宽带直流放大器 初稿.doc

科技学院2010届本科毕业论文宽带直流放大器学科专业： 电子信息科学与技术 指导教师： 李良荣 学生姓名： 桑子川 学生学号： 062004100334 中国贵州贵阳2010年5月科技学院毕业论文（设计） 第 29 页目录目录I摘要IIIAbstractIV第一章 绪论11.2 课题现状11.3 课题的研究目的和意义21.4 本文结构3第二章 宽带放大器概述42.1 什么是宽带放大器42.2 宽带放大器的性能指标42.3 宽带放大器的动态技术指标52.4 宽带和增益带宽等的主要指标62.5 宽带放大器的技术指标7第三章 理论分析和参数计算83.1 增益带宽积83.2 通频带内增益起伏控制93.3 线性相位103.4 抑制直流零点漂移103.5 放大器稳定性10第四章 AD603可控增益放大器介绍114.1 AD603芯片介绍114.1.1 内部结构124.1.2 AD603管脚定义134.2 AD603芯片应用134.2.1 单片AD603的应用134.2.2 多片AD603的应用154.3 AD603使用注意事项17第五章 自动增益控制175.1 自动增益控制的基本概念175.2 自动增益控制的原理185.3 自动增益控制放大器18第六章 宽带直流放大器电路设计196.1 两级宽带放大电路设计196.2 自动增益的实现216.3 抗干扰措施22第七章 电路仿真237.1 观察放大信号有无失真237.2 测量电路的幅频特性24第八章 设计总结26参考文献27致谢28诚信承诺书29宽带直流放大器摘要本设计主要是运用模拟电子线路的知识，利用AD603为核心设计的宽带直流放大器。在介绍AD603的基础上，针对各种接收机对宽带直流放大电路的要求,设计实现了一种基于宽带放大器AD603 的AGC 放大电路对其整体结构进行了详细的设计,并根据电路要求设计了跟随器输出电路及取样反馈电路,该放大电路具有增益高、AGC 范围宽、负载能力强、输出幅度恒定、工作性能稳定等优点,能够满足一般接收机的使用场合，本文中所描述的AGC 具有理论上84dB 的动态范围，90MHz 的带宽，检波电路采用三极管检波，成本低，调试简单。关键字：AD603,宽带直流放大器，AGCWideband DC AmplifierAbstractThis design is mainly the knowledge of the use of analog electronic circuits using the AD603 for the core design of broadband dc amplifier. In introducing the AD603 based on the DC for various receiver amplifier in broadband requirements, design and implementation of broadband amplifiers based on the AGC amplifier AD603 overall structure of its detailed design and requirements designed to follow the circuit Output circuit and sample feedback circuit, the amplifier has high gain, AGC range, load capacity, the output rate constant, stable performance, but also can use the occasion to meet the general receiver, AGC described in this article has a theory on the 84dB dynamic range, 90MHz bandwidth, the detector circuit transistor detector, low cost, simple to debug.Key words：AD603 ;AGC; Wideband DC Amplifier第一章 绪论1.1 引言近年来随着科技和通讯技术的高速发展和应用，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带直流放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。现在宽带直流放大器广泛应用于通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中，起到非常重要的作用。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪声、工作稳定等特点。要同时满足这些性能指标，对电路设计提出了很高的要求，尤其是高频PCB和电磁兼容的设计要求。1.2 课题现状宽带放大器是音响、有线电视、无线通信等系统中必不可少的部分，现在对放大器的发展做一个简要介绍。自1877年爱迪生发明留声机至今已有127年了，前70年音响发展缓慢且大多停留在象牙塔中，后50余年进入民间，发展日新月异。自从1927年贝尔实验室发表了划时代的负反馈技术后，声频功率放大器开始进入一个崭新时代。1947年，威廉逊（Williamson）在英国无线电世界发表了划时代的高保真放大器设计一文，介绍了一种电子管功率放大器，成功地应用了负反馈技术，其失真度仅为0.5%，音色之靓，堪称古典功放之皇。 自威廉逊的论文发表后4年，美国Audio杂志刊登了把超线性放大器经过适当变形后与威廉逊放大器相结合的电路。其超线性设计，大大地降低了非线性失真。可以认为威廉逊放大器和超线性放大器标志着负反馈技术在音频领域中的应用已经日趋成熟和广泛，为十年后脱颖而出的晶体管放大器奠定了坚实基础。 50年代末，美国在电子器件技术领域率先跨出一步，推出了时代骄子集成电路。到了60年代末70年代初，集成电路以其质优价廉、多功能的特点开始在音频功率放大器上广泛应用。1977年，日立公司生产出了世界上第一只VMOS（Vertical Metal Oxide Semiconductor）功率管。 60年代，晶体管开始问世，从此揭开了现代放大器的序幕。19701973年，是级间全部直耦OCL（Output Capacitorless）方式的普及期；19741976年是DC（Digital Circuit）放大器全盛时期。70年代末至今，晶体管功率放大器得到了淋漓尽致的发挥，设计形式已相当多，这一切都为集成电路功放技术设计铺平了道路。 70年代到现在, 增加信号幅度或功率的装置。它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。放大器的放大作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和增强。对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和气动放大器等，其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术的推广，液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体放大器和磁放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器常用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有单端放大和推挽放大。此外，还常用于阻抗匹配、隔离、电流-电压转换、电荷-电压转换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系（如运算放大器）。 从此来看，放大器经过了电子管、晶体管、集成电路及VMOS功率管等几个时期，它们皆以各自独特的不可取代的优势各领风骚1。 1.3 课题的研究目的和意义宽带直流放大器的应用在现代人们的日常生活中相当的普遍，选择做此项目，可以熟练的掌握此项技术，更利于所学知识的巩固及能力的提高。理论更贴近实际,对自已的长远发展有着深远的影响。学习制作宽带放大器可以：(1)学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。(2)学会宽带直流放大器的设计方法和性能指标测试方法。(3)培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。宽带直流放大器是信号放大系统的核心，已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用，与人们的生活息息相关，推动了社会信息化的发展，学习设计宽带直流放大器具有非常重要的意义。1.4 本文结构本文利用AD603芯片，设计出一个宽带直流放大器。第一章：绪论（本章阐述了宽带直流放大器的背景、课题来源和研究意义，分析了宽带直流放大器设计的特点和任务）第二章：宽带直流放大器概述（本章具体介绍了宽带直流放大器的基本原理和运用的技术方法，以及了解放大器的分类。）第三章 理论分析和参数计算（本章详细介绍了宽带放大器的理论计算，为下面的宽带直流放大器的设计打下坚实的基础。）第四章 AD603可控增益放大器介绍 （本章详细介绍了AD603芯片的结构和参数，以及单片AD603的应用方法和多片AD603的使用方法，为下面的电路设计打基础。）第五章 自动增益控制（本章详细介绍了自动增益控制的基本原理，如何用自动增益控制放大器。）第六章 宽带直流放大器电路设计（本章详细介绍了宽带直流放大器两级放大电路的设计，以及自动增益电路的实现。为了使放大器更好的稳定工作，还采取了抗干扰措施。）第七章 宽带直流放大器电路仿真（根据第三章的设计结果利用multisim进行了具体的仿真及测试）第八章 设计总结（总结设计直流稳压电源体会，并指出了设计过程中的不足和改进的方向。） 第二章 宽带放大器概述2.1 什么是宽带放大器工作频率上限与下限之比远大于1的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度大于2030的放大器列入此类。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。这类放大器通常以电阻器为放大器的负载，以电容器作级间耦合。为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。用于射频信号放大的宽带放大器（大多属于带通型），如雷达或通信接收机中的中频放大器，其中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带宽度可达中心频率的百分之几十1。 2.2 宽带放大器的性能指标（1）输入失调电压VIO(input offset voltage) ：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，再加上负号，即为折算到输入端的失调电压。亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。VIO是表征运放内部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度，一般Vos约为（110）mV，高质量运放Vos在1mV以下。 （2）输入失调电压温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。 该参数是指Vos在规定工作范围内的温度系数，是衡量运放温度影响的重要指标。一般情况下约为（1030）uV/摄氏度，高质量的可做0.5uV/C(摄氏度)。（3）输入失调电流IIO(input offset current)：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，II0|IB1IB2|。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常，Ios为（0.55）nA，高质量的可低于1nA。（4）.输入失调电流温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。 它是指II0在规定工作范围内的温度系数，也是衡量运放受温度影响的重要指标，通常约为（150）nA/C，高质量的约为几个pA/C。（5）输入偏置电流IB(input bias current)：运放两个输入端偏置电流的平均值，确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。（6）最大差模输入电压 (maximum differential mode input voltage)：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。平面工艺制成的NPN管，其值在5V左右，横向PNP管的Vidmax可达30V以上。 （7）最大共模输入电压 (maximum common mode input voltage)：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。 2.3 宽带放大器的动态技术指标（1）开环差模电压放大倍数(open loop voltage gain) ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。 （2）差模输入电阻(input resistance) ：输入差模信号时，运放的输入电阻。 为运放开环条件下，从两个差动输入端看进去的动态电阻。（3）共模输入电阻Ric(common mode input resistence)：它定义为运放两个输入端并联时对地的电阻。对于晶体管作输入级的集成运放来说，Ric通常比Rid高两个数量级左右。采用场效应管，输入级运算放大器Ric和Rid数值相当。（4）共模抑制比(common mode rejection ratio) ：与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益与共模电压增益之比，常用分贝数来表示。 KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB) 它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。其值越大越好。通常KCMR约为（70100）分贝，高质量的可达160分贝。（5）3dB带宽(3dB band width) ：运算放大器的差模电压放大倍数 下降3dB所定义的带宽。其值愈大愈好。（6）单位增益带宽(BWG)(unit gain band width)：下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽。与晶体管的特征频率相类似。 （8）等效输入噪声电压Vn(equivalent input noise voltage)：输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。2.4 宽带和增益带宽等的主要指标（1）开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。这用于很小信号处理。（2）单位增益带宽GB：单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。（3）转换速率（也称为压摆率）SR：运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR10V/s。目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/s。这用于大信号处理中运放选型。（4）全功率带宽BW：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地，全功率带宽=转换速率/2Vop（Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。（5）建立时间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端，使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。（6）等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声，普通运放的输入噪声电压有效值约1020V。（7）差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入阻抗定义为，运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。（8）共模输入阻抗：共模输入阻抗定义为，运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模电阻。通常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多，典型值在108欧以上。（9）输出阻抗：输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，在运放的输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。2.5 宽带放大器的技术指标（1）通频带f由定义知f=fh-fl，通常下限频率fl0，ffh，因此放大器通频带的扩展是设法增大上限频率fh数值。（2）中频电压放大倍数k0：它的定义中频段的输出电压uo与输入电压ui之比。（3）增益与带宽乘积k0f存在矛盾，即增大f就会减小k0，反之则反，所以要用两者之积才能更全面地衡量放大器的质量。kof越大，则宽频放大器的性能就越好，（4）上升时间ts:它定义为脉冲幅度从10%上升至90%所需时间，放大器的高频特性越好，则上升时间ts越小。（5）下降时间tf:它的定义为脉冲幅度从90%下降至10%所需时间，（6）上冲量：超过脉冲幅度的百分数，（7）平顶下降量：脉冲持续期内，顶部下降的百分数，放大器低频特性越好，平顶下降量越小。 第三章 理论分析和参数计算3.1 增益带宽积增益带宽积指放大器带宽与增益的乘积。对电压反馈型放大器，增益带宽积是一个常数，带宽和闭环增益成反比，可根据增益带宽积估计出一定带宽下所能获得的最大增益。对电流反馈型放大器，带宽只与反馈电阻有关，加大反馈电阻时，放大器带宽减小。若接成同相放大的形式，设反馈电阻为，取样电阻为，电压反馈型放大器的增益为：，其中是开环增益 （3.1.1）电流反馈型放大器的增益为：，是开环互阻 （3.1.2）由上述论述可知，电流反馈放大器在高增益和低增益下均具有良好的动态特性，因为反馈电阻设定了带宽，而输入电阻设定了闭环增益。电压反馈型放大器在较低增益下性能最佳，若将其用于高增益下，就要牺牲增益精度和带宽指标。级联运放的-3dB带宽可由如下方法计算：设两级放大器的增益表达式分别为：，其中、分别为第一级、第二级-3dB带宽。那么级联放大器的总增益表达式： （3.1.3）设，所以，可得。对于本系统，必须满足，选择电压反馈型运放时根据该级增益来确定增益带宽积，保证该级运放不限制级联系统的带宽。3.2 通频带内增益起伏控制系统要求通频带内增益起伏1dB。椭圆滤波器通带纹波与反射系数的关系式为：，若减小，则会减小，但阻带衰减会减慢。设计滤波器时折衷选取各参数，尽量减小通带纹波。运放的增益误差也是决定通带内增益起伏的一个因素。开环直流增益决定着运算放大器的精度，比如要保证增益误差在0.010.1以内，至少需要6080 dB的低频增益。设计放大器时选择增益误差小的运放。AD603的最大增益误差为0.5 dB。使用AD603时注意两点：（1）AD603对控制电压非常敏感，对1、2脚用电容滤除纹波（2）输入信号必须直接接在3、4脚上，否则影响精度。通过调节5、7脚间的电阻值将通带内AD603的增益调平坦。系统进行整机调试时再对全频带内的增益进行软件校正，通过微调AD603的增益保证通频带内增益的平坦度。3.3 线性相位从系统的频率响应来看，要做到线性相位就是要求它的相频特性是一条直线。线性相移的群延时为常数，一般用群延时的变化作为计算相位之非线性的准则。设为频率分量的相位延时，则的群延迟为该频率分量的相位延时 输出电压，101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010 （3.3.1）根据仿真波形（见附录1）可以看出本系统中所使用的椭圆滤波器是非线性相位的，实现线性相位的方法是使一个全通滤波器与一个满足设计的幅度特性的滤波器相级联。3.4 抑制直流零点漂移放大器的静态工作点随外界环境特别是温度的变化会发生移动，把这种移动叫做零点漂移或温漂。在多级放大器直接耦合的情况下，前级的零点漂移会被后面各级渐次放大，很可能将有效信号电压淹没，使放大电路无法正常工作。 应选用低温漂的放大器尤其是第一级，如选择高性能的差分运放。运放的失调也要尽量小。由于难以找到能够提取小信号的宽带差放，本系统采用自校零电路来抑制零点漂移，每次开机都自动进行一次软件调零。本系统的零点漂移主要是由AD603引入的，将调零点设置在AD603之后。 3.5 放大器稳定性如果采用电流反馈放大器，就根据增益要求采用制造商推荐的反馈电阻值，反馈电阻的取值不仅决定了闭环带宽，还决定了放大器的稳定性，因此应兼顾二者。 当放大器工作在高频区或低频区时，电路的电抗元件和有源器件的电抗效应将会产生附加相移。如果放大器为多极点反馈系统，在某一频率上产生的附加相移可能达到180，这时虽在中频区引入的是负反馈，但在高频区或低频区将变为正反馈。当正反馈信号增强到一定值时，就会产生自激。 设多极点反馈放大器的闭环增益函数为 （3.5.1）如果当时，放大电路就不会自激。在实际应用中，要保证反馈放大器稳定工作必须使放大器远离自激状态。这种远离程度用相位裕量表示，其中为相角交界频率。工程上，大于45即认为电路是稳定的2。 第四章 AD603可控增益放大器介绍4.1 AD603芯片介绍AD603是AD公司研制的一种新型的运算放大器，它不但具有低噪声影响，高频带宽度，稳定性能好的特点，还具有电压控制的可变增益功能。这种可变增益功能是其它运放所不能比拟的。特殊的性能使该集成芯片取代原来由众多器件搭成的增益调整电路。AD603是一款用于RF 和IF AGC 系统的低噪声，压控放大器。管脚的连接方式决定了其增益范围。它的原理框图如图4.13：图4.1AD603原理框图4.1.1 内部结构原理图中内部结构分成3个功能区：增益控制区；无源输入率减区；固定增益运放区。下面依次分析各区的作用。（1）增益控制区AD603采用电压控制增益的方式，图中差动输人口GPOS和GNEG之问的电压差v 就是控制电压 该差动输人口呈高输入阻抗(5oMn)，低偏流电流(200nA)。增益和电压的换算系数是25mVdB，V0的变化范围为lv，增益的变化范围为090dB。差动输人口允许使用差动控制电压或单电压，正负均可。即差动输人口GPOS和GNEG可同时接不同的控制电压或一端接地另一端接控制电压，控制电压可正可负。（2）无源输入率减区AD603采用一种专用的电路拓扑结构x-AMP (x-AMP是AD公司的一种商标)该结构由一个可从0dB到42.14dB变化的率减器组成，这个率减器与固定增益运放区中的固定增益运放相连。由于该率减器的存在，即使有大的输人固定增益运放不会受到的冲击，而且还可与运放构成负反馈确保增益的稳定性。率减器包括7段R-2R梯型网络，每个节点依次率减6.021dB，如图从0dB6.02dB到-36.12dB-42.14dB 其率减的程度受增益控制区V。的控制。该率减器的输人电阻为100。(3) 固定增益运放区该区由一个固定增益运放和三个电阻组成，该运放的两个输人端与增益控制区和无源输入率减区相关联，共同决定增益的大小 并且由该区的反馈端FDBK 与输出端的不同连接可决定频带的宽度：9MHz，45MHz，90MHz这三个区的功能是有机地接合在一起的增益控制区的控制电压控制率减器的连续率减，就像使图中固定增益运放的同相输人端的箭头在0dB 到421 4dB之间滑动一样；率减器与固定增益运放相连决定输出的增益。由于AD603采用特有的内插技术，可保证增益在dB(分贝)上的变化是线性的,且增益的稳定性强，受外界温度变化和电源波动的影响小4。图4.2 AD603管脚定义4.1.2 AD603管脚定义 AD603一共有8根引脚，如图4.2，它们的定义如下：管脚1：GPOS增益控制电压正相输入端(加正电压增大增益)管脚2：GNEG增益控制电压反相输入端(加负电压增大增益)管脚3：VINP运放输入端管脚4：Ct)MIvl运放接地端管脚5：FSBK反馈同络连接端管脚6：VENG 负供电电源端管脚7：VOUT运放输出端管脚8：VPOS正供电电源端4.2 AD603芯片应用4.2.1 单片AD603的应用AD603的显著的特点是增益可变，并且增益变化的范围也可变，不同的频带宽度决定不同的增益变化的范围。频带宽度是由管脚的不同连接决定的，下具体说明其连接方式：（1）带宽为90MHz图4.2.1带宽为90MHz电路连接如图4.2.1。VC1，VC2为增益控制电压输人，VIN为输人，输出端VOUT与反馈端FDBK短接这种连接方式下带宽为90MH ，增益范围：-1ldB到31dB增益控制电压V6=VC1-VC2(-500mV VG 500mV) 理论上增益与增益控制电压的关系：增益范围：从-10dB到30dB（2） 带宽为45MHz图4.2.2带宽为45MHz电路连接如图4.2.2。VCI，VC2为增益控制电压输人，VIN 为输人输出端VOUT与反馈端FDBK 间接21 5kn电阻反馈端FDBK通过55pF接地。这种连接方式下宽带为45MHz，增益范围：-ldB到41dB增益控制电压VG=VC1-VC2（-500mVV。500mV）（3）带宽为9MHz电路连接如图4.2.3。 图4.2.3带宽为9MHzVC1VC2为增益控制电压输入VIN为输入输出端VOUT，反馈端FDBK通过18pF接地。这种连接方式下带宽为9MHz，增益范围：9dB到51dB增益控制电压V-VC1 VC2( 500mV G500mV) 4.2.2 多片AD603的应用在要求高增益的场合，可以采用两片或多片AD603级联的形式，级间通常采用电容耦合。两片AD603级联时，总增益控制范围为84.28dB（42.142）。在级联应用中，有两种增益控制连接方式，即顺序控制方式和并联控制方式。可根据实际应用情况选择，其选择取决于是要获得最高增益即时信噪比还是优化增益误差波动5。（1）顺序控制方式（优化信噪比S/N）图4.2.4顺序控制方式如图4.2.4两片AD603级联的顺序控制方式是将两片AD603的两个正增益控制输出端（GPOS）以并联形式由一个正电压VC（GPOS对地的电压）驱动，而两级的负增益控制输入端（GNEG）分别加一个稳定的电压，使VG1和VG2之间满足2*0.526V的点位差时，则第一级的增益到达最大值时，第二级增益才从最小值开始提高。在顺序控制方式中，ISNR（即使信噪比）在增益控制范围内维持可能的最高水平。（2）并联控制方式 图 4.2.5并联控制方式如图4.2.5，两片AD603级联的并联控制方式是将两级的正增益控制输入端（GPOS）以并联形式由一个正电压VC驱动，而两级的负增益控制输入端（GNEG）以并联形式接地或加一个稳定的电压，即VG1=VG2，于是两级的增益同步变化，并联控制方式在线性范围内的控制能力为80dB/V(40dB/V2),即在较小的控制电压下便可以获得较高的增益，其总增益是单片AD603的两倍。但是并联方式工作时其增益误差是顺序控制方式的两倍，输出信噪比随着增益的提高而线性降低。（3）低增益波动方式（最小增益误差方式）由于即便在增益稳定状态下也存在一定的增益误差，且呈现周期性的纹波状态，若设置两片AD603级联时所对应的VG1和VG2间存在合适的点位差（约93.75mV），便可使两级的增益误差相互抵消，以实现在所需增益范围内总增益误差最小。4.3 AD603使用注意事项（1）供电电压一般应选为5V，最大不得超过7.5V。（2）在5V供电情况下，加在输入端VINP的额定电压有效值应为1V，峰值为1.4V，最大不得超过2V。如要扩大测量范围，应在AD603的前面加一级衰减。这样可使输出电压峰值的典型值达到3.0V。因此AD603后面通常要加一级放大才能接A/D转换器。（3）电压控制端所加的电压必须非常稳定，否则将造成增益的不稳定，从而增加放大信号的噪声。（4）信号必须直接连在放大器的脚4，否则将由于阻抗较大而引起放大器精度的降低。第五章 自动增益控制5.1 自动增益控制的基本概念接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机)，以及人为产生的噪声对接收机的影响等。为了防止强信号引起的过载，需要增大接收机的动态范围，这就要有增益控制电路。能够使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的控制电路，简称自动增益控制AGC (Automatic Gain Control)电路，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。常用来使系统的输出电平保持在一定范围之内，因而也可以称为自动电平控制。当前，该电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。AGC电路目前概括起来有模拟AGC和数字AGC电路。AGC环路可以放在模拟与数字电路之间，增益控制算法在数字部分来实现，合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器（VGA）。现在出现的自动增益控制方法可以分为以下3类：基于电路反馈的自动增益控制；基于光路反馈的自动增益控制；光路反馈和电路反馈相结合的自动增益控制。本文中要研究的是基于电路反馈的利用放大器实现的自动增益控制。5.2 自动增益控制的原理自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。6这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少7。 为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。5.3 自动增益控制放大器目前,实现自动增益控制的手段很多,典型的有压控放大器,也就是本文所要研究的自动增益控制放大器。它是通过调整放大器一个控制端的电压,就可以实现调节这个放大器的增益。因此,我们就可以通过反馈电路采集输出端的电压,通过调整网络后(调整网络的功能就是规定的调整策略)加到放大器的控制端，就可以实现自动增益控制。第六章 宽带直流放大器电路设计6.1 两级宽带放大电路设计本设计采用两片AD603 级联的方式，如图6.1.1。两片芯片的1 脚的电压是一样的，2 脚的电压通过不同的分压电阻至为不同的电平，这样的设计目的是为了在一片AD603 达到最大增益的时候，另一片AD603 开始工作，这样，就可以实现自动增益控制范围的扩大8。 图 6.1.1电路图我们采用了第一种工作方式，即增益为-10 到+30dB，带宽为90MHz 的模式。电路都连接好后，具体的电路分析如下3。两片的 AD603 的2 脚电压通过分压电阻产生的电压分别为，5.5V 和6.5V。根据公式40Vg+10 可知，两片芯片的工作电压分别为5V 至6V和6V 至7V。可以保证在增益为-20dB到+60dB 范围内都是可调节的。而且当第一片AD603 达到最大增益时，第二片开始工作，这样一叠加，可大大扩大增益控制范围。但是在实际中，我们都需要留出一定的富裕量，确保电路工作的一致性。在这里，我们选用了5.1V 至6.85V 的工作范围，其工作曲线如图6.1.2：图6.1.2 AGC 增益分析由上图可以看出，AGC 总增益可以从-16 到+54dB。6.2 自动增益的实现由两级AD603构成的具有自动增益控制的放大电路9，如图6.2.1，图中由Q1和R8组成一个检波器，用于检测输出信号幅度的变化。由CAV形成自动增益控制电压VAGC，流进电容CAV的电流Q2和Q1两管的集电极电流之差，而且其大小随A2输出信号的幅度大小变化而变化，这使得加在A1、A2放大器1脚的自动增益控制电压VAGC随输出信号幅度变化而变化，从而达到自动调整放大器增益的目的。改变CAV的值可改变AGC的时间常数，CAV的取值一般在0.11uF之间。6.2.1 AGC自动增益控制电路6.3 抗干扰措施系统的总增益为084dB，由于放大器频带很宽，且级数较多，整个系统容易自激，必须采用有效措施抑制自激发生，因此电路布局对整个系统性能起着至关重要的作用。 在设计放大器时，要留一定的相位裕量。若电路产生自激，在适当的地方加入补偿网络，改变电路原有的频率特性，使放大器在闭环条件下稳定工作。除此之外，还采取一系列抗干扰措施抑制自激和减小噪声，输入级和功率输出级采用隔离供电，各部分电源用钽电容并接高频瓷片电容去耦，采用不同电源供电的运放的电源地和信号地要分开，避免共电耦合产生的自激振荡；信号线走屏蔽线，输入级和输出级使用SMA接头；增加信号线间的距离，减小信号线与地线间的距离，抑制容性干扰；减小导线回路围成的磁通面积，抑制感性干扰耦合10。第七章 电路仿真当电路图设计好了之后，就利用multisim软件对电路进行仿真。这里使用multisim11.0版本对电路进行仿真11。7.1 观察放大信号有无失真接入函数发生器和示波器，连接后如图7.1.1图7.1.1接入函数发生器和示波器图7.1.2示波器波形显示运行仿真后，得到平滑的输入信号波形（B通道）和放大后的信号波形（A通道）。结论分析：宽带直流放大器没有发生失真。7.2 测量电路的幅频特性把波特图示仪和函数发生器接入电路