射频宽带放大器
摘要：本系统采用宽带电压反馈运放OPA690、压控增益放大器VCA810以及宽带电流反馈放大器THS3001结合的方式，实现了增益可调的射频宽带放大器。系统主要由四个模块构成：前置放大电路、压控增益放大电路、后级放大电路、单片机显示控制模块。压控增益放大电路以VCA810为核心，实现60dB的可调节范围；使用THS3001等运放进行电压放大使最大有效值达到1V；整个电路波形稳定、无明显失真，噪声电压小,通频带内增益平坦，较好得完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键词：射频放大、宽带放大、压控增益、单片机控制
Abstract
Adopting a combination of wideband voltage-feedback amplifier OPA690, voltage-controlled gain amplifier-VCA810, wideband current-feedback amplifier THS3001, the system can achieve a RF（RF-Radio frequency）broadband amplifier with adjustable gain. The system is consisted of four blocks: pre-amplifier circuit, voltage-controlled gain amplifier circuit, the latter amplifier circuit, MCU display control module. With a core of VCA810, the VGA circuit can achieve 60dB of gain adjustment range. Applying THS3001 etc. amplifier gains 1V of maximum effective value. The whole system has a feature of stable distortionless waveform, low noise and high gainflatness complete the design tasks, both the basic part and extended part.
Keywords: Radio frequency amplification、bandwidth amplification、voltage controlled gain、single chip microcomputer control
目录
一、系统方案 (4)
1.1方案比较与选择 (4)
1.1.1前置放大电路 (4)
1.1.2 压控增益放大电路 (4)
1.1.3 后级放大电路 (4)
1.2方案描述 (5)
二、理论分析与计算 (6)
2.1 宽带放大器设计 (6)
2.2 频带内增益起伏控制 (6)
2.3 射频放大器稳定性 (6)
2.4增益调整 (6)
三、电路与程序设计 (7)
3.1电路设计 (7)
3.1.1前置放大电路与电路原理图 (7)
3.1.2压控增益放大电路与电路原理图 (7)
3.1.3 后级放大电路与电路原理图 (8)
3.2程序的设计 (9)
四、测试方案与测试结果…………………………………………………………………………………… .10
4.1测试仪器 (10)
4.2 测试方法及数据 (10)
4.3 测试结果及析 (11)
五、总结 (12)
附录1：元器件表 (12)
附录2：幅频特性显示与波形显示 (12)
附录3：总电路图 (15)
附录4：源程序 (15)
一、系统方案
1.方案比较与选择
（1）前置放大电路
方案一：选用分立元件搭建电路，可以输出较大电压，但需采用多级高频电路，电路比较复杂，工作点难于调整，容易产生自激振荡，难以保证带宽，故不选用此方案。
方案二：使用多级放大器实现放大，采用同相输入形式，多级放大电路的对数增益等于其各级对数增益的对数和。此方案原理简单，易于调试，能够满足题目中输入阻抗和线性度的要求，故选取此方案。
综上所述，选择方案二。
（2）压控增益放大电路
方案一：采用可编程放大器思想，通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，大大提高测量精度，但由于难以满足高频率的指标，控制的数字量和电压增益不成线性关系，故不采用此方案。
方案二：采用程控电位器作为反馈电阻，由于电压增益的调节范围较大，需要电阻值的调节量很大，增加了电路的复杂程度，易影响分布的电容，造成电路的不稳定，故放弃此方案。
方案三：选用集成压控放大器作为增益控制，其增益与控制电压成线性关系，通过单片机输出数字信号到D/A芯片转换出相应的控制电压，实现精确的数控，且外围电路简单，便于调试，故选用此方案。
综上所述，选择方案三。
（3）后级放大电路
方案一：采用晶体管单端推挽放大电路，通过多级深度负反馈扩展通频带，级联可用直接耦合方式，但直接耦合的多级放大电路调试繁琐，电路不够稳定，且对电源电压的要求较高，所以放弃此方案。
方案二：选用多级运放实现放大，可以输出较高电压，但由于要与前置放大电路和压控增益放大电路级联，本身也要级联，带宽缩减，波形容易失真并产生自激振荡，所以放弃此方案。
方案三：选取单片集成宽带运算放大器。避免了本身级联使得带宽缩减，波形不易失真，且该方案电路较简单,容易调试,故采用本方案。
综上所述，选择方案三。
2.方案描述
系统框图如下图1所示，系统主要由四个模块构成：前置放大电路、压控增益放大电路、后级放大电路、单片机显示控制模块。前级放大电路增益为20dB,由两级OPA690 组成，保证输入阻抗匹配。放大后的信号通过VCA810再次进行放大，其中由单片机对VCA810输入-2～0V的控制电压以涵盖0～20dB 的增益调节范围。在压控增益放大电路再接一级后级放大电路，设置后级放大电路的增益为20dB，整个电路就能实现0～60dB的增益调节。
图1 系统框图
