．2 後級程式控制放大電路
後級程式控制放大電路主要由模擬開關MAX309和THS3091構成，MAX309導通電阻約100Ω，可通過10 MHz以上的信號，容性負載小，使用方便，易於編程，可通過FPGA對MAx309進行開關選通，前級為同相放大，放大倍數為2倍，有利於信號隔離和傳輸，提高驅動負載能力，該電路可對輸入信號實現0．01、0．1、1、10倍的放大，如圖3所示。

2．3 後級功率放大電路
後級功率放大電路由3片THS3091並聯構成，±15V供電時，最大輸出電壓峰峰值可達20 V，根據該器件數據資料，THS3091輸出電流最大可達350 mA，為了達到輸出功率的要求，使用3個THS309l進行並聯，負載電阻由4隻200Ω電阻並聯組成。信號由同相端輸入，增益設置為3．8倍，起到隔離和放大信號的作用。如圖4所示。

3 系統軟體設計
本系統軟體部分由以單片機為核心的最小系統構成，進入歡迎界面後通過ENTER鍵可進入主菜單界面。通過不同的按鍵可選擇不同的軟體設置，系統軟體設計有兩檔校準放大電路中零點漂移，自動校準和手動校準。按鍵2可對放大系統帶寬進行選擇，按鍵3可選擇增益調節方式為手動連續調節，按鍵4可對電壓增益進行預置，預置范圍為0～75 dB，步距為5 dB。對系統所有設置可實時顯示，人機交互界面友好，軟體設計詳細流程如圖5所示。

4 測試方案與測試結果
4．1 測試條件
對該帶寬直流放大器在28℃室溫的環境下進行測試，其而測試儀器及型號如下：直流穩壓電源，SGl733SB3A；60 M示波器，Tektronix TDS1002；數字信號源，Tektronix AFG310；PC機，聯想WindOWS XP；模擬機，E51／S偉福模擬機。
4．2 測試結果
表1給出在放大器的通頻帶為5 MHz，輸入信號有效值為20 mV，預置增益放大為40 dB的測試條件下，改變其輸入信號的頻率，所測得的輸出信號的峰峰值；表2給出在放大器的通頻帶為10 MHz，輸入信號有效值為5 mV，預置增益放大為60 dB的測試條件下，改變其輸入信號的頻率，所測得的輸出信號的峰峰值。其最大輸出電壓峰峰值為20 V。

5 結束語
以VGA AD603為放大器核心的寬頻直流放大器，實現了對0～10 MHz正弦信號的0～75 dB放大，帶寬可設置為5 MHz或10 MHz兩種，在50Ω負載下最大輸出電壓峰峰值為20 V。如果採用MSP430F449代替以單片機AT89C55WD和FPGA構成的最小系統的控制可以增加性價比，同時可進一步減小雜訊。後級功率放大電路可採用±18 V代替±15 V，可進一步將信號的峰峰值提高到28 V以上，同時後級應採取一些保護措施(如加風扇)減小後級電路的溫度，增強系統穩定性。該系統設計採用PCB製作，可增加抗干擾性，抑制自激，具有廣泛的市場空間。

㈨ 寬頻直流放大器的設計報告

如何製作寬頻直流放大器1．基本要求（1）電壓增益AV≥40dB，輸入電壓有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范圍內手動連續調節。（2）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥2V，輸出信號波形無明顯失真。（3）3dB通頻帶余賣0～5MHz；在0～4MHz通頻帶內增益起伏≤1dB。（4）放大器的輸入電阻≥50W，負載電阻（50±2）W。（5）設計並製作滿足放大器要求所用的直流穩壓電源。2．發揮部分（1）最大電壓增益AV≥60dB，輸入電壓有效值Vi≤10 mV。（2）在AV＝60dB時，輸出端雜訊電壓的峰－峰值VONPP≤0.3V。（3）3dB通頻帶0～10MHz；在0～9MHz通頻帶內增益起伏≤1dB。（4）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V，輸出信號波形無明顯失真。 （5）進一步降低輸入電壓提高放大器的電壓增益。（6）電壓增益AV可預置並顯示，預置范圍為0～60dB，步距為5dB（也可以連續調節）；放大器的帶寬可預置並顯示（至少5MHz、 10MHz 兩點）。（7）降低放大器的製作成本，提高電源效率。（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。三、說明1．寬頻直流放大器幅頻特性示意圖如圖1所示。 2．負載電阻應預留測試用檢測口和明顯標志，如不符合（50±2）W的電阻值要求，則酌情扣除最大輸出電壓有效值項的所得分數。3．放大器要留有必要的測試點。建議的測試框圖如亂和圖2所示，可採用信號發生器與示波器/交、直流電壓表組合的靜態法或掃頻儀進行幅頻特性測量。四、評分標准設計報告項 目主要內容分數系統方案比較與選擇方案描述2理論分析與計算帶寬增益積通豎陪逗頻帶內增益起伏控制線性相位抑制直流零點漂移放大器穩定性9電路與程序設計電路設計8測試方案與測試結果測試方案及測試條件測試結果完整性測試結果分析8設計報告結構及規范性摘要設計報告正文的結構圖表的規范性3總分30基本要求實際製作完成情況50發揮部分完成第（1）項7完成第（2）項2完成第（3）項7完成第（4）項6完成第（5）項12完成第（6）項5完成第（7）項6其他