增益可控射频放大器的设计

大连海洋大学信息工程学院 张 妍 马占军

1.系统整体方案设计

增益可控射频放大器的基本组成分为四个模块：前置放大电路功能是对信号进行增益放大，使其满足中间级放大的初始要求；增益控制电路是通过对输出电压的调控实现增益变化；功率放大电路是实现功率放大，提升带负载能力；稳压电源为三个模块提供稳定直流电压。

2.模块电路设计及仿真[2][3]

仿真采用德州仪器的仿真软件TI-Tina，输入的正弦波电压V=20mV，频率f=1MHz。

2.1 前置放大电路

前置放大电路采用的是两级OPA690组成的电压反馈型运算放大器OPA2690以及其外围电路。设定第一级的OPA690的增益仅为6dB，这样不仅可以抑制共模信号，还能提高第一级电路的抗干扰能力。设定第二级的OPA690的增益为14dB，前置放大电路的总增益为20dB，虽然增益小，但是已经将噪声以及其他干扰因素消除，还在一定基础上增加了输入阻抗。

由图1所示可以看出，前置放大模块实现了20dB的增益，但是Vo1有2.5mV左右的偏置电压，Vo2有12mV左右的偏置电压。

2.2 增益控制电路

增益控制模块使用了高增益控制运算放大器VCA610，它的带宽为25MHz，线性误差只有0.2dB/V，增益控制范围为-40dB～40dB，增益控制电压，范围为-2V～0V。由仿真知，当VC=-1.5V时，电路实现了预期的增益20dB，但是VCA610有较小的偏置电压为4mV。

2.3 功率放大电路

功率放大电路的核心是运算放大器THS3001和四个高速缓冲器BUF634。由于THS3001是电流反馈型的，所以在同向输入端接输入信号；反向输入端为了确保电流高效率的反馈，接反馈环路。因THS3001的输出电流小，而电路中要求输出大的电流和输出电压摆幅，所以用四个并联的高速缓冲器BUF634实现扩流，提高整个电路的带负载能力。

图1 前置放大电路及仿真图

图2 增益控制电路及仿真图

图3 功率放大电路及仿真图

由图3可知，功放电路可以达到20dB的增益，但是在Vo1处有37.5mV左右的偏置电压存在，但是在Vo2处，偏置电压消失，说明将BUF置于闭环反馈内是非常有效的，可以消除偏置电压。

2.4 稳压电源电路

为了满足对不同芯片的供电要求，将220V交流电转化成18V和5V的直流电，来对射频放大器中的不同模块进行相对应的供电。

3.结语

随着现代无线技术的飞速发展，射频放大器在自控以及卫星通信局域网等领域应用的越来越广泛。射频放大器对模拟电路处理方面做了偏重研究，因此在得到了高带宽的同时也很好的降低了电路中的噪声。针对放大器的自激问题、偏置电压问题、测试增益减少等问题，可以通过设置补偿电阻，增加偏置电路对偏置电压进行调节和更换性能更加优良的示波器和探头等办法解决和优化。

[1]郭小凤等.一种增益可控射频放大器的设计与实现[J].电子测试,2015(19)：19-22.

[2]张诚.电子系统设计——电路篇[M].北京：北京航空航天大学出版社,2014：229-237.

[3]甘国妹,梁荣才.增益可控射频放大器设计方案的分析[J].玉林师范学院学报,2016(1)：37-41+48.