课 程 设 计 说 明 书课程设计名称： 电子技术课程设计题 目： 宽带放大器电路的仿真设计学 院： 电气信息学院学 生 姓 名： 常 晓 丽专 业： 信 息 工 程学 号： 312007080609401指 导 教 师： 陈 海 川完 成 日 期 2009 年 7 月 6 日 西华大学课程设计说明书摘 要：本设计利用可变增益宽带放大器 AD603 来提高增益和扩大 AGC 控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用高速电压反馈型运放 OPA642 作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。功率输出部分采用分立元件制作。整个系统通频带为 1kHz20MHz，最小增益 0dB，最大增益80dB。增益步进 1dB，60dB 以下预置增益与实际增益误差小于 0.2dB。不失真输出电压有效值达 9.5V，输出 4.5V-5.5V 时 AGC 控制范围为 66dB。Abstract: This design employs variable-gain wide bandwidth AD603 to enlarge gainand AGC control ranges. Programming compensation reduces gain step and enhances adjusting accuracy. The input block, which has a protective circuit not influencing the performance, employs high-speed voltage feedback amplifier OPA642 as a follower to increase the input resistance. Using many kinds of anti-interference measures diminishes noise and restrains high frequency self-excitation. The power-output circuit is made up of separate elements. The whole system pass band is 1 KHz-2 KHz, and the gain ranges from 0-81 dB. The gain step is 1 dB. The below -60dB-gain error is less than 0.2 dB. No distortion output voltage RMS can reach 9.5 V. When the output is between 4.5V and 5.5V, AGC range is 66 dB.Keywords: variable gain wide bandwidth ，AGC，feedback， anti-interference关键词：可变增益宽带放大器，自动增益控制，反馈，抗干扰 西华大学课程设计说明书目 录1.前言 .22.方案设 计、比较与选 择 .32.1 总体方案 .32.2 前级放大电路 .42.3 增益控制电路 .42.4 后级放大电路 .42.5 系统控制电路 .53.各单元模块功能介绍及电路设计 .73.1 前级放大电路 .73.2 末级功放部分 .93.3 稳压电源部分 .103.4 系统控制部分 .114.特殊器件介绍 .124.1 OPA642 介绍 .124.2 AD603 的特点、内部结构和工作原理 .127.总结与体会 .158谢辞 .169.参考文献 .17 第 0 页西华大学课程设计说明书1.前言近年来随着计算机和互联网的迅速普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。生产商和使用者都对现在的信号传输元件提出了越来越高的要求，作为接收设备中不可缺少的前置放大器受到了更多关注。前置放大器作为光纤通信系统的重要部件，必须具备高速、带宽、低噪声等特点。宽带放大器正是这为解决这一问题而受到广泛观注。宽带放大器是工作频率上限与下限之比甚大于 1 的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度大于 2030的放大器列入此类。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。这类放大器通常以电阻器为放大器的负载，以电容器作级间耦合。为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益- 频率特性曲线的平坦部分向两端延展。可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。用于射频信号放大的宽带放大器（大多属于带通型），如雷达或通信接收机中的中频放大器 ，其中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带 宽度 可达中心频率的百分之几十。这个东西不能提高网速。 第 1 页西华大学课程设计说明书2.方案论证、比较与选择2.1 总体方案：方案一：选用结电容小，f T 高的晶体管，采用多种补偿法，多级放大加深度负反馈，以及组合各种组态的放大电路形式，可以组成优质的宽带放大器，而且成本较低。但若要全部采用晶体管实现题目要求，有一定困难，首先高频晶体管配对困难，不易购买；其次，理论计算往往与实际电路有一定差距，工作点不容易调整；而且，晶体管参数易受环境影响，影响系统总体性能。另外，晶体管电路增益调节较为复杂，不易实现题目要求的增益可调。方案二：使用专用的集成宽带放大器。如 TITHS6022、NE592 等集成电路。通过外接少数的元件就可以满足本题目要求，甚至远超过题目要求的带宽和增益的指标，但这种放大器难以购买，价格较贵，灵活性不够，不易满足题目扩展功能要求。方案三：市面上有多种型号、各具特色的宽频带集成运算放大器。这些集成运算放大器有的通频带宽，有足够的增益，有的可以输出较高电压，使用方便，有的甚至可以实现增益可调及 AGC 的功能。总体上硬件的实现和调试较为简单，所以，我们决定采用多个集成运放级连实现本题目。如图一所示：图一 系统总体原理框图增益及电压有效值显示单片机键盘 峰值检波小信号前级放大放大器增益控制后级放大输出 第 2 页西华大学课程设计说明书2.2 前级放大电路方案一：采用共源共基差分式放大电路，该电路具有较高的输入阻抗，并且共基电路一方面可以扩展电路高频响应，同时又将共源电路负载电路隔离，使负载电阻产生的热噪声经过 Cgd耦合到输入端，可以达到提高抗噪声性能。但这种电路结构其抗噪声能力关键取决于所用器件，由于特性一致的晶体管和场效应管不容易购买，若采用一致性稍差的管子，其抗噪声性能会明显降低。方案二：使用宽带运算放大器，采用反相输入形式可以抑制共模信号降低噪声，其抗噪性能不一定优于方案一，但电路形式简单，易于调试，能够满足题目的输入阻抗的要求故选取该方案。2.3 增益控制电路方案一：利用电阻网络和拨码开关，手动调节增益，可实现增益控制，但硬件规模较大，控制繁琐且人机界面欠佳，另外，利用电阻网络实现增益调节需使用不同阻值的高精度电阻，这种电阻价格昂贵且不易购买.方案二：可以用继电器或模拟开关构成电阻网络，由单片机控制以改变信号增益。这种方案同样存在方案一电阻网络的缺点，同时，如果使用模拟开关，其导通电阻较大，而且各通道信号会互相干扰，容易影响系统性能。方案三：由单片机、D/A 转换器和可编程增益放大器 AD603 构成压控放大器。单片机通过对控制 D/A 输出直流电压来控制 AD603 的内部电阻衰减网络，实现增益调节。但由于现阶段没有接触单片机，故不才用此方案。方案四：由可变分压电阻和可编程增益放大器 AD603 构成压控放大器。可变分压电阻通过改变反馈电压来控制 AD603 的内部电阻衰减网络，实现增益调节。此方案设计，调节范围大，易于控制，且与我们现阶段