射频宽带放大器报告终版Word文件下载.docx
- 文档编号:15384902
- 上传时间:2022-10-29
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:171.20KB
射频宽带放大器报告终版Word文件下载.docx
《射频宽带放大器报告终版Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《射频宽带放大器报告终版Word文件下载.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
一、方案论证
1.60dB增益设计
宽带运放实现,采用高带宽,大压摆的宽带运放实现60dB放大。
由于运放具备高开环增益、高输入阻抗和低输出阻抗,所以由运放够成的放大器电路具备较好的线性,但由于运放的高开环增益以及反馈机制的存在,运放电路频率响应一般比较差。
采用OPA847作为第一级放大,具有超低输入电压电流噪声,超高增益积带宽。
在放大十倍的情况下,OPA847具有3.9GHz的增益带宽积。
2.放大增益可调设计
方案一:
固定增益与电阻网络衰减。
通过前级放大电路进行固定增益放大,后级由电阻网络衰减,如电位器,实现0~60dB范围内增益可调。
方案二:
采用压控放大器。
采用压控放大器(VCA),其增益可由外部电压控制,实现一定范围内增益可调。
采用VCA824,放大两倍小信号时带宽达到710MHz,压控电压范围为-5V~+5V,最大增益可调为20dB
对于方案一,电路简单,易于实现。
到那时由于输入信号较大,在高频电路中,电阻易产生热噪声,同时具有电容和电感特性,对信号造成干扰。
综合考虑故采用方案二,采用VCA824且采用两级级联的方式,在增大可调范围的同时,保证中间级有足够的带宽。
3.后级电压放大模块的选择
利用电流反馈放大器(THS3091)作为后级功放带动50的负载,THS3091为电流反馈放大器,没有严格的增益带宽积,适合高频设计,且具有优点为输出电流大。
系统框图如下:
二、电路设计
1.前级放大电路:
第一级选择的放大芯片为OPA847,设计将其配置成10倍的放大倍数,用5V电源供电,能够很好的实现降噪并拓展带宽的要求。
电路图可以在TINA或者Multisim中仿真。
2.中间级放大电路:
中间级采用两级串联的VCA824,它在放大20dB的时候带宽仍可达到320Hz,满足要求,有多种配置方式,在不同的配置方式随着最大增益的提高会有所下降,综合考虑题目要求,将其配置为最大增益为20dB的模式,并采用两级串联,可以有更大的可控范围,从而满足题目要求:
在0~60dB可调。
由于高增益,直流零点温漂必须被考虑在内,故在两级之间加入抑制零点漂移电路,以使信号放大不失真。
3.后级放大电路
后级采用THS3091,是电流反馈放大电路,优点在于电路带宽受增益影响较小,可以放大的同时满足带宽要求,带宽主要受反馈电阻的影响,根据THS3091芯片手册上的电路对其外围电路进行设计,考虑到系统噪声和供电,采用5V对其供电。
由于前三级放大倍数基本达到预定要求且为了使带宽达到要求,所以该级设定较小的电压增益倍数仅为1.1倍。
发现带宽平坦度较好,能满足题目的带负载能力。
4.压控电路
采用LM324和MC1403,组成压控部分。
LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器,具有真正的差分输入。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
三、理论分析与计算
1.增益分配计算
电压反馈型运算放大器的增益和带宽之间存在一定的关系,增益越高,带宽越窄,增益带宽积:
BWAv=C(常数)
所以在设计放大器的时候,应该在增益和带宽之间折衷选择。
按照题目发挥部分的要求,信号通频带为0.3~100MHz,最大电压增益Av>
60dB,最小增益带宽积为:
100M1000=100GHz.
同时题目要求电压增益B,因此本系统采用多级压控放大实现B增益可调。
考虑到第二级输入大于200mV时易失真,因此第一级输出信号不易过大,故前级采用固定增益,由宽带高压摆率运放OPA847实现10倍增益(20dB)。
中间级通过压控放大器VCA824实现0.05~5V/V增益可调。
VCA824带宽350MHz,增益范围0~30dB可调,采用两级级联,可以有更大的可控范围,增益可调范围已达到0~60dB的要求。
2.带宽计算
B1=460MHzB2=320MHzB3=195MHz
系统通频带由三级放大电路共同决定。
满足0.3~100MHz的通频带要求。
3.频带内增益起伏控制
经过上面的合理分配各级增益,使得各级带宽满足要求,四级级联后,1~80MHz内增益起伏小于1dB。
为了尽可能排除其他因素影响增益起伏,选用OPA847作为第一级放大,根据OPA847Datasheet提供,其增益为G=12时,带宽高达600MHz。
中间级的VCA824在一定频带内输出信号会有波动,根据VCA824Datasheet提供,在压控电阻端控制进行频率补偿,可扩展信号频带,使输出信号增益稳定。
调节直流偏置,最终达到1~80MHz内增益起伏为0.9dB左右。
4.射频放大器稳定性分析
由于系统输入信号频率为0.3~100MHz,信号有效值小于1mV,放大器在工作过程中容易引入噪声。
因此,本次设计前级固定增益放大电路,第一季增益较低(10倍),减小噪声对后级的影响,提高稳定性。
同时,为提高高频下的电路性能稳定性,降低噪声影响,电路中所有芯片的电源接口采用10μF与0.1μF电容滤波。
另外,电路全部使用贴片式封装的芯片、电容、电阻,并在电路板设计中将电源层、地层与信号层分开,而且十分注意线路的走向、交互等细节,尽可能地使电路有更好的高频下工作性能。
四、系统测试
1.测试仪器
1)数字示波器
2)DDS函数信号发生器
3)数字万用电表
2.测试方案及测试条件
1)电路仿真与级联调试
运用仿真软件先对每一级电路进行仿真,调整参数,达到要求后焊接电路,进行单级测量,包括是否达到预定增益指标,增益起伏是否满足要求等。
成功后,将四级级联,整体测试,初步得出结果,再将电路进行固定,调整布局,进行指标测量及电路参数修改,最后进行装箱测试。
2)测试条件
检查多次,仿真电路与硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检查无误,硬件电路保证无虚焊。
3.测试结果与分析
将各级电路级联起来,模拟电压输出至VCA824,手动调节增益。
测试最大放大倍数、带宽、噪声,测试相关参数。
1.宽平坦度、截止频率测试:
当供电电压为±
5V时,输入有效值Ui=1mV,使得增益为55dB时,测量出输入信号频率与增益之间的关系。
结果0-80MHz内,电路的频率特性曲线在接近80MHz时略有起伏但基本满足起伏小于1dB的要求。
另外测得下限截止频率为0.1MHz以下,上限截止频率为180MHz左右。
当增益大于55dB后,电路发生明显的高频振荡,经多次调试后仍无法消除,据推测原因是电路中的电容值未能匹配好,理论上可以通过超前补偿解决,但由于电路板空间较小未能实现。
2.噪声测试:
在增益大于60dB的情况下,将输入接地,测得输出噪声较大。
原因可能为焊接的时候未能将不同电路模块很好的隔离开。
3.增益特性测试:
当供电电压为土5V,输入信号频率为10MHz,最小输入为1mV有效值时,输出最大为峰峰值3.664V。
当输入为20mV有效值时,输出最小为峰峰值20mV。
基本满足对电压增益的要求。
五、作品成效总结分析
根据实际测量表明,选用OPA847,VCA824,THS3091,MC1403,LM324分别作为前级放大,中间级放大,后级放大和控制电路的电路组合,可以满足输入1mV有效值时,增益在0~55dB可调,1~80MHz范围内增益起伏小于1dB,下限频率为0.1MHz,上限频率为180MHz,以及输出电压,噪声,输入输出阻抗等性能要求。
六、参考资料
黄智伟.射频小信号放大器电路设计.西安:
西安电子科技大学出版社,2008
钱振宇.开关电源的电磁兼容性.北京:
电子工业出版社,2005
康华光.电子技术基础(模拟部分).武汉:
高等教育出版社,1979
OPA843芯片手册
VCA824芯片手册
THS3091芯片手册
LM324芯片手册
MC1403芯片手册
七、附录
电路原理图
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 射频 宽带 放大器 告终