直流宽带放大器的设计

2011-10-18谢风连

大众科技 2011年6期

关键词：前级程控宽带

沈放谢风连

（南昌大学科技学院，江西南昌 330029）

直流宽带放大器的设计

沈放谢风连

（南昌大学科技学院，江西南昌 330029）

文章采用AT89S52单片机作为微控制器，以可编程增益放大器AD603为放大电路的核心，设计并制作了具有增益预置和程控等功能的宽带直流放大器及所使用的直流电源。由AD603组成增益放大器，实现增益 0～40dB 范围内可按6dB步进调节或连续可调，在0～6MHz通频带内增益起伏在1dB以下；输出在600Ω负载上最大输出电压有效值Vo≥3V，波形无明显失真。整个作品制作成本低、功耗小，除个别指标未达到外，其它全部达到设计要求。

压控放大器；AD603；程控增益

直流宽带能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，对宽带放大器要求各不相同，特别是在通信系统和电子战系统的应用中，对宽带低噪声和功率放大器的性能指标有特殊要求。

根据要求设计一款直流宽带放大器，放大器输入阻抗不小于 1kΩ;单端输入，单端输出；放大器负载为 600Ω；3db通频带为6MHz，在20KHz-5MHz频带内增益起伏不大于1db；最大增益不小于40db，增益调节范围为10 ~ 40 db（增益值6级可调，步进间隔为 6 db，增益预置值与实测值误差的绝对值不大于2 db），需要显示预置增益值；最大输出电压有效值不小于3V。

（一）总体方案设计

1.直流宽带放大器

放大电路由前级放大和程控放大两部分构成。单片机通过预置“+”“-”键输出电压，通过 DA输出的电压值调节程控放大器的放大倍数，使输出值达到预设值。

输入信号经前级放大后经一个射随器进入可控增益放大，其放大倍数由单片机通过D/A转换器调整AD603的控制电压Vg并根据公式增益GAIN=40×Vg+20（dB）来设定。而在AGC模式下，此控制电压Vg是由AGC电路的反馈电压得到，不受单片机控制。

2.系统框图设计

根据要求，本系统设计主要包括以下几个部分：程控增益放大、直流稳压电源、D/A转换、高速放大隔离及微控制器等。系统构成如图1所示。

图1 系统构成图

3.方案论证

（1）程控增益放大

采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器AD603。通过单片机控制 D/A输出高精度直流电压来控制AD603内部的衰减网络，实现精度±0.5dB增益可调。用少数外围器件配合AD603可实现增益0~40dB连续可调。

（2）理论分析与计算

AD603主要有三种工作模式：当脚5和脚7短接时，AD603的增益为 40Vg+10，这时的增益范围-10dB～30dB，带宽为90Mhz；当脚5和脚7断开时，其增益为40Vg+30，这时的增益范围为10dB～50dB，带宽为9Mhz；当5脚和7脚接上电阻，其增益与带宽范围将处于上述两者之间。本设计采用脚 5和脚7间接固定电阻，使得AD603级联增益范围为0～40dB，带宽约为70MHZ，完全满足设计要求。

（3）抑制直流零点漂移

为了有效地抑制直流零点漂移，采用 DC/DC模块供电，并采用基于差模放大原理构成的差动式放大电路。

（二）单元电路设计

1.前级放大电路

前级放大电路由 AD818组成负反馈电路，电压放大倍数通过调节电位器满足要求。

2.程控增益放大电路

程控增益放大电路主要由 AD603级联构成。电压跟随器的反向输出端并联电阻与电容以改善系统的频率特性。

AD603的5、7脚接固定电阻，单片AD603的可调范围为0dB～40dB。控制端GNEG接2V，另一控制端GPOS接10位D/A输出，从而精确地控制AD603的增益。AD603的增益与控制电压成线性关系，其增益控制端输入电压范围为－500mv～＋500mv，增益调节范围为40dB，当步进5dB时，控制端电压需增大125mv。

由于 AD603的控制电压需要比较精确的电压值，我们使用精密10位的D/A TLC5615，用外部基准恒压源MC1403提供高精密2.5V恒压源，其输出电压精度为，完全满足指标要求。

3.LCD液晶显示电路

选用 LCD1602液晶显示作为显示器件，电路简单，显示稳定可靠。

4.直流稳压电源电路

电路为自行设计的正负15V和正负5V的直流稳压电源电路。分别采用LM7815、LM7915、LM7805和LM7905构成，电路简单，工作可靠。

5.抗干扰处理

干扰产生的原因：电路本身的干扰；电源纹波对放大器的影响；PCB布线时产生的寄生电容的影响。

消除高频干扰的方法：增加屏蔽罩，输出输入用双绞线；增加去耦电容，增加电路的稳定性；PCB布线时地线加粗，信号线不平行布线；增加滤波电路，滤除6M以上的频率。