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基于可变增益放大器VGAAD603的带宽直流放大器的

发布时间:2020-06-30 22:24:56 阅读: 来源:隧道窑厂家

带宽放大器是指工作频率上限与下限之比远大于l 的放大电路。这类电路主要用于放大视频信号、脉冲信号或射频信号。本文提出了一种以可变增益放大器VGA AD603 为核心,结合外围模拟及数字电路实现宽带放大器的设计方法, 带宽可达10 MHz。

本文引用地址: 系统整体设计

该系统由前置放大、可预置增益放大、低通滤波器、后级放大、直流稳压模块和单片机控制与显示模块六大部分构成。具体电路结构如图1 所示。

图1 系统框图

2 方案论证与设计

2.1 可控增益放大器方案选择

方案一:DAC 控制增益。该方案从理论上讲, 只要D/A 的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB) 不成线性关系而是成指数关系,造成增益调节不均匀、精度下降, 且其增益动态范围有限, 故不采用; 方案二:使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA,用控制电压和增益(dB)成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。用电压控制增益, 便于单片机控制, 同时可以减少噪声和干扰。

综合比较, 选用方案二, 采用可变增益放大器AD603作增益控制放大器。

2.2 输入阻抗匹配方案选择

方案一:采用低噪声精准放大器OP27 设计前级的射级跟随,尽管噪声小、精度高,但是由于带宽仅为8 MHz,达不到10 MHz 的要求;方案二: 采用高速宽带运放OPA692 作为构成前级的射级跟随器。OPA692 是高速宽带运放, 其在±5 V 双电源工作时,增益为2,频带宽度为190 MHz,电压转换速率为2 100 V/μs。

经过比较, 采用方案二。由于AD603 的输入阻抗只有100 Ω, 使用OPA692 作为前级输入完全能满足要求,并且可以很好地隔绝前级电路对后级电路的干扰, 实现级间的阻抗匹配。

2.3 滤波电路选择方案

方案一: 采用RC 滤波电路, 但RC 滤波衰减很大;方案二: 利用高速宽带运放OPA690 设计二阶巴特沃思滤波器,其通频带内的频率响应曲线最大限度平坦, 没有起伏, 而在阻频带则逐渐下降为零。经比较, 选择方案二。

3 理论分析与参数计算

3.1 电压增益控制原理分析

电压增益控制原理分析AD603 的基本增益为:Gain =40 VG+10, 其中,VG是差分输入电压, 单位是V,Gain 是AD603 的基本增益,单位是dB 。从此式可以看出, 以dB 作单位对数增益和电压之间是线性关系, 因此,只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益, 增益步进可以很准确地实现。

3.2 通频带内增益起伏控制分析

为控制通频带内增益起伏, 采用二阶巴特沃思滤波环节, 其电阻电容可根据式(1) 、式(2)计算:

其中f0为通带截止频率,Q 为f=f0时电压放大倍数与通带放大倍数数值之比。计算数据可仿真实现。

3.3 抑制直流零点漂移分析

在集成运放同相输入端和反相输入端外接总电阻相同的情况下, 可抑制零点漂移, 另外在实际调试中, 还应加入调零端, 可有效地调整零位。

3.4 放大器稳定性分析

在各级放大电路中, 设计中均采用了电压负反馈,保证了放大器运行稳定。

4 主要功能模块设计

4.1 可编程增益放大器

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0.5 dB, 其增益(dB)与控制电压(V)成线性关系, 因此可以很方便地使用D/A 输出电压控制放大器的增益,并且其输入电流很小,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, 很适合构成程控增益放大器。可编程增益放大器AD603 由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。带宽90 MHz 时增益变化范围为-11 dB~+3l dB; 带宽为9 MHz 时为9 dB~51 dB。增益变化范围可分三种模式进行控制: 当5 脚与7 脚断开时,增益变化范围为9 dB~51 dB,当5 脚与7 脚短接时, 增益变化范应为-11 dB~+3l dB, 当5 脚与7 脚之间接一电阻时,可使增益变化范围进行平移。为了增大控制范围,设计中采取了两级AD603 级联的方法,如图2 所示。

图2 可编程增益放大器

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