射频宽带放大器设计

1、1设计方案的论证和选择1.1方案的比较方案一：以STC89C52单片机为主控器件，放大分为三级：前级放大、增益控制、后级放大。前级和中间级采用高速运放OPA820ID实现，OPA820提供一种宽频的单位增益稳定的，有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6mA供应电流产生高输出电流的电压反馈放大器，而第三级采用THS3091（THS3091具有，高电压、低失真、宽频带、高压摆率的电流反馈放大电路）进行末级放大，其中中间级由单片机通过D/A模块对其增益控制，但由于第一级运放中系统供电电源为5V，提供2.5V偏置电压，但由于偏置电压的存在及各级间的相互影响因数信号的放大倍数将受到限制。方案二：以

2、STC89C52单片机为主控器件，同样分为三级放大，其中第一级是由THS3091来对信号首先进行放大20dB，第二三级则用具有程控增益调整功能的AD603（低噪、90MHZ带宽）控制，而二三级之间采用顺序控制的方式连接，达到控制增益更精确，电路结构简单，实现更容易。而且二三级采用级联使得放大器的放大倍数变为单极放大倍数的两倍，达到了设计所需的增益范围。1.2方案的选择以上两个方案中，方案二能实现我们设计的要求，而且其原理和电路设计更加方便简单，故我们选用方案二。该方案中STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储在单芯片上，。掉电保护方

3、式下，RAM内容被保存，该单片机功能强大，价格便宜，是控制首选的芯片。在设计该放大器时，我们需要将编好的程序存储到该单片机中，并且由单片机发出命令给D/A模块来控制AD603的增益;同时也选用了THS3091芯片，该芯片由于有宽电源电压范围±5V±15V、低失真、低噪声高压摆率电流反馈的优点，适合用于高频放大电路中，将THS3091作为第一级放大正是由于它的低噪声和低失真，因为在放大器中，输入信号非常小，所以一个很小的噪声信号经过放大后就会变成大信号，干扰我们的有用信号;AD603也具备了低失真、低噪声的优点，而且增益的调节与其自身的电压值无关，而仅与其差值VG有关，由于控

4、制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50M，因而输入电压很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小，以上特点很适合构成程控增益放大器，且能在高宽带的情况下还有较高的增益，由于以上这些特点正是我们设计所需的，故我们选取方案二。 2理论分析与计算设计要求射频宽带放大器的增益AV60dB，故将放大器的放大倍数设为10×10×10进行放大，即每级放大20dB，同时需要在060dB范围内为可调，但THS3091的增益为20，020范围内不满足，此时AD603就必须来弥补这个缺陷，故我们将AD603的增益范围调节为-1131dB，有两级放大，其增益就为-2262dB，

5、三级结合则刚好满足了060dB的要求；对于放大器的增益则是通过控制第二、第三级的GPOS（1脚）和GNEG（2脚）之间的压差来实现，增益与GPOS脚的控制电压为当VG在-500+500mV范围内时以40dB/V进行线性变化，关系式为：G（dB）=40VG+10，所以我们将两级间的电压Vg设置为1V，第二第三级之间的连接方式采用顺序连接，这时增益的变化范围就会增大，因为此连接方式时增益的放大是一级一级变化的，只有当第一级增益达到最大值时时第二级的增益才从最小值开始变化。放大器频带内的增益起伏和放大器的稳定性则是通过单片机来进行控制，增益起伏由单片机发出信号给数模转化模块来改变控制电压VG来实现。

6、而其稳定性则是通过输出信号的变化通过模数转换模块反馈给单片机，单片机通过反馈信号又控制VG，对增益进行校正和补偿本。3电路设计3.1.1系统总体框图图1 系统总体框图3.1.2系统模块设计图1 电路原理图(1)放大模块由两级AD603构成的具有自动增益控制的放大电路，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。4测试方案与测试结果

7、4.1测试方法第一级放大电路测试：用高频信号发生器输出30MHZ、1mv有效值的正弦波信号，加入到射频放大器的第一级输入端，用示波器测量得到有效值为10.1mV的正弦波信号，实现了前级20dB的信号放大，由于级间采用电容耦合方式，测量此时前级直流量为0.001v，前级对直流量得到了很好的抑制。第二级放大电路测试：首先将AD603芯片的2引脚的点位通过电位器调为0.7V，将AD603的2脚的电位调节到1.7，保持这两只脚的压差保持在1V的压差。由第一级输入30MHZ、1mv的有效值的正弦波信号，由单片机控制D/A转换输出0.2-1.2V的电压，此时通过单片机可以控制VG的电压在-0.5V-0.5

8、V的波动，可以保证AD603的增益和VG的关系为25mv/dB的变化，观察输出端的信号，得出信号的有效值为1.02V。4.2测试仪器与框图一台220V交流输入的直流稳压电源。信号源射频宽带放大器示波器/高频毫伏表自备直流稳压电源图5 测试框图4.3测试结果4.3.1 仿真输出波形图6 仿真输出波形参考文献1 高吉祥，黄智伟，陈和.高频电子线路M.北京:电子工业出版社，2003年第1版.2 黄智伟，无线数字收发电路设计M.北京:电子工业出版社，2003年第1版.3 黄智伟，电子电路计算机仿真设计M.北京:电子工业出版社，2004年第1版.4 黄智伟，射频集成电路原理与应用M.北京:电子工业出版社，2004年第1版.5 吴运昌.模拟集成电路原理与应用M.广州：华南理工大学出版社，2001年第1版.6 全国大学生电子设计竞赛组委会.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编M.北京：北京理工大学出版社.2003年第1版.7 童诗白.华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001年第3版.8 张友汉.电子线路设计应用手册M.福建：福建