射频宽带放大器报告终版Word文件下载.docx

1、一、方案论证1.60dB增益设计宽带运放实现，采用高带宽，大压摆的宽带运放实现60dB放大。由于运放具备高开环增益、高输入阻抗和低输出阻抗，所以由运放够成的放大器电路具备较好的线性，但由于运放的高开环增益以及反馈机制的存在，运放电路频率响应一般比较差。采用OPA847作为第一级放大，具有超低输入电压电流噪声，超高增益积带宽。在放大十倍的情况下，OPA847具有3.9GHz的增益带宽积。2.放大增益可调设计方案一：固定增益与电阻网络衰减。通过前级放大电路进行固定增益放大，后级由电阻网络衰减，如电位器，实现060dB范围内增益可调。方案二：采用压控放大器。采用压控放大器（VCA），其增益可由外部电

2、压控制，实现一定范围内增益可调。采用VCA824，放大两倍小信号时带宽达到710MHz，压控电压范围为-5V+5V，最大增益可调为20dB对于方案一，电路简单，易于实现。到那时由于输入信号较大，在高频电路中，电阻易产生热噪声，同时具有电容和电感特性，对信号造成干扰。综合考虑故采用方案二，采用VCA824且采用两级级联的方式，在增大可调范围的同时，保证中间级有足够的带宽。3.后级电压放大模块的选择利用电流反馈放大器（THS3091）作为后级功放带动50的负载，THS3091为电流反馈放大器，没有严格的增益带宽积，适合高频设计，且具有优点为输出电流大。系统框图如下：二、电路设计1.前级放大电路：

3、第一级选择的放大芯片为OPA847,设计将其配置成10倍的放大倍数，用5V电源供电，能够很好的实现降噪并拓展带宽的要求。电路图可以在TINA或者Multisim中仿真。2.中间级放大电路：中间级采用两级串联的VCA824,它在放大20dB的时候带宽仍可达到320Hz，满足要求，有多种配置方式，在不同的配置方式随着最大增益的提高会有所下降，综合考虑题目要求，将其配置为最大增益为20dB的模式，并采用两级串联，可以有更大的可控范围，从而满足题目要求：在060dB可调。由于高增益，直流零点温漂必须被考虑在内，故在两级之间加入抑制零点漂移电路，以使信号放大不失真。3.后级放大电路 后级采用THS309

4、1，是电流反馈放大电路，优点在于电路带宽受增益影响较小，可以放大的同时满足带宽要求，带宽主要受反馈电阻的影响，根据THS3091芯片手册上的电路对其外围电路进行设计，考虑到系统噪声和供电，采用5V对其供电。由于前三级放大倍数基本达到预定要求且为了使带宽达到要求，所以该级设定较小的电压增益倍数仅为1.1倍。发现带宽平坦度较好，能满足题目的带负载能力。4.压控电路 采用LM324和MC1403,组成压控部分。LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为

5、MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。三、理论分析与计算1.增益分配计算电压反馈型运算放大器的增益和带宽之间存在一定的关系，增益越高，带宽越窄，增益带宽积：BWAv=C（常数）所以在设计放大器的时候，应该在增益和带宽之间折衷选择。按照题目发挥部分的要求，信号通频带为0.3100MHz，最大电压增益Av60dB，最小增益带宽积为：100M1000=100GHz.同时题目要求电压增益B，因此本系统采用多级压控放大实现B增益可调。考虑到第二级输入大于200mV时易失真，因此第一级输出信号不易过大，故前级采用固定增益，由宽带高压摆

6、率运放OPA847实现10倍增益（20dB）。中间级通过压控放大器VCA824实现0.055V/V增益可调。VCA824带宽350MHz，增益范围030dB可调，采用两级级联，可以有更大的可控范围，增益可调范围已达到060dB的要求。2.带宽计算 B1=460MHz B2=320MHz B3=195MHz系统通频带由三级放大电路共同决定。满足0.3100MHz的通频带要求。3.频带内增益起伏控制经过上面的合理分配各级增益，使得各级带宽满足要求，四级级联后，180MHz内增益起伏小于1dB。为了尽可能排除其他因素影响增益起伏，选用OPA847作为第一级放大，根据OPA847 Datasheet提

7、供，其增益为G=12时，带宽高达600MHz。中间级的VCA824在一定频带内输出信号会有波动，根据VCA824Datasheet提供，在压控电阻端控制进行频率补偿，可扩展信号频带，使输出信号增益稳定。调节直流偏置，最终达到180MHz内增益起伏为0.9dB左右。4.射频放大器稳定性分析由于系统输入信号频率为0.3100MHz，信号有效值小于1mV，放大器在工作过程中容易引入噪声。因此，本次设计前级固定增益放大电路，第一季增益较低（10倍），减小噪声对后级的影响，提高稳定性。同时，为提高高频下的电路性能稳定性，降低噪声影响，电路中所有芯片的电源接口采用10F与0.1F电容滤波。另外，电路全部使

8、用贴片式封装的芯片、电容、电阻，并在电路板设计中将电源层、地层与信号层分开，而且十分注意线路的走向、交互等细节，尽可能地使电路有更好的高频下工作性能。四、系统测试1.测试仪器1）数字示波器2）DDS函数信号发生器3）数字万用电表2.测试方案及测试条件1）电路仿真与级联调试 运用仿真软件先对每一级电路进行仿真，调整参数，达到要求后焊接电路，进行单级测量，包括是否达到预定增益指标，增益起伏是否满足要求等。 成功后，将四级级联，整体测试，初步得出结果，再将电路进行固定，调整布局，进行指标测量及电路参数修改，最后进行装箱测试。2）测试条件 检查多次，仿真电路与硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查

9、无误，硬件电路保证无虚焊。3.测试结果与分析 将各级电路级联起来,模拟电压输出至 VCA824，手动调节增益。测试最大放大倍数、带宽、噪声，测试相关参数。 1宽平坦度、截止频率测试:当供电电压为5V时,输入有效值Ui=1 mV，使得增益为 55dB 时,测量出输入信号频率与增益之间的关系。结果0-80MHz内，电路的频率特性曲线在接近80MHz时略有起伏但基本满足起伏小于1dB的要求。另外测得下限截止频率为0.1MHz以下，上限截止频率为180MHz左右。当增益大于55dB后，电路发生明显的高频振荡，经多次调试后仍无法消除，据推测原因是电路中的电容值未能匹配好，理论上可以通过超前补偿解决，但由

10、于电路板空间较小未能实现。2噪声测试:在增益大于60 dB的情况下,将输入接地,测得输出噪声较大。原因可能为焊接的时候未能将不同电路模块很好的隔离开。3增益特性测试:当供电电压为土5V,输入信号频率为10 MHz,最小输入为1 mV 有效值时,输出最大为峰峰值3.664 V。当输入为20 mV有效值时,输出最小为峰峰值 20 mV。基本满足对电压增益的要求。五、作品成效总结分析根据实际测量表明，选用OPA847， VCA824，THS3091，MC1403，LM324分别作为前级放大，中间级放大，后级放大和控制电路的电路组合，可以满足输入1mV有效值时，增益在055dB可调，180MHz范围内增益起伏小于1dB，下限频率为0.1MHz，上限频率为180MHz，以及输出电压，噪声，输入输出阻抗等性能要求。六、参考资料黄智伟. 射频小信号放大器电路设计. 西安：西安电子科技大学出版社，2008钱振宇. 开关电源的电磁兼容性. 北京：电子工业出版社，2005康华光. 电子技术基础（模拟部分）. 武汉：高等教育出版社，1979OPA843芯片手册VCA824芯片手册THS3091芯片手册LM324芯片手册MC1403芯片手册七、附录电路原理图