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文檔簡(jiǎn)介

1、Tianjin University射頻寬帶放大器射頻寬帶放大器Tianjin University各位老師上午好!各位老師上午好!Tianjin University第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第三部分第三部分 賽題解析賽題解析Tianjin University第一部分第一部分 概概 述述Tianjin University 放大器是出現(xiàn)較多的一類競(jìng)賽題。如:放大器是出現(xiàn)較多的一類競(jìng)賽題。如:1995年的實(shí)用低頻功率放大器;年的實(shí)用低頻功率放大器;1999年的測(cè)量放大器;年的測(cè)量放大器;2001年的高效率音頻功率放大器;年的高效率音頻功率放大器;2003年的

2、寬帶放大器;年的寬帶放大器;2009年的寬帶直流放大器;年的寬帶直流放大器;2013年的射頻寬帶放大器。年的射頻寬帶放大器。綜合測(cè)評(píng)和其他類競(jìng)賽題包涵的放大器內(nèi)容。綜合測(cè)評(píng)和其他類競(jìng)賽題包涵的放大器內(nèi)容。 概概 述述Tianjin University該類競(jìng)賽題目的特點(diǎn):1、題目涵蓋了電子信息各類學(xué)生必需掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知題目涵蓋了電子信息各類學(xué)生必需掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)專業(yè)知識(shí)要求相對(duì)較低。所以,以放大器為載體識(shí),對(duì)專業(yè)知識(shí)要求相對(duì)較低。所以,以放大器為載體構(gòu)成的電子競(jìng)賽題,適用的專業(yè)、年級(jí)范圍寬泛,容易構(gòu)成的電子競(jìng)賽題,適用的專業(yè)、年級(jí)范圍寬泛,容易構(gòu)成構(gòu)成“基本要求部分上手容易,發(fā)揮要求

3、部分制作難度基本要求部分上手容易,發(fā)揮要求部分制作難度有梯度,整體工作量適當(dāng)有梯度,整體工作量適當(dāng)”的賽題;的賽題;2、放大器是指標(biāo)型的題目,參數(shù)要求靈活,實(shí)現(xiàn)方法多、放大器是指標(biāo)型的題目,參數(shù)要求靈活,實(shí)現(xiàn)方法多樣。對(duì)參賽學(xué)生的基本功、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、接收新技術(shù)、新樣。對(duì)參賽學(xué)生的基本功、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、接收新技術(shù)、新器件的能力要求高;器件的能力要求高;概概 述述Tianjin University該類競(jìng)賽題目的特點(diǎn):3 3、放大器是組成各類電子系統(tǒng)的重要單元電路,其應(yīng)用、放大器是組成各類電子系統(tǒng)的重要單元電路,其應(yīng)用背景明顯,并對(duì)新技術(shù)、新器件發(fā)展、工藝制作質(zhì)量敏背景明顯,并對(duì)新技術(shù)、新器件發(fā)展、工藝

4、制作質(zhì)量敏感。分析近年的考題,我們可以清晰看出放大器類題目感。分析近年的考題,我們可以清晰看出放大器類題目跟隨業(yè)界技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì):即寬帶、高增益和高性能跟隨業(yè)界技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì):即寬帶、高增益和高性能(較高的輸出電壓、較高的效率、較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較(較高的輸出電壓、較高的效率、較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較低的噪聲性能),以及采用新型器件的導(dǎo)向。低的噪聲性能),以及采用新型器件的導(dǎo)向。概概 述述Tianjin University第二部分第二部分 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) Tianjin University 放大器設(shè)計(jì)是各類競(jìng)賽題中均包含的放大器設(shè)計(jì)是各類競(jìng)賽題中均包含的內(nèi)容,每個(gè)參賽隊(duì)肯定會(huì)賽前訓(xùn)練。目?jī)?nèi)容,每

5、個(gè)參賽隊(duì)肯定會(huì)賽前訓(xùn)練。目前設(shè)計(jì)放大器基本均采用集成電路運(yùn)算前設(shè)計(jì)放大器基本均采用集成電路運(yùn)算放大器的方案,所以關(guān)鍵是選擇合適的放大器的方案,所以關(guān)鍵是選擇合適的芯片。這使得訓(xùn)練應(yīng)分為普通訓(xùn)練和專芯片。這使得訓(xùn)練應(yīng)分為普通訓(xùn)練和專項(xiàng)訓(xùn)練。項(xiàng)訓(xùn)練。一、基本放大器一、基本放大器Tianjin University 普通訓(xùn)練主要是采用通用芯片,結(jié)合傳感器等,設(shè)普通訓(xùn)練主要是采用通用芯片,結(jié)合傳感器等,設(shè)計(jì)普通放大器、差分放大器、儀用放大器和小功率的計(jì)普通放大器、差分放大器、儀用放大器和小功率的驅(qū)動(dòng)電路,以滿足相關(guān)系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)采集、調(diào)理的驅(qū)動(dòng)電路,以滿足相關(guān)系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)采集、調(diào)理的需求。需求。 當(dāng)

6、選擇設(shè)計(jì)放大器為訓(xùn)練主攻方向時(shí),則需要進(jìn)行當(dāng)選擇設(shè)計(jì)放大器為訓(xùn)練主攻方向時(shí),則需要進(jìn)行專項(xiàng)的訓(xùn)練。特別是要在寬帶、高增益(可調(diào))、高專項(xiàng)的訓(xùn)練。特別是要在寬帶、高增益(可調(diào))、高輸出電壓(或有輸出功率要求)、阻抗匹配、失真、輸出電壓(或有輸出功率要求)、阻抗匹配、失真、帶內(nèi)增益起伏、矩形系數(shù)等指標(biāo)提高上下功夫。帶內(nèi)增益起伏、矩形系數(shù)等指標(biāo)提高上下功夫。 一、基本放大器一、基本放大器Tianjin University1.1.選好合適的芯片,能取得事半功倍的效果。如選好合適的芯片,能取得事半功倍的效果。如0303年寬帶放大年寬帶放大器一題,功能完成較好的作品均是采用了器一題,功能完成較好的作品均

7、是采用了AD603AD603作為中間放大級(jí)。作為中間放大級(jí)。0909年寬帶直流放大器一題,對(duì)帶寬和輸出功率提出新的要求。年寬帶直流放大器一題,對(duì)帶寬和輸出功率提出新的要求。該題的寬帶、高增益且可調(diào)指標(biāo)仍然是采用該題的寬帶、高增益且可調(diào)指標(biāo)仍然是采用AD603AD603等芯片實(shí)現(xiàn),等芯片實(shí)現(xiàn),但輸出電壓(功率)指標(biāo)有新要求,需要采用但輸出電壓(功率)指標(biāo)有新要求,需要采用THS3092THS3092,LT1210LT1210,BUF634BUF634等性能好的新型集成芯片。今年的題目對(duì)新型、高性能等性能好的新型集成芯片。今年的題目對(duì)新型、高性能集成電路的依賴更加明顯。集成電路的依賴更加明顯。2

8、2需要設(shè)計(jì)好整體方案。包括帶內(nèi)增益波動(dòng)需要設(shè)計(jì)好整體方案。包括帶內(nèi)增益波動(dòng)(09(09年和年和1313年放大年放大器均要求了帶內(nèi)增益波動(dòng)器均要求了帶內(nèi)增益波動(dòng)1dB)1dB),增益分配(動(dòng)態(tài)范圍),噪,增益分配(動(dòng)態(tài)范圍),噪聲抑制和功率驅(qū)動(dòng)。聲抑制和功率驅(qū)動(dòng)。3. 3. 良好的制作工藝。布局、屏蔽、去耦、接地等。良好的制作工藝。布局、屏蔽、去耦、接地等。一、基本放大器一、基本放大器Tianjin University 這部分內(nèi)容包含信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)發(fā)生電這部分內(nèi)容包含信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)發(fā)生電路、有源濾波器、比較器。另外,還包含路、有源濾波器、比較器。另外,還包含NE555NE555芯芯片的

9、應(yīng)用。將運(yùn)放應(yīng)用電路單獨(dú)提出來,是因?yàn)槠膽?yīng)用。將運(yùn)放應(yīng)用電路單獨(dú)提出來,是因?yàn)樵摬糠址浅V匾曳秶鷮?,誰也無法限定范圍,該部分非常重要且范圍寬,誰也無法限定范圍,但題目中肯定會(huì)用上。在培訓(xùn)時(shí),訓(xùn)練的典型電但題目中肯定會(huì)用上。在培訓(xùn)時(shí),訓(xùn)練的典型電路越多越好。路越多越好。二、運(yùn)算放大器應(yīng)用電路二、運(yùn)算放大器應(yīng)用電路Tianjin University第三部分第三部分-賽題解析賽題解析射頻寬帶放大器(射頻寬帶放大器(2013年年D題)題) Tianjin University一、任務(wù)一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。設(shè)計(jì)并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。二、要求二、要求1 1基本要求基本要求(1 1

10、)電壓增益)電壓增益A Av 20dBv 20dB,輸入電壓有效值,輸入電壓有效值U Ui i 20mV20mV。A Av v在在0 020dB20dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。(2 2)最大輸出正弦波電壓有效值)最大輸出正弦波電壓有效值U Uo200mVo200mV,輸出,輸出信號(hào)波形無明顯失真。信號(hào)波形無明顯失真。(3 3)放大器)放大器BWBW-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHzL 0.3MHz,上限,上限頻率頻率f fH20MHzH20MHz,并要求在,并要求在1MHz1MHz15MHz15MHz頻帶內(nèi)增益頻帶內(nèi)增益起伏起伏1dB1dB。 (4 4)放大器的輸入阻抗

11、)放大器的輸入阻抗 = 50= 50 ,輸出阻抗,輸出阻抗 = 50 = 50 。Tianjin University2 2發(fā)揮部分發(fā)揮部分(1 1)電壓增益)電壓增益A Av 60dBv 60dB,輸入電壓有效值,輸入電壓有效值U Ui 1 mVi 1 mV。A Av v在在0 060dB60dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。(2 2)在)在A Av 60dBv 60dB時(shí),輸出端噪聲電壓的峰峰值時(shí),輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp oNpp 100mV100mV。(3 3)放大器)放大器BWBW-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHzL 0.3MHz,上限頻,上限頻率率f

12、fH100MHzH100MHz,并要求在,并要求在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。該項(xiàng)目要求在。該項(xiàng)目要求在Av 60dBAv 60dB(或可達(dá)到的最高電(或可達(dá)到的最高電壓增益點(diǎn)),最大輸出正弦波電壓有效值壓增益點(diǎn)),最大輸出正弦波電壓有效值Uo 1VUo 1V,輸,輸出信號(hào)波形無明顯失真條件下測(cè)試。出信號(hào)波形無明顯失真條件下測(cè)試。(4 4)最大輸出正弦波電壓有效值)最大輸出正弦波電壓有效值U Uo 1Vo 1V,輸出信號(hào),輸出信號(hào)波形無明顯失真。波形無明顯失真。 (5 5)其他(例如進(jìn)一步提高放大器的增益、帶寬等)。)其他(例如進(jìn)一步提高放大器

13、的增益、帶寬等)。Tianjin University3. 3. 說明說明1 1)要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波)要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波電壓有效值應(yīng)在電壓有效值應(yīng)在R RL=50L=50 條件下測(cè)試(要求條件下測(cè)試(要求R RL L阻值誤差阻值誤差5 %5 %),如負(fù)載電阻不符合要求,該項(xiàng)目不得分。),如負(fù)載電阻不符合要求,該項(xiàng)目不得分。2 2)評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái))評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái)220V220V交流輸入的直流穩(wěn)壓電交流輸入的直流穩(wěn)壓電源。源。3 3)建議的測(cè)試框圖如圖)建議的測(cè)試框圖如圖1 1所示,可采用點(diǎn)頻測(cè)試法。所示,可采用點(diǎn)頻測(cè)試法?;炯寄苄?/p>

14、號(hào)源射頻寬帶放大器示波器/高頻毫伏表自備直流穩(wěn)壓電源UiUo圖圖1 測(cè)試框圖測(cè)試框圖Tianjin University圖圖2 2 幅頻特性示意圖幅頻特性示意圖 Tianjin University 該題目的考點(diǎn)主要有:該題目的考點(diǎn)主要有:帶寬、增益帶寬、增益(高增益、可調(diào)、(高增益、可調(diào)、帶內(nèi)波動(dòng))、帶內(nèi)波動(dòng))、動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍(增益分配)、(增益分配)、阻抗匹配、降低阻抗匹配、降低噪聲、測(cè)量方法。噪聲、測(cè)量方法。 帶寬指標(biāo)主要通過選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)帶寬指標(biāo)主要通過選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn),如現(xiàn),如OPA847OPA847、OPA690OPA690、THS3091THS309

15、1、OPA2694 OPA2694 、AD8321AD8321 高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn),典型的設(shè)計(jì)方案是高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn),典型的設(shè)計(jì)方案是采用采用3 3級(jí)放大器,也有采用級(jí)放大器,也有采用4 4級(jí)放大的方案。級(jí)放大的方案。 由于今年題目對(duì)增益可調(diào)功能沒有程控、步進(jìn)的要由于今年題目對(duì)增益可調(diào)功能沒有程控、步進(jìn)的要求,所以,可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增求,所以,可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增益解決方案,有兩種實(shí)現(xiàn)方法。益解決方案,有兩種實(shí)現(xiàn)方法。1.1.采用可程控增益運(yùn)放;采用可程控增益運(yùn)放;2.2.采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。 帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)通過

16、極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)通過極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。三、題目分析三、題目分析Tianjin University 動(dòng)態(tài)范圍(增益分配)指標(biāo)主要是做好增益分配。今動(dòng)態(tài)范圍(增益分配)指標(biāo)主要是做好增益分配。今年全國(guó)復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入年全國(guó)復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入20mV20mV時(shí)測(cè)輸出電壓。時(shí)測(cè)輸出電壓。結(jié)果,不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠恚敵鍪д?,丟了結(jié)果,不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠恚敵鍪д?,丟了分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲,將第一級(jí)的增益設(shè)分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲,將第一級(jí)的增益設(shè)置過高且不可調(diào)。結(jié)果輸入稍大,第一級(jí)就飽和了,后面置過高且不可

17、調(diào)。結(jié)果輸入稍大,第一級(jí)就飽和了,后面再衰減或調(diào)整也起不了作用,造成輸出失真。再衰減或調(diào)整也起不了作用,造成輸出失真。 阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為50 50 ,并,并要求負(fù)載為要求負(fù)載為50 50 。所以,需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗。所以,需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來的負(fù)載電阻,匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來的負(fù)載電阻,但實(shí)際很少有這樣做的。由于大多數(shù)運(yùn)放的輸出電阻很小,但實(shí)際很少有這樣做的。由于大多數(shù)運(yùn)放的輸出電阻很小,所以要先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)所以要先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)50 50 的電阻,然后

18、再接的電阻,然后再接50 50 負(fù)載。負(fù)載。三、題目分析三、題目分析Tianjin University 降低噪聲,選器件、布好局。降低噪聲,選器件、布好局。 測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為50 50 ,先將,先將信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為1mV1mV,然后,再設(shè),然后,再設(shè)置為置為20mV20mV。示波器采用高阻輸入方式,作。示波器采用高阻輸入方式,作品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。部分作品沒做品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。部分作品沒做50 50 輸出電阻,可能會(huì)影響成績(jī)。輸出電阻,可能會(huì)影響成績(jī)。三、題目分析三、題目分析Tianjin University1.1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案

19、設(shè)計(jì) 可以采用固定增益放大器(可以采用固定增益放大器(THS3201THS3201)、)、可調(diào)增益放大器(可調(diào)增益放大器(AD8367AD8367)和輸出功率放大)和輸出功率放大器(器(THS3901THS3901)構(gòu)成方案。)構(gòu)成方案。 或者采用固定增益放大器(或者采用固定增益放大器(OPA847OPA847)、)、程控步進(jìn)衰減模塊(程控步進(jìn)衰減模塊(PE4306PE4306)、壓控增益放)、壓控增益放大器(大器(VCA821VCA821)和輸出功率放大器()和輸出功率放大器(AD8009AD8009,THS3201THS3201)構(gòu)成。)構(gòu)成。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin

20、 University系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University 模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) 可控增益放大器設(shè)計(jì)可控增益放大器設(shè)計(jì) 方案一:采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可方案一:采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可變電阻區(qū)(或三極管等效為壓控電阻)實(shí)現(xiàn)增益控制,由于題目變電阻區(qū)(或三極管等效為壓控電阻)實(shí)現(xiàn)增益控制,由于題目要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件,電路復(fù)雜,穩(wěn)定性要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件,電路復(fù)雜,穩(wěn)定性差。差。 方案二:采用多路選擇器來來改變放大器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增方案二:采用多路選擇器來來改變放大

21、器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器,不能實(shí)現(xiàn)益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器,不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié),影響高頻的頻率特性。連續(xù)調(diào)節(jié),影響高頻的頻率特性。 方案三:根據(jù)放大電路增益可控的要求,考慮直接選取可調(diào)增益方案三:根據(jù)放大電路增益可控的要求,考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)(如的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)(如VCA820VCA820,VCA821VCA821,AD603 AD603 ,AD8367AD8367)。其特點(diǎn)是)。其特點(diǎn)是以以dBdB為單位進(jìn)行調(diào)節(jié),可控增益約為單位進(jìn)行調(diào)節(jié),可控增益約40dB,40dB,可以用單片機(jī)方便的預(yù)可以用單片機(jī)方便的預(yù)制增益。制增益

22、。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University 增益分配增益分配 由于要求輸入電壓有效值由于要求輸入電壓有效值1mV1mV U Ui 20mVi 20mV;輸出端噪聲電壓的峰峰值輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp 100mVoNpp 100mV;在;在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。 某設(shè)計(jì)方案選擇低噪輸入級(jí)某設(shè)計(jì)方案選擇低噪輸入級(jí)OPA690OPA690增益為增益為5 5倍,第二級(jí)為倍,第二級(jí)為-10dB30dB-10dB30dB,第三放大級(jí),第三放大級(jí)OPA847OPA847增增益為益為1010倍,輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)倍,輸出驅(qū)

23、動(dòng)級(jí)THS3091THS3091增益為增益為2 2倍。倍。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University增益控制模塊設(shè)計(jì)增益控制模塊設(shè)計(jì) 方案一:在電源方案一:在電源+5V+5V和地之間使用可調(diào)電位器來給集和地之間使用可調(diào)電位器來給集成壓控增益放大器的電壓控制管腳(成壓控增益放大器的電壓控制管腳(1 1號(hào)管腳)提供一個(gè)號(hào)管腳)提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓,改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。穩(wěn)定的電壓,改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。此方案為手改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。此方案為手動(dòng)調(diào)節(jié)。動(dòng)調(diào)節(jié)。 方案二:通過單片機(jī)進(jìn)

24、行運(yùn)算并控制方案二:通過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制D/AD/A芯片輸出來芯片輸出來給提供控制電壓,從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方案為程序給提供控制電壓,從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方案為程序控制??刂啤?綜合比較這兩種方案,各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)綜合比較這兩種方案,各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié),而程序控制又比較直觀、方便。連續(xù)調(diào)節(jié),而程序控制又比較直觀、方便。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University 射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)(前級(jí)放大器,固定增益)射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)(前級(jí)放大器,固定增益) 方案一:采用電壓反饋放大器方案一:采用電壓反饋放大器OPA846OPA846、OPA847

25、OPA847、OPA657OPA657、OPA690OPA690等電壓放大器,該系等電壓放大器,該系列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高,需要仔細(xì)列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高,需要仔細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)PCBPCB電路板。電路板。 方案二:采用電流反饋放大器方案二:采用電流反饋放大器OPA691OPA691,OPA2694OPA2694、THS3201THS3201。 四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)方案一:使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大方案一:使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大器,單倍增益跟隨,增大輸出電流,提高帶負(fù)載能力。器

26、,單倍增益跟隨,增大輸出電流,提高帶負(fù)載能力。匹配、調(diào)試復(fù)雜。匹配、調(diào)試復(fù)雜。方案二:使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反饋方案二:使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反饋運(yùn)算放大器,如運(yùn)算放大器,如THS3091THS3091等。此種方案可以提供一定的等。此種方案可以提供一定的輸出電流,利于系統(tǒng)穩(wěn)定。輸出電流,利于系統(tǒng)穩(wěn)定。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University 系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)(1 1)放大器板上所有運(yùn)放電源線級(jí)數(shù)字信號(hào)線均加磁珠)放大器板上所有運(yùn)放電源線級(jí)數(shù)字信號(hào)線均加磁珠和電容濾波,磁珠可濾除電流上的毛刺,電容濾除較低頻和電容濾波,磁珠可濾除

27、電流上的毛刺,電容濾除較低頻率的干擾,它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。率的干擾,它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。安裝時(shí)盡量靠近安裝時(shí)盡量靠近ICIC電源和地。電源和地。(2 2)所有信號(hào)耦合用點(diǎn)解電容兩端并接高頻瓷片電容以)所有信號(hào)耦合用點(diǎn)解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降。避免高頻增益下降。(3 3)在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜,信)在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜,信號(hào)輸入輸出使用號(hào)輸入輸出使用SMA-BNCSMA-BNC接頭以使傳輸阻抗匹配,并可減接頭以使傳輸阻抗匹配,并可減少空間電磁波對(duì)本電路的干擾,同時(shí)避免放大器自激。少空間電磁波對(duì)本電路

28、的干擾,同時(shí)避免放大器自激。(4 4)數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開,同)數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開,同時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University頻帶內(nèi)增益起伏控制頻帶內(nèi)增益起伏控制1 1)選增益曲線平坦的器件)選增益曲線平坦的器件 如如THS3092THS3092。2 2) 極間阻抗匹配。極間阻抗匹配。 3 3) 輸出頻率補(bǔ)償。輸出頻率補(bǔ)償。4 4)合理利用芯片的特性。(如)合理利用芯片的特性。(如AD603AD603的增益隨著信號(hào)頻率的增益隨著信號(hào)頻率的增加而上升,而的增加而上

29、升,而OPA690OPA690在增益在增益G=10dB(G=3.12G=10dB(G=3.12倍介于倍介于G=2G=2倍和倍和G=5G=5倍之間)卻隨著信號(hào)頻率的增加而下降。另外,倍之間)卻隨著信號(hào)頻率的增加而下降。另外,THS3092THS3092在在G=0dBG=0dB時(shí)增益很平坦。利用此種特性,通過合理時(shí)增益很平坦。利用此種特性,通過合理搭配,使整個(gè)系統(tǒng)的帶內(nèi)波動(dòng)小于搭配,使整個(gè)系統(tǒng)的帶內(nèi)波動(dòng)小于1dB1dB。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例Tianjin University寬帶放大器設(shè)計(jì)寬帶放大器設(shè)計(jì) AD8321 AD8321為高頻段放大器,含為高頻段放大器,含SPISPI總線接口

30、,其帶寬總線接口,其帶寬235MHz235MHz,增益可調(diào),其最大增益為,增益可調(diào),其最大增益為24dB24dB。為滿足題目。為滿足題目60dB60dB的要求,系統(tǒng)采取三級(jí)級(jí)聯(lián)的措施。理論上的要求,系統(tǒng)采取三級(jí)級(jí)聯(lián)的措施。理論上Gain=24+24+24=72dBGain=24+24+24=72dB。因此可以實(shí)現(xiàn)題目中對(duì)增益的要。因此可以實(shí)現(xiàn)題目中對(duì)增益的要求。系統(tǒng)由單片機(jī)通過求。系統(tǒng)由單片機(jī)通過SPISPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)控制其增益??偩€發(fā)送數(shù)據(jù)控制其增益。其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例方案方案2Tianjin University系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)整體框圖 其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例方案方案2Tianj

31、in University通頻帶內(nèi)增益起伏控制通頻帶內(nèi)增益起伏控制 在通常的寬帶放大電路中,要想使頻帶內(nèi)增益起伏在通常的寬帶放大電路中,要想使頻帶內(nèi)增益起伏1db 1db 是比較困難的,在本電路中就巧妙的利用芯片本身特性,和是比較困難的,在本電路中就巧妙的利用芯片本身特性,和外圍器件的共同作用,先將信號(hào)輸入后進(jìn)行相應(yīng)的放大和補(bǔ)外圍器件的共同作用,先將信號(hào)輸入后進(jìn)行相應(yīng)的放大和補(bǔ)償,即利用第一級(jí)輸出后的電感、電容、電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償,償,即利用第一級(jí)輸出后的電感、電容、電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償,再經(jīng)第二、三級(jí)后面的電阻網(wǎng)絡(luò)(即每一級(jí)輸出后面的電阻再經(jīng)第二、三級(jí)后面的電阻網(wǎng)絡(luò)(即每一級(jí)輸出后面的電阻網(wǎng)絡(luò)),

32、將整體相應(yīng)的拉低,從而實(shí)現(xiàn)了頻帶內(nèi)增益起伏網(wǎng)絡(luò)),將整體相應(yīng)的拉低,從而實(shí)現(xiàn)了頻帶內(nèi)增益起伏1db1V。均衡器均衡器在系統(tǒng)中,傳輸信號(hào)的衰減量與信號(hào)頻率的平方根成正比,即衰減隨著信號(hào)在系統(tǒng)中,傳輸信號(hào)的衰減量與信號(hào)頻率的平方根成正比,即衰減隨著信號(hào)頻率的升高而增加,均衡器則是對(duì)同軸電纜的衰減特性進(jìn)行頻率補(bǔ)償,也就頻率的升高而增加,均衡器則是對(duì)同軸電纜的衰減特性進(jìn)行頻率補(bǔ)償,也就是說均衡器是一個(gè)與頻率特性相反的衰減器,對(duì)較低頻率的信號(hào)衰減較大,是說均衡器是一個(gè)與頻率特性相反的衰減器,對(duì)較低頻率的信號(hào)衰減較大,而對(duì)較高頻率的信號(hào)衰減較小。而對(duì)較高頻率的信號(hào)衰減較小。均衡器通常是由電感、電容和電阻組

33、成的均衡器通常是由電感、電容和電阻組成的T型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,它的原理圖見下圖。型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,它的原理圖見下圖。其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例-方案方案2Tianjin University可控電壓增益電路可控電壓增益電路可控增益調(diào)節(jié)部分使用壓控增益放大器可控增益調(diào)節(jié)部分使用壓控增益放大器VCA820VCA820,VCA820VCA820在寬頻在寬頻帶工作模式下,增益控制范圍為帶工作模式下,增益控制范圍為-20dB-20dB+20dB+20dB。前級(jí)電壓增益放大電路前級(jí)電壓增益放大電路采用采用OPA657OPA657,其增益帶寬積高達(dá),其增益帶寬積高達(dá)1.6GHz,1.6GHz,并且其輸入失調(diào)電流并且其輸入失

34、調(diào)電流僅有僅有0.25mV0.25mV,對(duì)于后級(jí)電路的調(diào)理起到相當(dāng)大的簡(jiǎn)化作用。,對(duì)于后級(jí)電路的調(diào)理起到相當(dāng)大的簡(jiǎn)化作用。后級(jí)電壓增益放大電路后級(jí)電壓增益放大電路作為末級(jí)放大電路,一方面需要滿足題目要求總電壓增益作為末級(jí)放大電路,一方面需要滿足題目要求總電壓增益Av60dBAv60dB,另一方面為了避免放大倍數(shù)過大而自激,引入干擾。,另一方面為了避免放大倍數(shù)過大而自激,引入干擾。末級(jí)放大電路增益應(yīng)盡可能小但又必須達(dá)到要求。選擇大功率末級(jí)放大電路增益應(yīng)盡可能小但又必須達(dá)到要求。選擇大功率帶寬,單位增益穩(wěn)定,高輸出電流的單電源運(yùn)放帶寬,單位增益穩(wěn)定,高輸出電流的單電源運(yùn)放OPA2694OPA2694。四、其他設(shè)計(jì)舉例四、其他設(shè)計(jì)舉例方案方案3Tianjin University可控電壓增益電路設(shè)計(jì)可控電壓增益電路設(shè)計(jì) 選擇一:以高增益精度的壓控選擇一:以高增益精度的壓控VGAVGA芯片芯片AD603AD603作為核心作為核心放大器,但頻率再高時(shí),效果很不理想,并且在級(jí)聯(lián)時(shí),放大器,但頻率再高時(shí),效果很不理想,并且在級(jí)聯(lián)時(shí),很容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。很容易

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