可調(diào)增益寬帶放大器的設(shè)計(jì)與制作

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1、畢業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文獎(jiǎng)---可調(diào)增益寬帶放大器設(shè)計(jì)與制作(2009-06-2917:20:25)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽：寬帶放大器pcb功率放大電路emc雜談分類：設(shè)計(jì)作品可調(diào)增益寬帶放大器的設(shè)計(jì)與制作賈永福*指導(dǎo)教師：方允（廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，廣州，510006）摘要：本設(shè)計(jì)用高速電壓反饋型運(yùn)放OPA642組建前級(jí)跟隨器以提高系統(tǒng)的輸入阻抗，AD603構(gòu)建兩級(jí)可控增益放大，后接LM6361組成功率放大電路，并采用了多種PCB與電磁兼容技術(shù)。當(dāng)輸入正弦信號(hào)電壓20mV，實(shí)測輸出6.48V左右，-3dB帶寬5KHz～7MHz，最大不失真輸出電壓有效值達(dá)12.6V。

2、電路工作穩(wěn)定，增益線性可調(diào)，噪聲低。關(guān)鍵詞：寬帶放大器電磁兼容增益可調(diào)評(píng)閱人評(píng)語：整體設(shè)計(jì)科學(xué)合理，所選核心器件具有良好的頻率特性。采用了AD603有源增益控制，提高了電路的穩(wěn)定性；運(yùn)用了電磁兼容EMC技術(shù)，確保電路抗干擾能力強(qiáng)，較有新意。電路具有良好的高頻特性。整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)，層次分明，電路結(jié)構(gòu)簡單。（評(píng)閱人：熊建文教授）1寬帶放大器設(shè)計(jì)背景近年來隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，多媒體信息的高速傳輸呈現(xiàn)飛速增長的趨勢。寬帶放大器在光纖通信、電子戰(zhàn)設(shè)備及微波儀表等方面應(yīng)用越來越廣泛[1]。這些系統(tǒng)一般要求放大器具有增益可調(diào)、寬頻帶、低噪聲、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)[

3、2]。要同時(shí)滿足這些性能指標(biāo)，對(duì)電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，尤其是高頻PCB和電磁兼容的設(shè)計(jì)要求。2整體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)要在保證輸入/輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍的前提下，同時(shí)兼顧增益與帶寬的要求[3]，輸入阻抗可以采用電壓跟隨器。從帶寬和帶內(nèi)增益可調(diào)和起伏要求來看，不能采用諧振電壓放大器，而必須采用多級(jí)高階有源帶通濾波放大器，AD603為單通道、低噪聲、增益變化范圍連續(xù)可調(diào)的可控增益放大器。從噪聲性能要求來看，還必須選擇低噪聲器件及良好的電磁兼容設(shè)計(jì)。從穩(wěn)定性要求來看，末級(jí)大信號(hào)放大電路還必須采用適當(dāng)深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，可以采用高速集成功率放大器。3輸入緩沖及增

4、益可調(diào)放大本設(shè)計(jì)根據(jù)題目對(duì)放大電路的增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放AD603實(shí)現(xiàn)，兩級(jí)級(jí)聯(lián)后即可得到40dB以上的增益，通過后級(jí)放大器放大輸出，在高頻時(shí)也可提供超過40dB的增益。由于AD603的輸入電阻只有100，必須加入緩沖以提高輸入阻抗；另外前級(jí)電路對(duì)整個(gè)電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲，故采用高速低噪聲電壓反饋型運(yùn)放OPA642作前級(jí)跟隨，同時(shí)在輸入端加上二極管作過壓保護(hù)[4]。系統(tǒng)輸入緩沖和增益可調(diào)放大原理圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)輸入緩沖和增益可調(diào)放大原理圖4后級(jí)功率放大電路用音頻或射頻放大的方法完成寬頻功率輸出難度較大，所以采用

5、LM6361組建后級(jí)功率放大電路，它是一種高速新型OP放大器，轉(zhuǎn)換速率達(dá)300V/μs，且放大倍數(shù)與內(nèi)部相位補(bǔ)償無關(guān)。后級(jí)功率放大電路原理圖如圖2所示。圖2后級(jí)功率放大電路原理圖5電源設(shè)計(jì)電源的穩(wěn)定性決定著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電源輸出要求穩(wěn)定，紋波小。設(shè)計(jì)充分考慮電容濾波和紋波的消除以及頻率補(bǔ)償?shù)淖饔?，以防止自激振蕩，從而使電路穩(wěn)定工作，減少電路干擾。穩(wěn)壓電源電路如圖3所示。圖3穩(wěn)壓電源電路原理圖6PCB和電磁兼容設(shè)計(jì)要使電子電路獲得最佳性能，除了元器件的選擇和電路設(shè)計(jì)之外，良好的PCB布線和屏蔽技術(shù)應(yīng)用在電磁兼容性中也是一個(gè)非常重要的因素[5]。以下是本次

6、設(shè)計(jì)運(yùn)用的PCB與電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)。⑴在印制板的電源輸入端接上10-100μF的去耦電容。⑵輸入級(jí)和功率輸出級(jí)采用隔離供電，輸入級(jí)電源靠近屏蔽盒就近接上1000uF電解電容，盒內(nèi)接高頻瓷片電容，通過這種方法可避免低頻自激。⑶接地技術(shù)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵EMC之一，采用逐級(jí)串聯(lián)接地，且地線應(yīng)短而粗，避免接地電位隨著電流的變化而變化，以提高抗噪能力；構(gòu)建閉路環(huán)，在輸入級(jí)，將整個(gè)運(yùn)放用較粗的地線包圍，可吸收高頻信號(hào)，減少噪聲。在增益控制部分和后級(jí)功率放大部分也都采用了此方法。在功率級(jí)，這種方法可以有效的避免高頻輻射。⑷PCB中元器件圍繞電路的核心元件進(jìn)行配置，同時(shí)盡量

7、減少和縮短各器件之間的引線和連接線，設(shè)法減少其分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。⑸每個(gè)集成芯片的Vcc和GND之間跨接一個(gè)0.01μF的陶瓷電容，且引線要短。⑹所有信號(hào)耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降。⑺使用同軸電纜，輸入級(jí)和輸出級(jí)使用BNC接頭，輸入級(jí)和功率級(jí)之間用同軸電纜連接。信號(hào)電纜傳輸采用發(fā)端接地，收端不接，可顯著減少靜電感應(yīng)電壓。⑻將輸入部分和增益控制部分裝在金屬屏蔽盒中，避免級(jí)間干擾和高頻自激。⑼吸收磁環(huán)的應(yīng)用同樣是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵EMC技術(shù)之一。在輸出信號(hào)線上套上一個(gè)吸收磁環(huán)以抑制高頻噪聲。實(shí)測證明，系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，在5KHz~

8、7MHz的通頻帶范圍和0~56dB增益范圍內(nèi)都沒有自激。前級(jí)放大電