基于AD603寬帶放大器的設計與實現

劉穎，李敏

（西安歐亞學院信息工程學院，陜西西安710065）

基于AD603寬帶放大器的設計與實現

劉穎，李敏

（西安歐亞學院信息工程學院，陜西西安710065）

該寬帶放大器針對20 Hz～10 MHz信號進行放大的目的，采用前置放大電路、增益放大電路、末級大信號放大電路、單片機顯示與控制電路和直流穩壓電源五大部分構成寬帶直流放大器。通過對電路進行最終的測試，整個系統可以實現在18 Hz～11 MHz的范圍內放大增益在40 dB范圍內可調，帶內增益起伏小于1 dB。

直流放大；增益可控；AD603；AD8056

文中設計了一個寬帶直流放大器，該放大器的輸入電壓有效值小于50 mV，電壓增益大于40 dB，且該增益可在0～40 dB范圍內進行調整；最大不失真輸出電壓正弦波有效值Vo大于2V；通頻帶內增益起伏≤1 dB。放大器的輸入電阻≥50 Ω，負載電阻（50 Ω）。該系統通過單片控制增益變化量，并能夠顯示輸出電壓大小和輸出電壓增益［1］。

1　系統整體方案設計

設計一個寬帶的直流放大器要考慮通頻帶、輸入電阻、帶負載能力等問題，該系統由前置放大、增益放大電路、末級大信號放大電路、單片機顯示與控制電路和穩壓電源五部分構成。為保證輸入電阻大于50 Ω，前端電壓放大需設一級寬帶跟隨器；增益放大電路由程控增益放大器構成；由于輸出電壓幅度較大，需再加一級大信號寬帶電壓放大器作為末級信號放大電路；根據增益控制調節、測量并顯示輸出電壓增益等要求，需要設置單片機小系統和有關檢測電路，系統總體框圖如圖1所示。

圖1　系統結構框圖

2　系統各模塊電路設計與參數計算

1）前置放大電路

可控增益放大器AD603的輸入電阻較小為提高輸入電阻，在可控增益放大前加入輸入緩沖器使輸出電阻與AD603輸入匹配；另外前級電路對整個電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲。所以采用高速寬帶低噪聲運算放大器AD8056做前級跟隨。采用AD8056構成電壓跟隨器，起到緩沖隔離的作用，以減少噪聲等干擾信號的影響，同時滿足了系統輸入電阻大于50 Ω的要求［2］。電路連接如圖2所示。

圖2　電壓跟隨器電路

2）可控增益放大電路

電壓控制增益放大器AD603作為本寬帶放大器設計的主要功能模塊來實現設計要求0至40 dB增益范圍內可以調節，AD603壓控運算放大器單級使用時的增益調節范圍為-10至30 dB，運放芯片AD603的基礎增益可以使用下面的公式來得到：

在上式里邊的U是單位為V的差分輸入電壓，Gain是單位為dB的AD603的基礎增益［3］。

從上式的基礎增益計算公式可以很容易看出來，把dB作為單位的對數增益與V作為單位的差分輸入電壓兩者之間是呈線性關系。所以只要控制電位器的電位變化來控制差分輸入電壓就可以平滑連續地控制整個系統的增益變化，增益的步進可以比較準確的實現［4］。但是一級控制的范圍僅為40 dB沒有足夠的余量，具體電路中幾乎無法實現0至40 dB范圍內可調，所以使用兩級級聯的方式，增益為

本射頻寬帶放大器系統的設計電壓增益要求超過40 dB，輸入時的最大不失真正弦波電壓的有效值根據設計要求不能超過20 mV，同時最大的不失真輸出正弦波電壓的有效值要超過1V。在增益分配時把最大可調增益要設置到40 dB以上并且要留有一部分余量在硬件電路才能夠實現0至40 dB范圍內的調節，所以綜合考慮在增益分配時預留10 dB左右的余量［5］。具體的電路實現中，使用兩級AD603的級聯來實現最大的20dB增益可調范圍。

AD603連接有3種模式，本系統采用模式二，VOUT與FDBK之間外接一個電阻REXT，FDBK與COMN端之間接一個5.6 pF的電容頻率補償［6］。根據放大器的增益關系式，選取合適的REXT，可獲得所需要的模式一與模式三之間的增益值。當REXT=2.15 kΩ時，增益-1～41 dB。當控制電壓在-500 mv到+500 mv范圍內滿足40 dB/V的線性關系。

增益控制放大電路中AD603采用5引腳和7引腳短接的使用方式，由電位器來控制GNEG與GPOS的差分輸入電壓進而控制增益變化，如圖3。供電端加去耦電路來濾除干擾，兩級AD603級間采用電容耦合的級聯方式最大限度地隔離直流干擾的同時抑制零點漂移［7］。

3）末級放大電路

由于要求放大器通頻帶最大為10 MHz，負載電阻為50 Ω時，最大輸出有效值為10V，而AD603輸出最大有效值為2V左右，末級功率放大電路可以在不減小系統電路通頻帶的情況下提高系統電路驅動負載的能力。末級功率放大電路的設計使用了一片THS3091芯片和兩片BUF634緩沖芯片級聯來實現，AD8055的輸出電流較大所以在AD8055和BUF634緩沖器之間串聯一個1 K的電阻用于限流，具體設計電路如圖4所示。

圖3　可控增益放大電路

圖4　末級放大電路

3　系統軟件設計

本設計采用的可控增益放大器為AD603，該芯片通過電壓的變化進行增益的控制，該控制電壓通過單片機來產生，以達到更高的精準度。單片機還對輸出電壓進行測量，并通過屏幕顯示出來。軟件流程圖如圖5所示。

本系統可以按5 dB為步進進行增益控制，并且預置了10 dB、30 dB、40 dB，方便測試。

圖5　系統軟件流程圖

4　系統測試及結果分析

1）測試條件

示波器MOS～640 40 MHz

數字信號源100 uHz～40 MHz

四倍半萬用表VC9807A

負載電阻50 Ω

2）測試方法及結果

將各部分電路連接起來，先調整0 dB使輸入信號幅度和輸入信號幅度相等。接上50 Ω的負載電阻進行整機測試。

①通頻帶測試：預置增益為18 dB，輸入電壓為有效值小于10 mV，且改變頻率時要保證輸入電壓保持為30 mV，測試結果如表1。

根據測量得出通頻帶范圍從18 Hz～11 MHz。

②固定一頻率點為1 MHz，預置增益測試數據如表2。

根據測量得滿足指標要求，增益小于3 dB

表1　通頻帶測試

表2　預置增益測試數據

3）抗干擾措施

具體采取的抗干擾措施有：

①將輸入部分和增益控制部分裝在屏蔽盒子，避免級間干擾和自激

②電源隔離：各級供電采用電感隔離，輸入級和輸出級采用隔離供電，各部分電源通過電感隔離，這樣可以避免低頻自激。

4）誤差分析

本設計的系統誤差來自多方面的，有小信號輸入時的噪聲，外來干擾以及測量儀器的自身所有的誤差和電路焊接等各方面的影響。雖然采取了一些屏蔽措施，只是對誤差有所改善，而誤差是不可能被消除的。具體采取的抗干擾措施有：將輸入部分和增益控制部分裝在屏蔽盒子，避免級間干擾和自激。

5　結束語

從各測試數據來看，整個系統達到了設計要求的參數，本設計偏重于通頻帶下線的擴展處理及高端高增益下系統穩定性問題，得到了較好的處理，系統設計性價比較高，設計簡單靈活。

［1］黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［2］杜月林.蔣雪飛.梅明濤.基于AD603程控增益大功率寬帶直流放大器的設計［J］.國外電子測量技術，2010（11）：48-50.

［3］李萬臣；模擬電子技術基礎實踐教程［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2008.

［4］王光明，張玘，沈國際.程控增益放大器的實現方法［J］.電子工程師，2002（4）：15-16.

［5］陳永剛，劉立國.AD603及其在AGC電路中的應用［J］.電子世界，2002（4）：23-24.

［6］艾文歡，劉大為.一種性能優良的寬帶放大器［J］.科技風，2010（21）：18-19.

［7］吳翠娟，張恒.模擬電子技術［M］.北京：清華大學出版社，2013.

Design and implementation based on AD603 broadband amplifier

LIU Ying，LI Min
（Information Engineering College of Xi'an Eurasia University，Xi'an 710065，China）

In order to enlarge the signal to 20 Hz-10 MHz，the amplifier is composed of five parts：the preamplifier circuit.gain amplification circuit.，the final high signal amplification circuit.display and control circuit of SCM and DC regulated power supply.Through the final test of the circuit，the whole system can be realized in the range of 40dB to enlarge the gain within the range of 18 Hz-11 MHz can be adjusted，with internal gain fluctuation less than 1dB.

DC amplification；controllable gain；AD603；AD8056

TN710.2

A

1674－6236（2016）17-0142-03

2015-08-30稿件編號：201508173

劉穎（1980—），女，河南開封人，碩士，講師。研究方向：通信電路。