带宽直流放大器
参赛队号:
宽带直流放大器(C题)
摘要
本作品三个模块电路构成:前级放大电路、后级功率放大电路和单片机显示与控制模块。在前级放大电路中，用宽带可控增益运算放大器AD603两级级联放大输入信号以达到足够的电压增益，再经过后级功率放大电路提供足够的功率输出。AT89S52单片机的显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外，还可以预置并显示输出电压增益及放大器的带宽。作品完成了题目的基本要求和大部分发挥要求。
，藉此提高整体电路的性价比，是本设计的一大特色。
一、方案论证与比较
1.可控增益放大器部分
方案一： 放大电路可由分立器件搭建而成，由于60dB的增益要求较高，单级放大电路较难实现，故可采用多级放大电路级联。输出端采用三极管射极包络检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于采用分立元件较多，而且必须采用高速BJT或FET，电路较为复杂，设计难度大，工作点难于调整，增益的定量调节、AGC自动增益控制和高带宽均非常困难，而且电路稳定性差，容易产生自激现象，不可控因素较多，调试难度大，故不予考虑。
方案二： 为了易于实现发挥部分中要求的最大60dB的增益调节，本着优质低价的原则，可以采用较为廉价的D/A芯片DAC0832，利用DAC0832当中的电阻T型网络改变反馈电压，进而控制环路增益。同时考虑到DAC0832是一种廉价的8位D/A转换芯片，其输出Vout=Dn×Vref/256，其中Dn为8位数字量输入的二进制值，可满足256挡增益调节，满足题目的精度要求。它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可以采用DAC0832来实现信号的程控衰减。但由于控制的数字量和最后的增益不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度降低，故放弃此方案。
方案三：由于题目要求放大电路的增益可控，以此可以考虑直接选取增益可调的运放实现，如AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过嵌入式系统进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外根据芯片手册，AD603在模式二工作条件下能够提供由直流到30MHz的工作带宽以及0-40db的增益，单级实际工作时可提供超过20dB的增益，两级级联后即可得到40dB以上的增益，通过后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法的优点是电路集成度高、总体电路较为简单，根据芯片手册即可迅速搭建高性能的实际电路，所需要解决的问题就是极间的调试及外围电路的去耦，合理的级联、阻抗匹配及去耦技术，其工作量在四天三夜之内应该可以完成，而且总体思路较为清晰、控制方便、易于数字化，便于使用嵌入式系统进行处理，故此方案可行性较高。
综上所述，选用方案三。AGC稳定性高，增益可控范围大，加入后级负反馈互补输出电路，完成增益带宽积的提高与功率提升。因为AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0。5db，满足题目要求的精度，其增益（db）与控制电压（V）成线性关系，因此可以很方便的使用D/A输出电压控制放大器的增益。
2.后级功率放大部分
由两片AD603级联构成的前级放大电路，对不同大小的输入信号进行前级放大。由于AD603的最大输出电压较小，不能满足题目要求，所以前级放大信号需经过后级放大达到更高的输出有效值。
方案一： 使用分立元件自行搭建后级放大器。使用分立元件设计困难，调试繁琐，本题要求信号频谱宽度较大，普通晶体管高频响应较差，即便使用高速功率管稳定性依然较差，必然对反馈信号造成影响，且容易产生自激而又较难消除，不可控因素较多，因此放弃此方案。
方案二： 使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明，只需按照题目要求的指标选取合适的芯片即可。而且本题题眼并不在此，因而不应将主要精力放在此处，故而使用集成电路芯片是快速完成后级功率放大部分的最佳选择。
二、系统设计
按照题目的要求，结合前期的方案论证比较，我们小组充分利用模拟系统与