一種帶寬直流放大器的設計

　　帶寬放大器是指工作頻率上限與下限之比遠大于l 的放大電路。這類電路主要用于放大視頻信號、脈沖信號或射頻信號。本文提出了一種以可變增益放大器VGA AD603 為核心，結(jié)合外圍模擬及數(shù)字電路實現(xiàn)寬帶放大器的設計方法， 帶寬可達10 MHz。

　　1 系統(tǒng)整體設計

　　該系統(tǒng)由前置放大、可預置增益放大、低通濾波器、后級放大、直流穩(wěn)壓模塊和單片機控制與顯示模塊六大部分構(gòu)成。具體電路結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

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　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　2 方案論證與設計

　　2.1 可控增益放大器方案選擇

　　方案一：DAC 控制增益。該方案從理論上講， 只要D/A 的速度夠快、精度夠高就可以實現(xiàn)很寬范圍的精密增益調(diào)節(jié)。但是控制的數(shù)字量和最后的增益(dB) 不成線性關系而是成指數(shù)關系，造成增益調(diào)節(jié)不均勻、精度下降， 且其增益動態(tài)范圍有限， 故不采用; 方案二：使用控制電壓與增益成線性關系的可編程增益放大器PGA，用控制電壓和增益(dB)成線性關系的可變增益放大器來實現(xiàn)增益控制。用電壓控制增益， 便于單片機控制， 同時可以減少噪聲和干擾。

　　綜合比較， 選用方案二， 采用可變增益放大器AD603作增益控制放大器。

　　2.2 輸入阻抗匹配方案選擇

　　方案一：采用低噪聲精準放大器OP27 設計前級的射級跟隨，盡管噪聲小、精度高，但是由于帶寬僅為8 MHz，達不到10 MHz 的要求;方案二： 采用高速寬帶運放OPA692 作為構(gòu)成前級的射級跟隨器。OPA692 是高速寬帶運放， 其在±5 V 雙電源工作時，增益為2，頻帶寬度為190 MHz，電壓轉(zhuǎn)換速率為2 100 V/μs。

　　經(jīng)過比較， 采用方案二。由于AD603 的輸入阻抗只有100 Ω， 使用OPA692 作為前級輸入完全能滿足要求，并且可以很好地隔絕前級電路對后級電路的干擾， 實現(xiàn)級間的阻抗匹配。

　　2.3 濾波電路選擇方案

　　方案一： 采用RC 濾波電路， 但RC 濾波衰減很大;方案二： 利用高速寬帶運放OPA690 設計二階巴特沃思濾波器，其通頻帶內(nèi)的頻率響應曲線最大限度平坦， 沒有起伏， 而在阻頻帶則逐漸下降為零。經(jīng)比較， 選擇方案二。

　　3 理論分析與參數(shù)計算

　　3.1 電壓增益控制原理分析

　　電壓增益控制原理分析AD603 的基本增益為：Gain =40 VG+10， 其中，VG是差分輸入電壓， 單位是V，Gain 是AD603 的基本增益，單位是dB 。從此式可以看出， 以dB 作單位對數(shù)增益和電壓之間是線性關系， 因此，只要單片機進行簡單的線性計算就可以控制對數(shù)增益， 增益步進可以很準確地實現(xiàn)。

　　3.2 通頻帶內(nèi)增益起伏控制分析

　　為控制通頻帶內(nèi)增益起伏， 采用二階巴特沃思濾波環(huán)節(jié)， 其電阻電容可根據(jù)式(1) 、式(2)計算：

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　　其中f0為通帶截止頻率，Q 為f=f0時電壓放大倍數(shù)與通帶放大倍數(shù)數(shù)值之比。計算數(shù)據(jù)可仿真實現(xiàn)。

　　3.3 抑制直流零點漂移分析

　　在集成運放同相輸入端和反相輸入端外接總電阻相同的情況下， 可抑制零點漂移， 另外在實際調(diào)試中， 還應加入調(diào)零端， 可有效地調(diào)整零位。

　　3.4 放大器穩(wěn)定性分析

　　在各級放大電路中， 設計中均采用了電壓負反饋，保證了放大器運行穩(wěn)定。

　　4 主要功能模塊設計