基于AD603宽带放大器的设计与实现

刘颖，李敏

（西安欧亚学院信息工程学院，陕西西安710065）

基于AD603宽带放大器的设计与实现

刘颖，李敏

（西安欧亚学院信息工程学院，陕西西安710065）

该宽带放大器针对20 Hz～10 MHz信号进行放大的目的，采用前置放大电路、增益放大电路、末级大信号放大电路、单片机显示与控制电路和直流稳压电源五大部分构成宽带直流放大器。通过对电路进行最终的测试，整个系统可以实现在18 Hz～11 MHz的范围内放大增益在40 dB范围内可调，带内增益起伏小于1 dB。

直流放大；增益可控；AD603；AD8056

文中设计了一个宽带直流放大器，该放大器的输入电压有效值小于50 mV，电压增益大于40 dB，且该增益可在0～40 dB范围内进行调整；最大不失真输出电压正弦波有效值Vo大于2V；通频带内增益起伏≤1 dB。放大器的输入电阻≥50 Ω，负载电阻（50 Ω）。该系统通过单片控制增益变化量，并能够显示输出电压大小和输出电压增益［1］。

1　系统整体方案设计

设计一个宽带的直流放大器要考虑通频带、输入电阻、带负载能力等问题，该系统由前置放大、增益放大电路、末级大信号放大电路、单片机显示与控制电路和稳压电源五部分构成。为保证输入电阻大于50 Ω，前端电压放大需设一级宽带跟随器；增益放大电路由程控增益放大器构成；由于输出电压幅度较大，需再加一级大信号宽带电压放大器作为末级信号放大电路；根据增益控制调节、测量并显示输出电压增益等要求，需要设置单片机小系统和有关检测电路，系统总体框图如图1所示。

图1　系统结构框图

2　系统各模块电路设计与参数计算

1）前置放大电路

可控增益放大器AD603的输入电阻较小为提高输入电阻，在可控增益放大前加入输入缓冲器使输出电阻与AD603输入匹配；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减少噪声。所以采用高速宽带低噪声运算放大器AD8056做前级跟随。采用AD8056构成电压跟随器，起到缓冲隔离的作用，以减少噪声等干扰信号的影响，同时满足了系统输入电阻大于50 Ω的要求［2］。电路连接如图2所示。

图2　电压跟随器电路

2）可控增益放大电路

电压控制增益放大器AD603作为本宽带放大器设计的主要功能模块来实现设计要求0至40 dB增益范围内可以调节，AD603压控运算放大器单级使用时的增益调节范围为-10至30 dB，运放芯片AD603的基础增益可以使用下面的公式来得到：

在上式里边的U是单位为V的差分输入电压，Gain是单位为dB的AD603的基础增益［3］。

从上式的基础增益计算公式可以很容易看出来，把dB作为单位的对数增益与V作为单位的差分输入电压两者之间是呈线性关系。所以只要控制电位器的电位变化来控制差分输入电压就可以平滑连续地控制整个系统的增益变化，增益的步进可以比较准确的实现［4］。但是一级控制的范围仅为40 dB没有足够的余量，具体电路中几乎无法实现0至40 dB范围内可调，所以使用两级级联的方式，增益为

本射频宽带放大器系统的设计电压增益要求超过40 dB，输入时的最大不失真正弦波电压的有效值根据设计要求不能超过20 mV，同时最大的不失真输出正弦波电压的有效值要超过1V。在增益分配时把最大可调增益要设置到40 dB以上并且要留有一部分余量在硬件电路才能够实现0至40 dB范围内的调节，所以综合考虑在增益分配时预留10 dB左右的余量［5］。具体的电路实现中，使用两级AD603的级联来实现最大的20dB增益可调范围。

AD603连接有3种模式，本系统采用模式二，VOUT与FDBK之间外接一个电阻REXT，FDBK与COMN端之间接一个5.6 pF的电容频率补偿［6］。根据放大器的增益关系式，选取合适的REXT，可获得所需要的模式一与模式三之间的增益值。当REXT=2.15 kΩ时，增益-1～41 dB。当控制电压在-500 mv到+500 mv范围内满足40 dB/V的线性关系。

增益控制放大电路中AD603采用5引脚和7引脚短接的使用方式，由电位器来控制GNEG与GPOS的差分输入电压进而控制增益变化，如图3。供电端加去耦电路来滤除干扰，两级AD603级间采用电容耦合的级联方式最大限度地隔离直流干扰的同时抑制零点漂移［7］。

3）末级放大电路

由于要求放大器通频带最大为10 MHz，负载电阻为50 Ω时，最大输出有效值为10V，而AD603输出最大有效值为2V左右，末级功率放大电路可以在不减小系统电路通频带的情况下提高系统电路驱动负载的能力。末级功率放大电路的设计使用了一片THS3091芯片和两片BUF634缓冲芯片级联来实现，AD8055的输出电流较大所以在AD8055和BUF634缓冲器之间串联一个1 K的电阻用于限流，具体设计电路如图4所示。

图3　可控增益放大电路

图4　末级放大电路

3　系统软件设计

本设计采用的可控增益放大器为AD603，该芯片通过电压的变化进行增益的控制，该控制电压通过单片机来产生，以达到更高的精准度。单片机还对输出电压进行测量，并通过屏幕显示出来。软件流程图如图5所示。

本系统可以按5 dB为步进进行增益控制，并且预置了10 dB、30 dB、40 dB，方便测试。

图5　系统软件流程图

4　系统测试及结果分析

1）测试条件

示波器MOS～640 40 MHz

数字信号源100 uHz～40 MHz

四倍半万用表VC9807A

负载电阻50 Ω

2）测试方法及结果

将各部分电路连接起来，先调整0 dB使输入信号幅度和输入信号幅度相等。接上50 Ω的负载电阻进行整机测试。

①通频带测试：预置增益为18 dB，输入电压为有效值小于10 mV，且改变频率时要保证输入电压保持为30 mV，测试结果如表1。

根据测量得出通频带范围从18 Hz～11 MHz。

②固定一频率点为1 MHz，预置增益测试数据如表2。

根据测量得满足指标要求，增益小于3 dB

表1　通频带测试

表2　预置增益测试数据

3）抗干扰措施

具体采取的抗干扰措施有：

①将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒子，避免级间干扰和自激

②电源隔离：各级供电采用电感隔离，输入级和输出级采用隔离供电，各部分电源通过电感隔离，这样可以避免低频自激。

4）误差分析

本设计的系统误差来自多方面的，有小信号输入时的噪声，外来干扰以及测量仪器的自身所有的误差和电路焊接等各方面的影响。虽然采取了一些屏蔽措施，只是对误差有所改善，而误差是不可能被消除的。具体采取的抗干扰措施有：将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒子，避免级间干扰和自激。

5　结束语

从各测试数据来看，整个系统达到了设计要求的参数，本设计偏重于通频带下线的扩展处理及高端高增益下系统稳定性问题，得到了较好的处理，系统设计性价比较高，设计简单灵活。

［1］黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［2］杜月林.蒋雪飞.梅明涛.基于AD603程控增益大功率宽带直流放大器的设计［J］.国外电子测量技术，2010（11）：48-50.

［3］李万臣；模拟电子技术基础实践教程［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.

［4］王光明，张玘，沈国际.程控增益放大器的实现方法［J］.电子工程师，2002（4）：15-16.

［5］陈永刚，刘立国.AD603及其在AGC电路中的应用［J］.电子世界，2002（4）：23-24.

［6］艾文欢，刘大为.一种性能优良的宽带放大器［J］.科技风，2010（21）：18-19.

［7］吴翠娟，张恒.模拟电子技术［M］.北京：清华大学出版社，2013.

Design and implementation based on AD603 broadband amplifier

LIU Ying，LI Min
（Information Engineering College of Xi'an Eurasia University，Xi'an 710065，China）

In order to enlarge the signal to 20 Hz-10 MHz，the amplifier is composed of five parts：the preamplifier circuit.gain amplification circuit.，the final high signal amplification circuit.display and control circuit of SCM and DC regulated power supply.Through the final test of the circuit，the whole system can be realized in the range of 40dB to enlarge the gain within the range of 18 Hz-11 MHz can be adjusted，with internal gain fluctuation less than 1dB.

DC amplification；controllable gain；AD603；AD8056

TN710.2

A

1674－6236（2016）17-0142-03

2015-08-30稿件编号：201508173

刘颖（1980—），女，河南开封人，硕士，讲师。研究方向：通信电路。