2009年全国大学生电子设计竞赛

【

本科组】

宽带直流放大器（C

题）

摘 要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组

成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。

关键词： 前置放大 无源滤波 步进放大

Abstract:The broadband amplifier using a straight ad8039 two levels of

preamplifier and then through a programmable amplifier circuit composed of VCA810 through a 5 m and 10 m of third-order passive filter through AD811 precision op-amp and BUF634 load output buffer circuit, the whole system is controlled by a single-chip microcomputer by keyboard, can step between magnification and manual adjustment, can also use buttons adjust the filter of 5 m and 10 m channel, the system performance is good, can be between 0 ~ 66.8 dB gain adjustment, amplitude fluctuations within the bandwidth of the provisions of no more than 1 dB, completed the topic request.

Key Word：pre-amplification Passive filter Step amplification

目录

1. 系统设计 ..................................................................................................................................... 1

1.1设计要求 ............................................................................................................................ 1

1.1.1设计任务 ................................................................................................................ 1 1.1.2技术指标 ................................................................................................................ 1 1.2方案比较与选择 ................................................................................................................ 2

1.2.1可控增益放大方法比较与选择 ............................................................................ 2 1.2.2功率输出部分方法比较与选择 ............................................................................ 2 1.2.3直流稳压电源方案比较 ........................................................................................ 3

2. 单元电路设计及参数计算 .......................................................................................................... 4

2.1前置放大模块 .................................................................................................................... 4 2.2可控增益放大模块 ............................................................................................................ 4 2.3 3dB截止频率为5MHz和10MHz滤波器模块 .................................................................. 5 3. 软件设计 ..................................................................................................................................... 7

3.1程序总体流程图 ................................................................................................................ 7 3.2程序清单（见附录2） ..................................................................................................... 7 4.系统测试....................................................................................................................................... 7

4.1测试仪器 ............................................................................................................................ 7 4.2测试结果 ............................................................................................................................ 8 5. 结束语....................................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 10 附录 ................................................................................................................................................ 10

附录1 主要元器件清单 ........................................................................................................ 10 附录2 程序清单 .................................................................................................................... 11

1.系统设计

1.1设计要求

1.1.1设计任务

设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。 1.1.2技术指标

（1）基本要求

① 电压增益Av?40dB，输入电压有效值Vi?20mV。Av可在0~40dB范围内手动连续调节。

② 最大输出电压正弦波有效值VO?2V，输出信号波形无明显失真。 ③ 3dB通频带0~5MHz；在0~4MHz通频带内增益起伏?1dB。 ④ 放大器的输入电阻?50?，负载电阻?50?2??。 ⑤ 设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。

（2）发挥部分

① 最大电压增益Av?60dB，输入电源有效值Vi?10mV。 ② 在Av?60dB时，输出端噪声电压的峰—峰值VONPP?0.3V。 ③ 3dB通频带0~10MHz;在0~9MHz通频带内增益起伏?1dB。 ④ 最大输出电压正弦波有效值VO?10V，输出信号波形无明显失真。 ⑤ 进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

⑥ 电压增益Av可预置并显示，预置范围为0~60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz两点）。 ⑦ 降低放大器的制作成本，提高电源效率。 ⑧ 其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

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1.2方案比较与选择

1.2.1可控增益放大方法比较与选择

方案一：采用晶体管或场效应管控制增益

主要利用场效应管的可变电阻区或者晶体管的压控电阻实现增益控制。该方案采用大量的分立元件，电路复杂且稳定性差。

方案二：采用增益可调的运放来控制增益

直接选取增益可调的运放，如VCA810、AD603。其可调增益分别为-40dB-40dB、-10dB-30dB。可以用单片机以dB为单位方便地预置增益。为满足题目要求，若采用AD603，需两片级联。 经比较，选用方案二的VCA810。 1.2.2功率输出部分方法比较与选择

方案一：采用分立元件

采用分立元件，成本低，易于购买。但设计调试难度太大，耗时长，短时间内手工制作难以保证性能指标及可靠性。

方案二：采用宽带运算放大器

可采用宽带运算放大器，如AD811、THS3091、THS3001放大电压。其中AD811为宽带电流反馈型运算放大器，-3 dB带宽为120 MHz (G=+2)；THS3091为单路高压低失真电流反馈型运算放大器，带宽为210MHz(G=2);THS3001为超高速电流负反馈运算放大器，带宽为210MHz(G=2)。经实验，采用AD811效果较好。

采用BUF634增大驱动电流。BUF634为高速开环增益缓冲器，它可用于运算放大器的反馈环路内，以增加输出电流，消除热反馈并提高容性负载驱动。对于低功耗的应用，BUF634静态电流，具有250mA输出、2000V/us压摆率和30MHz带宽，均满足题目需求。

综上，我们选择AD831和BUF634进行功率放大。

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