沈 放 謝風(fēng)連

（南昌大學(xué)科技學(xué)院，江西 南昌 330029）

直流寬帶放大器的設(shè)計(jì)

沈 放 謝風(fēng)連

（南昌大學(xué)科技學(xué)院，江西 南昌 330029）

文章采用AT89S52單片機(jī)作為微控制器，以可編程增益放大器AD603為放大電路的核心，設(shè)計(jì)并制作了具有增益預(yù)置和程控等功能的寬帶直流放大器及所使用的直流電源。由AD603組成增益放大器，實(shí)現(xiàn)增益 0～40dB 范圍內(nèi)可按6dB步進(jìn)調(diào)節(jié)或連續(xù)可調(diào)，在0～6MHz通頻帶內(nèi)增益起伏在1dB以下；輸出在600Ω負(fù)載上最大輸出電壓有效值Vo≥3V，波形無明顯失真。整個(gè)作品制作成本低、功耗小，除個(gè)別指標(biāo)未達(dá)到外，其它全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

壓控放大器；AD603；程控增益

直流寬帶能夠放大直流信號或變化極其緩慢的交流信號，對寬帶放大器要求各不相同，特別是在通信系統(tǒng)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)的應(yīng)用中，對寬帶低噪聲和功率放大器的性能指標(biāo)有特殊要求。

根據(jù)要求設(shè)計(jì)一款直流寬帶放大器，放大器輸入阻抗不小于 1kΩ;單端輸入，單端輸出；放大器負(fù)載為 600Ω；3db通頻帶為6MHz， 在20KHz-5MHz頻帶內(nèi)增益起伏不大于1db；最大增益不小于40db，增益調(diào)節(jié)范圍為10 ~ 40 db（增益值6級可調(diào)，步進(jìn)間隔為 6 db，增益預(yù)置值與實(shí)測值誤差的絕對值不大于2 db），需要顯示預(yù)置增益值；最大輸出電壓有效值不小于3V。

（一）總體方案設(shè)計(jì)

1.直流寬帶放大器

放大電路由前級放大和程控放大兩部分構(gòu)成。單片機(jī)通過預(yù)置“+”“-”鍵輸出電壓，通過 DA輸出的電壓值調(diào)節(jié)程控放大器的放大倍數(shù)，使輸出值達(dá)到預(yù)設(shè)值。

輸入信號經(jīng)前級放大后經(jīng)一個(gè)射隨器進(jìn)入可控增益放大，其放大倍數(shù)由單片機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換器調(diào)整AD603的控制電壓Vg并根據(jù)公式增益GAIN=40×Vg+20（dB）來設(shè)定。而在AGC模式下，此控制電壓Vg是由AGC電路的反饋電壓得到，不受單片機(jī)控制。

2.系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

根據(jù)要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：程控增益放大、直流穩(wěn)壓電源、D/A轉(zhuǎn)換、高速放大隔離及微控制器等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.方案論證

（1）程控增益放大

采用控制電壓與增益成線性關(guān)系的可編程增益放大器AD603。通過單片機(jī)控制 D/A輸出高精度直流電壓來控制AD603內(nèi)部的衰減網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)精度±0.5dB增益可調(diào)。用少數(shù)外圍器件配合AD603可實(shí)現(xiàn)增益0~40dB連續(xù)可調(diào)。

（2）理論分析與計(jì)算

AD603主要有三種工作模式：當(dāng)腳5和腳7短接時(shí)，AD603的增益為 40Vg+10，這時(shí)的增益范圍-10dB～30dB，帶寬為90Mhz；當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí)，其增益為40Vg+30，這時(shí)的增益范圍為10dB～50dB，帶寬為9Mhz；當(dāng)5腳和7腳接上電阻，其增益與帶寬范圍將處于上述兩者之間。本設(shè)計(jì)采用腳 5和腳7間接固定電阻，使得AD603級聯(lián)增益范圍為0～40dB，帶寬約為70MHZ，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）抑制直流零點(diǎn)漂移

為了有效地抑制直流零點(diǎn)漂移，采用 DC/DC模塊供電，并采用基于差模放大原理構(gòu)成的差動(dòng)式放大電路。

（二）單元電路設(shè)計(jì)

1.前級放大電路

前級放大電路由 AD818組成負(fù)反饋電路，電壓放大倍數(shù)通過調(diào)節(jié)電位器滿足要求。

2.程控增益放大電路

程控增益放大電路主要由 AD603級聯(lián)構(gòu)成。電壓跟隨器的反向輸出端并聯(lián)電阻與電容以改善系統(tǒng)的頻率特性。

AD603的5、7腳接固定電阻，單片AD603的可調(diào)范圍為0dB～40dB?？刂贫薌NEG接2V，另一控制端GPOS接10位D/A輸出，從而精確地控制AD603的增益。AD603的增益與控制電壓成線性關(guān)系，其增益控制端輸入電壓范圍為－500mv～＋500mv，增益調(diào)節(jié)范圍為40dB，當(dāng)步進(jìn)5dB時(shí)，控制端電壓需增大125mv。

由于 AD603的控制電壓需要比較精確的電壓值，我們使用精密10位的D/A TLC5615，用外部基準(zhǔn)恒壓源MC1403提供高精密2.5V恒壓源，其輸出電壓精度為，完全滿足指標(biāo)要求。

3.LCD液晶顯示電路

選用 LCD1602液晶顯示作為顯示器件，電路簡單，顯示穩(wěn)定可靠。

4.直流穩(wěn)壓電源電路

電路為自行設(shè)計(jì)的正負(fù)15V和正負(fù)5V的直流穩(wěn)壓電源電路。分別采用LM7815、LM7915、LM7805和LM7905構(gòu)成，電路簡單，工作可靠。

5.抗干擾處理

干擾產(chǎn)生的原因：電路本身的干擾；電源紋波對放大器的影響；PCB布線時(shí)產(chǎn)生的寄生電容的影響。

消除高頻干擾的方法：增加屏蔽罩，輸出輸入用雙絞線；增加去耦電容，增加電路的穩(wěn)定性；PCB布線時(shí)地線加粗，信號線不平行布線；增加濾波電路，濾除6M以上的頻率。

（三）軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C語言編寫，在KEIL環(huán)境下編譯調(diào)試，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖

（四）系統(tǒng)測試及結(jié)論

AD603測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 AD603測試數(shù)據(jù)

由表1可知，由于AD818進(jìn)行了前級放大，故整個(gè)放大電路的放大倍數(shù)范圍為3～100倍，符合設(shè)計(jì)要求。

[1] 周選昌.高頻電子線路[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2006.

[2] 林家儒.電子電路基礎(chǔ)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2005.

[3] 田良,等.綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].南京:東南大學(xué)出版社,2002.

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2011-03-25

沈放（1974－），男，湖北英山人，南昌大學(xué)科技學(xué)院助教，通信與信息系統(tǒng)研究生，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)應(yīng)用等。