長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 雷 雨

?

基于8051單片機(jī)的可控增益射頻放大器

長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 雷 雨

【摘要】本文提出了一種由8051單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLV5618A、壓控放大器VCA824和電流型運(yùn)放THS3201組成的小信號(hào)可控增益射頻放大器設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)前級(jí)通過(guò)THS3201實(shí)現(xiàn)10dB固定增益放大，中間級(jí)由壓控放大器VCA824級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)0dB～30dB增益變化，后級(jí)由THS3201和繼電器實(shí)現(xiàn)0或者20dB增益變化，達(dá)到10dB～60dB增益范圍可調(diào)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；射頻放大器；VCA824；THS3201

0　引言

電子設(shè)備和科研生產(chǎn)中常要利用放大電路將微弱電信號(hào)進(jìn)行放大。只有將信號(hào)放大到一定幅值才能滿足后級(jí)的要求。同時(shí)很多設(shè)備還要求具有一定輸出功率。然而面對(duì)多種多樣的放大要求，現(xiàn)在的放大電路難以在頻帶、增益動(dòng)態(tài)范圍、功率等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。為此，這里設(shè)計(jì)一種寬帶直流放大器，該直流放大器的頻率從0Hz到10MHz，增益調(diào)節(jié)范圍為10～60dB，后級(jí)功率放大電路可輸出7.5V的峰峰值。該系統(tǒng)精度高，可滿足一般生產(chǎn)科研實(shí)驗(yàn)要求。

1　系統(tǒng)組成及原理

本系統(tǒng)前級(jí)采用固定增益，由寬帶高壓擺率運(yùn)放OPA847實(shí)現(xiàn)10倍增益。中間級(jí)通過(guò)壓控放大器VCA824實(shí)現(xiàn)0.05～5V/V增益可調(diào)。后級(jí)電路通過(guò)THS3021實(shí)現(xiàn)10倍固定增益，末級(jí)由繼電器切換進(jìn)行5倍增益放大。系統(tǒng)輸入信號(hào)頻率為1M～100MHz，信號(hào)有效值小于1mV，放大器在工作過(guò)程中容易引入噪聲，且系統(tǒng)不穩(wěn)定容易引起自激。因此，本次設(shè)計(jì)前級(jí)固定增益放大電路，第一級(jí)設(shè)計(jì)較低增益，放大10倍，減小噪聲對(duì)系統(tǒng)后級(jí)影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)

2.1前級(jí)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)前級(jí)采用THS3201構(gòu)成的反相比例放大電路實(shí)現(xiàn)10dB增益放大。THS3201為電流型運(yùn)放，帶寬為1.8GHz，壓擺率為6700V/μs。前級(jí)輸入信號(hào)有效值為=1mV，則放大60dB輸出電壓峰峰值為：

則所需末級(jí)運(yùn)放壓擺率為：

THS3201完全達(dá)到要求。具體電路如圖2所示。

圖2　前級(jí)電路

圖3　增益調(diào)整電路

2.2VCA電路設(shè)計(jì)

中間級(jí)通過(guò)壓控放大器VCA824級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)0～30dB增益控制。VCA824為寬帶壓控放大器，10倍增益帶寬為320MHz。通過(guò)調(diào)節(jié)VCA824壓控端控制增益實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)。Vrf由單片機(jī)控制DA輸出給定電壓，具體電路如圖3所示。

圖4　后級(jí)電路

2.3后級(jí)電路設(shè)計(jì)

后級(jí)電路設(shè)計(jì)通過(guò)THS3201構(gòu)成的同相比例電路實(shí)現(xiàn)10倍增益放大，通過(guò)繼電器切換進(jìn)行衰減，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)10～60dB增益范圍可調(diào)。THS3201為電流反饋型運(yùn)放，具有6700V/μs高壓擺率和帶寬，可實(shí)現(xiàn)有效值2V、帶寬100MHz信號(hào)輸出。具體電路如圖4所示。

3　結(jié)語(yǔ)

本文利用TI高性能運(yùn)放，采用三級(jí)電路設(shè)計(jì)，并最終制作了實(shí)際測(cè)試電路板，放大器輸入電壓有效值 Vi≤5mV，輸出電壓有效值 Vo≥2V，波形無(wú)明顯失真，電壓增益高達(dá)60dB，通頻帶達(dá)60MHz～130MHz。

參考文獻(xiàn)

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M].武漢:高等教育出版社,1979.

[2]塞爾吉奧?弗朗哥.基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2010.

雷雨（1993—），男，本科在讀，主要研究方向：電子技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：