武漢大學(xué)射頻寬帶放大器課件

射頻寬帶放大器主要內(nèi)容1.設(shè)計要求1．基本要求（1）電壓增益Av≥20dB，輸入電壓，輸入電壓有效值Ui≤20mV。Av在0～20dB范圍內(nèi)可調(diào)。（2）最大輸出正弦波電壓有效值Uo≥200mV，輸出信號波形無明顯失真。（3）放大器BW-3dB的下限頻率fL≤0.3MHz，上限頻率fH≥20MHz，并要求在1MHz～15MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。（4）放大器的輸入阻抗=50Ω，輸出阻抗=50Ω。2．發(fā)揮要求（1）電壓增益Av≥60dB，輸入電壓有效值Ui≤1mV。Av在0～60dB范圍內(nèi)可調(diào)。（2）在Av≥60dB時，輸出端噪聲電壓的峰值≤100mV。（3）放大器BW-3dB的下限頻率的下限頻率fL≤0.3MHz，上限頻率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。該項目要求在Av≥60dB（或可達(dá)到的最高電壓增益點(diǎn)），最大輸出正弦波有效值Uo≥1V，輸出信號波形無明顯失真條件下測試。（4）最大輸出正弦波電壓有效值Uo≥1V，輸出信號波形無明顯失真。（5）其他（例如進(jìn)一步提高放大器的增益、帶寬等）。3.系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)以MSP430F449單片機(jī)為控制核心，硬件部分主要包括前級小信號放大、程控增益放大、后級功率放大和繼電器控制模塊。軟件部分主要包括VCA824壓控電壓的DAC輸出控制和繼電器選擇和切換控制以及按鍵和顯示，總體框圖如下:具體模塊設(shè)計

具體模塊設(shè)計二、程控增益放大電路

程控增益放大電路是整個系統(tǒng)增益可調(diào)的主要部分，它可以實現(xiàn)對增益連續(xù)可調(diào)。在設(shè)計中采用了程控增益芯片VCA824，VCA824是一款寬帶，電壓線性，連續(xù)可變的電壓控制增益放大器。其增益最大調(diào)節(jié)范圍可以達(dá)到40db，信號帶寬可以達(dá)到420MHz。在本設(shè)計中，使用了20db的調(diào)節(jié)范圍(主要是為了提高調(diào)節(jié)的裕量)單片機(jī)控制的12位串行D/ATLV5616來實現(xiàn)控制電壓的直流輸出（0-1V，相應(yīng)的增益為0-20db）。具體電路如下：

系統(tǒng)采用了電壓反饋和電流反饋運(yùn)算放大器。接下來就這兩種放大器的增益設(shè)置和穩(wěn)定性做理論分析。一、增益設(shè)置

1，正常工作頻帶內(nèi)，電壓反饋運(yùn)放的增益和-3dB截止頻率表達(dá)式分別為：

，

即帶寬增益積為常數(shù)。所以電壓反饋運(yùn)放的-3dB帶寬位置受增益的影響，電壓增益增大時，帶寬成比例下降。在使用電壓反饋運(yùn)放時，要充分權(quán)衡電壓增益與帶寬的關(guān)系。4.理論分析及計算2，系統(tǒng)輸出需要驅(qū)動50Ω電阻，最大輸出電壓有效值不小于1V,則運(yùn)放輸出電流不小于20mA。本方案最后一級采用了THS3901，THS3091是一款電流反饋運(yùn)算放大器，其增益和-3dB截止頻率表達(dá)式分別為：由上式可見，電流反饋運(yùn)放的增益和帶寬是相互獨(dú)立的，其-3dB帶寬位置僅受反饋電阻Rf的影響，因此選取合適的反饋電阻非常重要，設(shè)計中采用的是官方推薦的電阻大小。4.理論分析及計算二、放大器穩(wěn)定性

設(shè)反饋放大器的穩(wěn)態(tài)頻率響應(yīng)為:其中，為開環(huán)增益函數(shù)，為反饋函數(shù)。若在某一頻率

上，滿足環(huán)路增益為當(dāng)，即環(huán)路增益為0db時，，則

此時即使輸入信號為零，仍有某一頻率的信號輸出，即反饋放大器出現(xiàn)自激。要保證反饋放大器穩(wěn)定工作，必須使其遠(yuǎn)離自激狀態(tài)，這種遠(yuǎn)離程度可用相位裕量

表示，其定義式為

，顯然，相位裕量越大系統(tǒng)越穩(wěn)定。因此，在實際設(shè)計電路中，應(yīng)預(yù)有足夠的相位裕量。4.理論分析及計算5.

系統(tǒng)模塊設(shè)計前級放大OPA8475.

系統(tǒng)模塊設(shè)計程控放大VCA8245.

系統(tǒng)模塊設(shè)計第一級放大THS3091第二級放大THS3091繼電器切換5.

系統(tǒng)設(shè)計之實物圖測試條件9K~3.2GHz函數(shù)信號發(fā)生器：型號ROHDE&SCHWARZSMBV100A500M數(shù)字存儲示波器：型號TektronixTDS3052C測試結(jié)果

系統(tǒng)測試輸入輸出出阻抗為50Ω，

-3dB通頻帶

,

。在9KHz~102MHz頻帶內(nèi)增益起伏小于1dB。本系統(tǒng)增益調(diào)節(jié)范圍0dB~65dB之間，最大不失真輸出電壓有效值為1.30V