寬帶放大器設(shè)計(jì)

寬帶放大器設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的(1)掌握寬帶放大器的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；(2)熟悉集成電路的使用方法。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一個(gè)寬頻帶放大器，要求帶寬大于30MHz，可擴(kuò)展;帶寬增益積大于300MHz，可擴(kuò)展；輸出阻抗為600Q，輸出電壓21V。三、寬帶放大器原理幾種常見(jiàn)寬帶放大器(參考)：1．二級(jí)直接耦合寬帶放大器電路圖1是二級(jí)直接耦合寬帶放大器電路，第二級(jí)采用PNP型晶體管，這種電路適合于提高電源電壓的利用率，需要給出較大輸出振幅的電路。各級(jí)開(kāi)環(huán)增益為20dB，與R1串接的電位器RP1用于調(diào)整晶體管最適宜的偏置。隔直電容C1和C2的參數(shù)由低頻特性確定，頻率特性上限由所使用的晶體管(特別是VT2)限制，若使用2SA495晶體管，約有30MHz的帶寬。VT2要求具有高截止頻率fH，低輸入電容COb晶體管。直流偏置是降低集電極負(fù)載電阻，有較大工作電流。這種電路要采用穩(wěn)定電源供電，低負(fù)載使用時(shí)，要在VT2輸出增設(shè)1級(jí)射隨電路。兩級(jí)寬帶放大器構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，其電壓放大倍數(shù)Auf=1+竺=11R4圖1二級(jí)直接耦合寬帶放大器電路

2．寬帶緩沖器電路寬帶緩沖器電路如圖2所示。這種電路用作電流驅(qū)動(dòng)能力較弱的通用寬帶運(yùn)放輸出電路，要求高速動(dòng)作的無(wú)放電電路及50Q負(fù)載的線路驅(qū)動(dòng)電路等。該電路屬于簡(jiǎn)易功率合成器，VT1、VT2、VT3和VT4均工作在射極跟隨狀態(tài)。要求VT1與VT2,VT3與VT4參數(shù)一致。輸入的功率PIN在A點(diǎn)一分為二，經(jīng)過(guò)電流放大后，在B點(diǎn)合成。電壓放大倍數(shù)不超過(guò)2，但接近2。但電流放大倍數(shù)較大，因此功率放大倍數(shù)也較大。此電路輸入阻抗高，而輸出阻抗低，正適合于作驅(qū)動(dòng)級(jí)。圖2寬帶緩沖器電路a.圖2寬帶緩沖器電路a.3辺2SA753電阻Ri用于防止高頻振蕩等異常動(dòng)作。旁路電容Cl和C2也很重要，要靠近晶體管安裝。3.10MHz以上的寬帶放大器電路圖3是采用UPC4539C構(gòu)成的寬帶放大器電路。視頻放大器常采用差動(dòng)輸入/差動(dòng)輸出的UA733，此電路是電流差動(dòng)型的寬帶放大器電路，轉(zhuǎn)換速率高(60V/US),GB乘積大(300MHz)，高頻特性?xún)?yōu)良，并由UPC4539外部設(shè)定工作條件。0?TA' |2UkQ75L1圖0?TA' |2UkQ75L1圖3米用uPC4539C構(gòu)成的寬帶放大器電路UPC4539C內(nèi)電路結(jié)構(gòu)為電流差動(dòng)型，與一般放大器的設(shè)計(jì)方法不同。首先是偏置工作點(diǎn)的設(shè)定，內(nèi)部電流基準(zhǔn)Gt由R5設(shè)定，ISet=(VCc-l?2V)/(R5-lkQ),當(dāng)R5=20kQ時(shí)，ISET為568uAo7腳偏置輸入電流由VCC和R4確定，與輸出端的直流電位無(wú)關(guān)。因單電源工作，uPC4539C的輸入/輸出需接隔直電容，根據(jù)需要低頻特性選用C1與C5。反饋放大器的增益由R3與R2之比決定，約10倍(20dB),與R3并聯(lián)相位補(bǔ)償電容，抑制高頻尖峰信號(hào),獲得平坦的頻率特性oGBW隨設(shè)定電流ISET的不同大幅度變化，ISET為20uA時(shí)，GBW為20MHz;；100uA時(shí)為90MHz；1mA時(shí)為300MHz。閉環(huán)增益由電阻R2和R3確定，采用穩(wěn)定性高的金屬膜電阻。電容C1和C5根據(jù)低頻1截止頻率選定，C> (R為750Q或150Q),C1和C2采用100uF以上的鋁電解電2兀fRc容，但高頻時(shí)阻抗增大，與其并聯(lián)0.luF的陶瓷電容更好。4.采用y,PC1663C構(gòu)成的寬帶放大器電路圖.4是采用UPC1663C構(gòu)成的寬帶放大器電路。UPC1663C與視頻放大器uA733有相同的電路結(jié)構(gòu)，高頻特性好，達(dá)到100MHz以上的頻率。適用于高清晰度電視、高分辨顯示器、視頻電路、CCD傳感放大器等電路中，需要帶寬特性的電路。RL0輸出07R50Q200Q1RL0輸出07R50Q200Q1叫圖411PC1663C構(gòu)成的寬帶放大器電路uPC1663C是差動(dòng)輸入/輸出型集成芯片，此電路使用單端輸入/輸出。輸入端用R1(50Q)作為終端電阻，采用直流耦合，但輸出端產(chǎn)生約3V的同相電壓，需要電容C3進(jìn)行交流耦合。差動(dòng)輸出作為單端使用時(shí)，不用的輸出端子開(kāi)路，特性發(fā)生變化，因此，接入R4和R5調(diào)節(jié)平衡。輸入差動(dòng)晶體管的發(fā)射極間電阻R3用于設(shè)定差動(dòng)增益，R3為0時(shí)，增益為300倍，100Q時(shí)為100倍，1.2kQ時(shí)為20倍。若R3采用lkQ可變電阻，就可方便改變?cè)鲆妗Ｅc一般運(yùn)放相比，其特點(diǎn)是即使改變閉環(huán)增益，頻率特性也不會(huì)改變。5.50MHz寬帶放大器電路寬帶放大器廣泛用于高速脈沖與視頻電路、高頻振蕩器、高速A/D轉(zhuǎn)換器的前置放大器等。圖5中的運(yùn)放A1采用HA2539構(gòu)成的寬帶放大器電路。HA2539追求高速性能，具有S/R為600us，GB積為600MHz,fT為400MHz及優(yōu)良的交流特性，但不足之處是失調(diào)電壓最大為15mV,輸入偏置電流為20uA，失調(diào)電流最大為6uA，輸入阻抗典型值為10kQ,不適用運(yùn)算等電路。為使工作頻率達(dá)到100MHz,必須降低電路阻抗，反饋電阻R3為lkQ左右，據(jù)此推算

R2,令R1=R2//R3,以減小因輸入偏置電流產(chǎn)生的失調(diào)。為使輸出阻抗為50Q，在輸出端串聯(lián)電阻R4,如果與下級(jí)的連線短接，則可不接R4。電源線路的旁路電容要靠近HA2539安裝，要與鉭電容C2并聯(lián)0.01?0.luF的陶瓷電容。RR>輸岀樸iLR齢4加卜RR>輸岀樸iLR齢4加卜II—輸入Q-圖550MHz寬帶放大器電路6.100MH超寬帶直流放大器電路如圖6所示是采用CLC221A構(gòu)成的超寬帶直流放大器電路，它適用于放大高速脈沖信號(hào)°CLC221A特性良好，轉(zhuǎn)換速率為6500V/US,tr=tf=2.1ns,-3dB帶寬時(shí)頻率為170MHz;直流特性好，失調(diào)電壓為0.5mV,漂移電壓為5uV，可直接構(gòu)成寬帶直流放大器。/?R輸出10輸入Qi5OQ—H0/?R輸出10輸入Qi5OQ—H0」卩13WCLC221A13血t”—C0J圖6采用CLC221A構(gòu)成的超寬帶直流放大器電路CLC221A與普通運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)不同，它采用電流反饋方式的高性能運(yùn)算放大器。同相放大與反相放大均大，但反相放大時(shí)可獲得平坦的頻率特性，片內(nèi)有Rf為1.5kQ的反饋電阻。同相放大器時(shí)，可按Ain為1+(1.5kQ/RG)計(jì)算出Rg；反相放大時(shí)，可按Ain為1.5kQ/Rg計(jì)算出Rgo7．低漂移寬帶放大器電路圖7采用TL592B構(gòu)成的低漂移放大器電路。為了改善直流特性，增設(shè)直流反饋運(yùn)放A2電路，該電路的失調(diào)漂移取決于A2,高頻特性取決于A1的復(fù)型放大器電路。圖7.9.7采用TL592B構(gòu)成的低漂移放大器電路TL592B的噪聲特性比普通運(yùn)放有所改善，1kHz?10MHz的輸入信號(hào)其噪聲電壓典型值為3uVoTL592B可構(gòu)成直流復(fù)合型放大器，直流到低頻由直流特性好的運(yùn)放A2決定，直流特性較差的TL061接人反饋環(huán)內(nèi)。高頻特性由A1決定，它可獲得300MHz頻率的平坦特性。因?yàn)門(mén)L592B輸入差動(dòng)放大電路的射極間電阻可使電路獲得13?400倍的差動(dòng)增益。所以調(diào)整RP2可使整個(gè)電路的頻率特性保持平坦。TL592B的輸出端4,5產(chǎn)生2.9V的同相電壓，而失調(diào)電壓的典型值為350mV,因此，兼作緩沖器的電平移動(dòng)電路（VT1和VD1）時(shí)也是2.9V壓降。VT2為有源負(fù)載電路，恒流偏置值由穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓與射極電阻R6決定，即上（VZ2-VBE）/R6=13mA。輸出電阻R7決定輸出阻抗，按照不同需要選用其阻值，最好還是按抑制VT1的最大集電極電流來(lái)確定。TL592B的輸入偏置電流比通用運(yùn)放大，典型值為9UA，若輸入端采用交流耦合，就會(huì)產(chǎn)生失調(diào)電壓，應(yīng)并聯(lián)小電阻。8.寬帶ALC放大器電路圖8采用TL026等構(gòu)成的寬帶ALC放大器電路，這是一種把輸入電平的變動(dòng)穩(wěn)定保持在某一電平上的電路。例如，在產(chǎn)生低頻到幾十兆赫茲的信號(hào)發(fā)生器中，由于輸出電平的頻率特性不平坦，為此增設(shè)本電路，可自動(dòng)控制振幅保持恒定。另外，為降低輸出阻抗，增設(shè)緩沖器電路。圖8電路中，外部電壓改變?cè)鲆娴膶拵Р捎肨L026集成芯片,它具有20dB的壓縮特性。輸入電路中接人的電阻R0用于降低輸入電平（輸入電平為^26?-6dB以上）。TL026驅(qū)動(dòng)50Q以上負(fù)載時(shí)，不能獲得較大輸出振幅，因此，增設(shè)晶體管構(gòu)成的緩沖器電路，使其減輕負(fù)載。

33QRJ.l31233QRJ.l312圖中：A]TL026、A2和A3TL072、VTQSA733、VT32SC945、VT32SC945

VD]和VD22SS97、VD3和VD4LS1588、VT42SA733

圖8寬帶ALC放大器電路TL026為差動(dòng)輸出，若其負(fù)載電阻不相等，則頻率特性要改變，為此，在5腳接人電容C2和電阻R4。2,7腳的電位差可對(duì)增益進(jìn)行控制。運(yùn)放A2用于直流電平穩(wěn)定。用二極管VD1對(duì)輸出電壓進(jìn)行整流，其直流電壓與基準(zhǔn)電壓（Rp1上電壓）進(jìn)行比較。接入的二極管VD2是為了補(bǔ)償VD1的溫度特性。運(yùn)放A2工作于比較器狀態(tài)，輸出電平增加時(shí)，來(lái)自VDi的電流變大，則A2對(duì)其積分輸出負(fù)電壓并加到A3的反相輸入端，使2腳對(duì)A2的7腳電位增加，促使增益降低。9．寬帶對(duì)數(shù)放大器電路圖9采用TL441構(gòu)成的寬帶對(duì)數(shù)放大器電路，獲得80dB的對(duì)數(shù)壓縮特性，每十進(jìn)位（10倍的變化）獲得0.1V輸出，把-80?+10dB范圍的電平變化壓縮為0?0.5V。該電路可用于通信、計(jì)測(cè)等裝置的IF放大器及寬量程電平顯示器中。TL441的內(nèi)部電路如圖10所示，內(nèi)有4個(gè)差動(dòng)放大器，每個(gè)差動(dòng)放大器放大30dB，總共120dB范圍，從實(shí)用性考慮，約80dB的壓縮比較好。根據(jù)差動(dòng)放大器的輸入/輸出特性,1個(gè)對(duì)數(shù)放大器不能獲得直線性，故采用8個(gè)對(duì)數(shù)放大器。所以，每個(gè)對(duì)數(shù)放大器平均壓縮15dB。為了處理微弱電平至O+10dB高電平信號(hào)，B輸入單元需要接入前置放大器。低電平時(shí)，寬帶運(yùn)放A11，和A22工作，B1，B2,A1，A2依次飽和，可適應(yīng)80dB范圍的信號(hào)處理。A2輸入雖接有R5（15kQ）電阻，但TL441的輸入阻抗為500Q，約得1/31（約-30dB）的分壓，該級(jí)可處理最高輸入電平信號(hào)。

圖9采用TL441構(gòu)成的寬帶對(duì)數(shù)放大器電路圖9采用TL441構(gòu)成的寬帶對(duì)數(shù)放大器電路圖10TL441內(nèi)部等效電路圖運(yùn)放All和A22的增益恰好需要30dB，反饋電阻R2為：R2=R1(A-l)=3.06kQ，故采用3kQ的半微調(diào)電位器，為了提高壓縮精度，也可采用2.7kQ+500Q半微調(diào)電位器°TL441有輸出Y與Y(反相)及Z與Z(反相)二組。合成[(Y+Z),(Y+Z)])后分別加到A33的同相輸入端與反相輸入端進(jìn)行加法運(yùn)算。另外，輸出端總有輸出接近+Vcc的同相電壓，因此，需要接人差動(dòng)輸入電平移動(dòng)電路。圖11是壓縮動(dòng)態(tài)范圍寬信號(hào)的高頻對(duì)數(shù)放大器。頻率范圍4MHz，輸入電平-14dB，線性度士ldB,動(dòng)態(tài)范圍40Db。TL592是寬帶可變?cè)鲆嬉曨l放大器。

?0II10II-I葉和下丄輸岀96VOPKO?0II10II-I葉和下丄輸岀96VOPKOiokn—d—0Ipr—II—U1財(cái)側(cè)十jwnSlflLi0IpbZL圖11是壓縮動(dòng)態(tài)范圍寬信號(hào)的高頻對(duì)數(shù)放大器10.寬帶功率放大器電路圖12是寬帶功率放大器電路。用于函數(shù)發(fā)生器輸出或脈沖輸出放大等。整個(gè)電路為一反相放大器，由R2引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋求和點(diǎn)a上的交流電壓經(jīng)由電容C2由寬帶交流放大器放大。被交流放大器放大的信號(hào)，其最低頻率應(yīng)是直流運(yùn)放不能響應(yīng)的頻率，直流及很低的頻率信號(hào)由直流運(yùn)放反相放大，送人運(yùn)放放大器同相端，總的頻率特性是由電阻R2反饋的這兩種放大信號(hào)合成的。川2SCI53S02SA7^AIDkQ22DpFCLF356H&24QQ3D0Q<;vSOpFc1C"10L]川2SCI53S02SA7^AIDkQ22DpFCLF356H&24QQ3D0Q<;vSOpFc1C"10L]24?(J?j244JL1lOkQ—TC.f0.001nFfi..2SK2I4iowin2SA71VD,5?lOOfl2SJ77圖12是寬帶功率放大器電路主放大器電路有差動(dòng)輸入端，運(yùn)放輸出送到同相端，從輸出反饋到求和點(diǎn)的增益A為-R2/Rl主放大器電路是全對(duì)稱(chēng)的推挽電路，如果不要求像運(yùn)放那樣的直流漂移，此電路也可單獨(dú)使用。各級(jí)工作點(diǎn)設(shè)定時(shí)保證寬帶工作。例如，VT1和VT2的集電極電阻設(shè)定