直流寬帶放大器的設計

沈 放 謝風連

（南昌大學科技學院，江西 南昌 330029）

直流寬帶放大器的設計

沈 放 謝風連

（南昌大學科技學院，江西 南昌 330029）

文章采用AT89S52單片機作為微控制器，以可編程增益放大器AD603為放大電路的核心，設計并制作了具有增益預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，實現增益 0～40dB 范圍內可按6dB步進調節或連續可調，在0～6MHz通頻帶內增益起伏在1dB以下；輸出在600Ω負載上最大輸出電壓有效值Vo≥3V，波形無明顯失真。整個作品制作成本低、功耗小，除個別指標未達到外，其它全部達到設計要求。

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，特別是在通信系統和電子戰系統的應用中，對寬帶低噪聲和功率放大器的性能指標有特殊要求。

根據要求設計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；放大器負載為 600Ω；3db通頻帶為6MHz， 在20KHz-5MHz頻帶內增益起伏不大于1db；最大增益不小于40db，增益調節范圍為10 ~ 40 db（增益值6級可調，步進間隔為 6 db，增益預置值與實測值誤差的絕對值不大于2 db），需要顯示預置增益值；最大輸出電壓有效值不小于3V。

（一）總體方案設計

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成。單片機通過預置“+”“-”鍵輸出電壓，通過 DA輸出的電壓值調節程控放大器的放大倍數，使輸出值達到預設值。

輸入信號經前級放大后經一個射隨器進入可控增益放大，其放大倍數由單片機通過D/A轉換器調整AD603的控制電壓Vg并根據公式增益GAIN=40×Vg+20（dB）來設定。而在AGC模式下，此控制電壓Vg是由AGC電路的反饋電壓得到，不受單片機控制。

2.系統框圖設計

根據要求，本系統設計主要包括以下幾個部分：程控增益放大、直流穩壓電源、D/A轉換、高速放大隔離及微控制器等。系統構成如圖1所示。

圖1 系統構成圖

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系的可編程增益放大器AD603。通過單片機控制 D/A輸出高精度直流電壓來控制AD603內部的衰減網絡，實現精度±0.5dB增益可調。用少數外圍器件配合AD603可實現增益0~40dB連續可調。

（2）理論分析與計算

AD603主要有三種工作模式：當腳5和腳7短接時，AD603的增益為 40Vg+10，這時的增益范圍-10dB～30dB，帶寬為90Mhz；當腳5和腳7斷開時，其增益為40Vg+30，這時的增益范圍為10dB～50dB，帶寬為9Mhz；當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。本設計采用腳 5和腳7間接固定電阻，使得AD603級聯增益范圍為0～40dB，帶寬約為70MHZ，完全滿足設計要求。

（3）抑制直流零點漂移

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

（二）單元電路設計

1.前級放大電路

前級放大電路由 AD818組成負反饋電路，電壓放大倍數通過調節電位器滿足要求。

2.程控增益放大電路

程控增益放大電路主要由 AD603級聯構成。電壓跟隨器的反向輸出端并聯電阻與電容以改善系統的頻率特性。

AD603的5、7腳接固定電阻，單片AD603的可調范圍為0dB～40dB。控制端GNEG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系，其增益控制端輸入電壓范圍為－500mv～＋500mv，增益調節范圍為40dB，當步進5dB時，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，顯示穩定可靠。

4.直流穩壓電源電路

電路為自行設計的正負15V和正負5V的直流穩壓電源電路。分別采用LM7815、LM7915、LM7805和LM7905構成，電路簡單，工作可靠。

5.抗干擾處理

干擾產生的原因：電路本身的干擾；電源紋波對放大器的影響；PCB布線時產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，增加電路的穩定性；PCB布線時地線加粗，信號線不平行布線；增加濾波電路，濾除6M以上的頻率。

（三）軟件設計

系統采用C語言編寫，在KEIL環境下編譯調試，系統主程序流程圖如圖2所示。

圖2 系統主程序流程圖

（四）系統測試及結論

AD603測試數據如表1所示。

表1 AD603測試數據

由表1可知，由于AD818進行了前級放大，故整個放大電路的放大倍數范圍為3～100倍，符合設計要求。

[1] 周選昌.高頻電子線路[M].杭州:浙江大學出版社,2006.

[2] 林家儒.電子電路基礎[M].北京:北京郵電大學出版社,2005.

[3] 田良,等.綜合電子設計與實踐[M].南京:東南大學出版社,2002.

TN72

A

1008-1151(2011)06-0034-02

2011-03-25

沈放（1974－），男，湖北英山人，南昌大學科技學院助教，通信與信息系統研究生，研究方向為電子技術應用等。