宽带直流放大器-乐题库--滤波器

宽带直流放大器一、方案的比较与论证1、滤波电路选择方案方案一：采用RC滤波电路，但RC滤波衰减大；方案二：采用LC无源滤波器。但是，具有电感参数的LC无源滤波器的设计比较复杂；方案三：使用高速宽带运放OPA690设计一个二阶巴特沃斯滤波器，通带内的频率响应曲线平坦到最大没有波动，而在阻带内则逐渐下降到零。比较后，选择选项三。 2、可控增益放大器方案选择方案一：DAC控制增益。从理论上讲，只要D/A速度快，精度足够高，就可以实现大范围的精密增益调节。但受控数字量与最终增益（dB）不是线性而是指数，导致增益调整不均，精度降低，增益动态范围有限，故不使用；方案二：用三极管连接多级实现放大电路。对输出进行二极管包络检测，产生反馈电压控制前端电路，实现自动增益调整。该方案使用大量分立元件，电路复杂，不可控因素较多，难以实现可控增益和高带宽。因此，它不被使用。方案三：两级可变增益放大器AD603级联和数字电位器组成可编程增益放大器。控制电压与增益（dB）呈线性关系的AD603用于实现增益控制。硬件电路简单，电压控制增益方便单片机。控制，故采用方案三。

AD603 是一款低噪声、高带宽和可调增益的集成运算放大器。如果增益以分贝表示，则增益与控制电压呈线性关系，压摆率为275 V/?s。引脚之间的连接决定了可编程增益范围。增益为10dB～+30 dB时带宽为90 MHz，增益为+9～+41 dB时带宽为9 MHz。更改引脚之间的连接电阻。增益可以在上述范围内。综上所述，系统整体框图如图1所示： 图1 系统整体实现框图二、理论分析与参数计算1、带宽增益积放大器的带宽和增益在达到一定的价值。带宽增益乘积是使放大器的带宽和增益达到一个平衡点。 AD603的显着特点是增益可变，增益变化范围也是可变的。不同的带宽决定了不同增益变化的范围。带宽为90MHZ，增益范围：11dB至31dB；带宽为45MHZ，增益范围：1dB至41dB；带宽为 9MHZ，增益范围：9dB 至 51dB。因此，芯片带宽增益积比较大。本系统中的主要核心放大器AD603、AD811等具有很好的带宽增益积指标参数，保证了本系统中带宽增益积的性能指标。 2、通带中的增益波动控制？根据输入电压的幅值，可以通过调节程控增益放大倍数和改变系统增益来控制通带内的增益稳定性。

在此设计中，两个 AD603 级联。由于即使增益稳定也存在一定的增益误差，且存在周期性纹波状态，因此对应两个AD603的级联。控制电压VG1和VG2之间有一个合适的电位差，可以使两级的增益误差相互抵消，从而在要求的增益范围内达到最小的总增益误差。 3、线性相位？从系统的频率响应来看，线性相位要求其相频特性为一条直线。在本系统中，AD603和AD811都是具有良好线性性能的增益放大器模块。运算放大器线性工作。在状态下，滤波器采用线性无源梯形网络实现，因此整个放大器系统的相频特性在通带内近似为一条直线，可以保证系统设计具有较好的线性相位。 4、抑制直流零漂移？由于AD603的输出偏置电压（DC偏置电压）约为20～30mV，当两片AD603之间采用直接耦合方式时，会延迟前一个AD603的输出偏置电压。第一级由 AD603 放大。当后级增益较大时，放大信号的直流电位会偏离零点，导致非线性失真。由于AD603本身没有调零控制端，所以只能在第一级AD603之前加一个直流偏移调零电路。具体设计中采用了由运算放大器组成的反相加法放大器。在运算放大器的反相输入端，通过另一输入电路输入直流电压，加上输入信号以抵消直流偏置分量，从而达到直流偏置调零的目的。

5、放大器稳定性？线性运放用于补偿滤波器网络对信号的衰减；由于AD603采用了独特的内插技术，可以保证以dB（分贝）为单位的增益线性变化，增益稳定 性能强，受是：0dB~80dB，完全满足问题的要求。 三、主电路模块设计1、阻抗匹配和前置放大信号输入后，通过一个50欧的电阻和一个OPA842同相运放实现20dB增益放大，如图2所示。由于理想运放的输入阻抗无穷大，输入阻抗为R1=50。 OPA842同相放大，放大倍数A=1+R4/R5，R4=390，调整滑差R5=(39±1)，使A=10，即20dB增益倍数。

图2 前置阻抗匹配和放大电路2、有源滤波电路？本题要求的带宽至少有5MHz和10MHz两个可选范围，因此两个滤波器的截止频率分别为5MHz。图 3(a) 和 10MHz 图 3(b)。这两个有源滤波电路都是用滤波软件FilterPro设计的，并通过了Tina的模拟。图3(a)5MHz滤波电路 图3(b)10MHz滤波电路3、程控增益控制 AD603的基本增益公式为：Gain(dB)=40VG+10 其中，VG为差分输入电压，单位为V，Gain 为AD603 的基本增益，单位为dB。两片AD603级联，总增益公式为： G(dB)=40VG1+40VG2+20 第一级AD603的2脚电压为V12=0.5V，第二级AD603的2脚电压-stage AD603 为 V22=1.5V。如果两个AD603的控制电压是相同的电压，即V1=V2=Vc，这样可以达到的增益范围为：-20dB～60dB。具体实现过程如上图所示。 从AD603的基本增益公式可以看出，以分贝为单位的对数增益与电压之间存性关系。用12位DA—TLV5616和3.3V参考D ×3.3 ?V2) +10产生控制电压，则G(dB) = 40×( 4095单片机程序改变DA输出值,并根据步长变化，使AD603的增益可以5dB步长调节。

图4 两级AD603级联电路4、后级功放？ AD603的典型输出电压只有3V，不能满足问题部分Vo>=10V的要求，需要加后置放大器。后级放大由宽带电流反馈视频运算放大器AD811实现。当增益 G=1 时，3 dB 带宽为 140 MHz；当增益G=2时，-3 dB带宽为140 MHz；当增益 G=10 时，-3 dB 带宽可达 100 MHz；电压转换率为2 500 V/?s，完全满足系统要求。具体电路如图5所示。 AD811最重要的是选择反馈电阻，因为它关系到通带内3dB增益补偿等重要参数。通过实践获得电路参数并参考其数据手册。图5 后级功放电路5、DC稳压源？电源输出+3.3V、±5V、±15V电压为整个系统供电。稳压芯片采用7805、7905、7815、7915，其中3.3V为稳压芯片AMS1117-3.3得到的+5V。 四、software design五、Summary？本系统，输入阻抗50，负载阻抗50，增益范围0~60dB，输入1mV有效值信号进一步降低输入电压增益可达80dB，增益可通过1dB和5dB步进控制。输出电压最大有效值为8.5V，实现了5MHz和10MHz的两点宽带预置和显示。模块之间的信号连接采用同轴电缆，提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的稳定性。当系统输入高频小信号时，输出波形稳定无杂波。综上所述，本系统完成了游戏部分的所有基本要求和大部分指标，性能优异。

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