寬帶直流放大器開題報告

1、合肥窄防HEFEI UNIVERSITY畢業設計（論文）開題報告題目寬帶直流放大器的設計與研究系別 電子信息與電氣工程系專 業通信工程班 級09級通信工程（2）班姓 名指導老師完成時間 2013 03 29合肥學院電子信息與電氣工程系畢業設計（論文）開題報告學生：汪皖春班級：09通信工程2班論文題 目寬帶直流放大器的設計與研究導師姓名李翠花可行性方案分析要求包含以下幾個主要部分：（不少于1500字）研究背景、主要內容、設計方案、技術路線、關鍵問題、時間安排見附頁參考文獻1黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統設計M.北京：北京航空航天大學出版 社，2006.全國大學生電子設計競賽組委會編.全國大學

2、生電子設計競賽獲獎作品匯編 M.北京：北京理工大學出版社，2006.沈偉慈.通信電路（第2版）M.西安：西安電子科技大學出版社，2007.高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程模擬電子線路設計M.北京： 電子工業出版社，2007.第六屆全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編M.北京:北京理工大學出版社， 2003.開 題 小 組 及 教 研 室意 見開題小組簽名：年 月 日研究背景:隨著微電子技術的發展，人們迫切地要求能夠遠距離隨時隨地迅速而準確地傳送多媒體 信息。于是，無線通信技術得到了迅猛的發展，技術也越來越成熟。而寬帶放大器是上述通 信系統和其它電子系統必不可少的一部分。由此可知，寬帶放

3、大器在通信系統中起到非常重 要的作用，于是人們也對它的要求也越來越高。寬帶直流放大器在科研中具有重要作用，寬 帶運算放大器廣泛應用于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。例如在通訊、廣播、雷達、電視、自動控制等各種裝置中。因此寬帶直流放大 器應用十分廣泛，有非常好的市場前景。寬帶直流能夠放大直流信號或變化極其緩慢的交流 信號，它廣泛應用于自動控制儀表，醫療電子儀器，電子測量儀器等。目前在無線通信、移 動電話、衛星通信網、全球定位系統:GPS)、直播衛星接收(DBS). ITS通信技術及毫米波自 動防撞系統等領域有著廣闊的應用前景，在光傳輸系統中，寬帶直流放大器

4、也同樣占有重要 地位。主要內容：本系統利用C8051F120單片機作為主控制器，設計并實現了一寬帶直流放大器，通過 三級直接耦合放大和一級功率放大，放大倍數為040dB，通頻帶為010MHZ可預置。通 頻帶內增益起伏W3 dB；由外置鍵盤實現增益可控預置，步距為5dB；由LCD12864同步顯 示增益預置值和增益步進值；利用單個元器件的零點漂移特性，巧妙采用放大級正向、反向 輸入端，有效的抑制了零漂。整個系統實現簡單，操作界面友好。設計方案：方案一：集成運放和分立元件相結合。寬帶集成運放級聯構成前置放大電路，實現小信 號的前置放大及增益要求;運算放大器加分立器件三極管構成功率擴展型電路實現末級

5、功率 放大。方案二：采用分立元件，利用高頻三極管或場效應管差分對構成多級放大電路，末級采 用大功率器件來保證輸出功率，通過負反饋電路來確定增益。該方案可實現的放大器工作頻 率高、功率大，但其電路比較復雜，且零點漂移嚴重，難以實現直流信號的放大。此外，由 于電路采用了多級放大，其穩定性差，容易產生自激現象。方案三：采用集成運算放大器芯片級聯構成。集成運放芯片使用簡單，精度高，但是采 用這種方案，放大器可能會出現輸出功率不夠，因此我們采用兩個功率集成運放并聯的方式 實現增大輸出功率。方案選定：經三種方案比較，考慮到集成運放高增益、低直流漂移的優點和增益容易控 制，決定采用方案三。技術路線：1、設計

6、框圖以單片機為控制器，輸入信號通過前置放大、中間級放大，再經過通頻帶選擇網絡完成 對通頻帶帶寬的選擇，由末級放大器輸出。通過鍵盤控制選擇通頻帶帶寬、電壓增益等參數， 并由顯示器同步顯示增益預置值和增益步進值。圖1寬帶直流放大器系統框圖2、硬件電路設計前級放大電路+5V圖2前級放大原理圖前置放大電路使用電壓跟隨器實現，如圖2所示。考慮到本系統的通頻帶為010MHz，為避免引入噪聲，其輸入阻抗必須限定50。100。之間，若電壓跟隨器的阻抗為Rj，圖2電路的輸入阻抗為R = R / R = R * R j 機 Rin j k R + R k實際電路取Rk=100 ，則50 。此前置放大電路還具有緩沖

7、、隔離的功能，其電壓增益接近于1，運算放大器選用OPA642,此放大器的增益帶寬積為400MHz。中間級放大器R6EILflK R2其L00本級放大器由固定增益模塊和增益控制模塊組成，增益達42dB，帶寬為12.5 MHz,實現增益從22dB到42dB可控，并能實現增益為5dB步進可調。OPA620集成運放的開環增益帶寬積為200MHz，為滿足系統最大通頻帶為10MHz的 要求，由OPA620構成的單級閉環放大器的最大增益不能大于增益帶寬積200 MH zA （dB ） = = = 20 d B10 MH z10 MH z由OPA620的幅頻和相頻特性（如圖4所示）得，當單級閉環放大器的增益為

8、20dB時， 線性相位為零的最大頻率約為3MHz 10MHz，由此得出當單級閉環增益16dB時，通頻帶 為12.5MHz，滿足通頻帶帶寬的設計要求。若同時獲得60dB電壓增益，至少需要四級放大。第一級放大器，取R1=100O，R2 =100。，R 由公式 20lgAV = 20lg(1 + r3 )R6 =630。，Av2 =6.3 倍。=16 dB，得R3=530。，Av1 =6.3倍；同理可得第二級放大器:2% +1DVjiV DLOSED-LODP圖4 0PA620的幅頻和相頻特性增益控制模塊：在兩級6.3倍（16dB）單閉環放大器級聯后，再級聯一級可變增益放 大器（AD603），以實現

9、對電壓增益預置和步進的控制，如圖5所示。AD603增益與控制電 壓的關系為AG （dB） =40Ug+10，輸入控制電壓Ug由AD603的1腳輸入，控制電壓范圍 為-0.5+0.5。單片機可以通過D/A （將數字量轉換為對應的模擬電壓量Ug）來控制AD603 的放大倍數，中放的最大增=AGdB+16dBX2o設計時Ug取值范圍為-0.50，從而實現增 益從22dB到42dB可控，并能實現增益為5dB步進。（3）末級放大電路U2當系統負載電阻為（502）。時，最大輸出電壓VoN10V,則由公式P = R可計算出 最大輸出功率為2.08W。經前置放大和中放電路放大后，不具備驅動負載的能力，需經末級

10、 功率放大電路放大后才能達到系統對輸出功率的要求。參考音頻放大器中驅動級電路，考慮 到負載電阻為（502）。，輸出有效值大于10V，末級采用兩級三極管直接耦合功率放大器， 如圖6所示。末級放大電路的電壓增益在第一級，第二級采用了一對攣生功放管D669A和 B649A （特征頻率fT=140MHz，Ic=1.5A）進行功率放大。整個電路設計有頻率補償，可對0到10MHz的信號進行線性放大，放大倍數(1+0) R2rb +1(1 +P)x RJ R/ R在實際制作過程中通過調節可變電阻R10調整反饋深度獲得20dB增益，使整個放大器 的總增益為62dB，在10MHz以下的通頻帶內增益非常穩定，可有

11、效抑制通頻帶內增益起伏圖6末級放大原理圖（4）各級增益控制通過以上論述可得，系統總增益可調范圍是42 dB62 dB，不能滿足題目的要求。利用 兩組衰減網絡分別將系統增益衰減20 dB和42 dB，如圖7所示，可實現系統增益分別在020 dB、22 42 dB和4262 dB間變化，再結合增益控制模塊實現了系統增益手動連續可調、5 dB步進和預置。實驗測試得，經42 dB衰減網絡后，系統頻率特性仍較好。而經20 dB衰 減網絡后，輸入信號頻率在1MHZ以上時，增益有所下降，為穩定增益，在衰減電阻上并 聯15pF的電容進行頻率補償。采用三組繼電器對增益范圍進行切換，由單片機的I/O 口 P2.0

12、、 P2.1和P2.2控制繼電器的動作。關鍵問題:1、抑制直流零點漂移在實際電路中，輸出漂移會較為明顯，單級產生的零點漂移會是負漂移。中放設計中我 們抑制漂移的方法是，輸入信號從第一級運放的正向端輸入，輸出至第二級運放的反向輸入 端，且由放大倍數相同和選用元件參數盡可能一致，這種方法可使相鄰兩級的漂移相互抵消， 可達到抑制漂移目的。2、通頻帶內增益起伏控制及放大電路的穩定性本設計電路電壓增益在通頻帶內波動較明顯，通過對各級放大電路進行頻率補償，所以 在電源端增加去耦0.1uF和100uF電容，電容電阻的引線部分也要盡可能的短，并且采用屏 蔽盒對系統電路板進行屏蔽。時間安排：1、第14周：廣泛查閱資料明確設計方向準備開題2、第5周：對所選的寬帶直流放大器進行系統的認知和學習3、第6周：掌握制作寬帶直流放大器的電路原理4、第7周：掌握制作寬帶直流放大器的設計方法5、第8