【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 自激，也因此使實(shí)驗(yàn)設(shè)備的受到了損壞，經(jīng)濟(jì)損失。但是，一旦我們可以提前 的預(yù)知射頻功率放大器的穩(wěn)定工作環(huán)境條件，那么我們就可以輕而易舉的避免這些不必要的設(shè)備和經(jīng)濟(jì)的損失，所以能夠保證射頻放大器的穩(wěn)定性，也同樣是設(shè)計(jì)整個(gè)放大器的一個(gè)前提條件。 由于整個(gè)放大器的輸入信號(hào)頻率值在 1M~100MHz 的范圍內(nèi)，而且要求信號(hào)的有效值要小于1mV，射頻放大器在運(yùn)行中有很大的可能性會(huì)引入噪聲，而且整個(gè)電路的不穩(wěn)定性可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生自激。因此，第一級(jí)固定增益放大電路在整個(gè)射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)中，一定要保證前級(jí)的設(shè)計(jì)采用較低的增益，從而達(dá)到減小噪聲，避免噪聲對(duì)系統(tǒng)后面電路的影響，以至于可以保證系統(tǒng)的整 體穩(wěn)定性。同時(shí)，為了避免因?yàn)橥饨绲碾姶女a(chǎn)生的干擾，本次實(shí)驗(yàn)中也將引入屏蔽盒，使它能夠?qū)φ麄€(gè)電路進(jìn)行抗干擾的處理。從而，再一次的提高和保證電路的穩(wěn)定性。 增益調(diào)整 本次設(shè)計(jì)的電路增益調(diào)整部分是依靠壓控放大器 VAC824 為核心來(lái)完成的。將壓控放大器大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第二章 射頻 寬帶放大 電路 設(shè)計(jì)的總體方案 7 VCA824 的最大增益調(diào)整為 5倍，然后我們?cè)偈褂谜{(diào)節(jié)放大器的壓控端電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。來(lái)進(jìn)行增益的調(diào)節(jié)。增益的表達(dá)式為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2） 那么，控制 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 使之可以在 1~1V 的范圍內(nèi)變化。最后，我們便可使增益在 ~5 倍調(diào)節(jié)變化。 放大器帶寬指標(biāo) 放大器的帶寬是放大器允許通過(guò)的信號(hào)的最高頻率，在模擬電路信號(hào)系統(tǒng)中，帶寬用來(lái)標(biāo)識(shí)和傳輸信號(hào)所占有的頻率寬度，頻率的帶寬值，實(shí)際上是傳輸信號(hào)的最大頻率以及最小頻率它們之間的差值 [5]。一般來(lái)說(shuō)，放大器隨著信號(hào)頻率的上升，它的輸出的幅值便也會(huì)出現(xiàn)下降，幅值與頻率的關(guān)系曲線我們稱之為幅頻特性曲線。 本次實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)，整個(gè)放大器的帶寬下限頻率值 為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，上限頻率值為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。而設(shè)計(jì)中所采用的放大器的芯片的帶寬值，都超過(guò)了100Hf MHz? 。與此同時(shí)，通過(guò) RC 頻率的補(bǔ)償，壓控放大器頻帶也可以達(dá)到上限頻率值的參數(shù)要求。 MHz?大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 8 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 我們都知道通過(guò)小信號(hào)放大器放大后，接收機(jī)中的弱信號(hào)也可以讓我們聽到，而且發(fā)射機(jī)的信號(hào)放大器也可以將信號(hào)輸入到天線傳播至接收機(jī)，從而我們可以獲得更大的傳播信號(hào)。以上的種 種都表明了放大器是做一切無(wú)線電實(shí)驗(yàn)的核心和重點(diǎn)。射頻放大器可以簡(jiǎn)單的分為以下幾個(gè)模塊結(jié)構(gòu)：第一級(jí)固定增益電路，第二級(jí)的壓控放大電路，第三級(jí)放大電路。每個(gè)部分電路起到的作用也大不相同。整體放大器設(shè)計(jì)第一級(jí)的固定增益電路能夠最終達(dá)到 放大 10 倍。以壓控放大器 VCA824 為整體設(shè)計(jì)的第二級(jí)，從而達(dá)到 ~5 倍的增益控制，而整體設(shè)計(jì)的第三級(jí)電路則是以電流型運(yùn)放 OPA695為核心，達(dá)到 5倍的固定增益。最后，整個(gè)系統(tǒng)的最后一部分，設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 5 倍的增益放大，以及 10 倍的電阻網(wǎng)絡(luò)衰減。經(jīng)過(guò)查閱決定采用繼電器進(jìn)行切換的 方式。從而最終完成整體的射頻寬帶放大器的設(shè)計(jì)。 穩(wěn)壓直流電源 在本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的射頻寬帶放大器，使用到了很多的運(yùn)算放大器的集成芯片，這些運(yùn)算放大器的運(yùn)行都需要一個(gè)穩(wěn)壓的直流電壓來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中用到了 ? 5V 的驅(qū)動(dòng)電壓，在經(jīng)過(guò)篩選和排查之后，最終考慮到 LM317穩(wěn)壓芯片能夠在實(shí)現(xiàn)在輸出 ~27V的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行可調(diào)，因此在本設(shè)計(jì)中決定采用 LM317 穩(wěn)壓芯片來(lái)設(shè)計(jì)并構(gòu)成穩(wěn)壓直流電壓源。 一般，電源變壓器，整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，它們之間的互相組 合可以構(gòu)造成一個(gè)可以調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源 [6]。通過(guò)變壓器，可以把電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗浊?的低壓交流電。橋式整流器的作用，是達(dá)到把交流電通過(guò)整流轉(zhuǎn)化為 直流電的目的。最后通過(guò)濾波環(huán)節(jié)，穩(wěn)壓器可以把不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓并進(jìn)行輸出 [7]。具體的穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)，如圖 所示。 12Vin1GND2Vout3LM317Vin1GND2Vout3LM317T~15V1234D+5V5V1000uF1000uF100uF100uF 圖 穩(wěn)壓直流電源電路原理圖 一． LM317 穩(wěn)壓芯片： LM317 服務(wù)與各種各樣的應(yīng)用平臺(tái)，包括局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓等等。 LM317 也可以被測(cè)設(shè)計(jì)成能夠進(jìn)行編程控制的輸出穩(wěn)壓器，同時(shí)， LM317還能夠當(dāng)作一種精度很高的穩(wěn)流器 。只需將一個(gè)固定電阻放置在調(diào)整點(diǎn)和輸出之間，就可以達(dá)到目的。通過(guò)在 LM317穩(wěn)壓器運(yùn)行時(shí)， LM317產(chǎn)生并且可以很好地維持輸出與調(diào)節(jié)端之間的電壓，資料顯示 LM317 是一種浮動(dòng)的穩(wěn)壓器，電大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 9 路兩端的電壓差對(duì)設(shè)計(jì)整體的性能，有這不可忽視的影響意義。在負(fù)載調(diào)整率方面， LM317可以提供一個(gè)極好的條件，但為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能還需要注意以下幾點(diǎn)。編程電阻要盡可能的放置在與穩(wěn)壓器靠近的地方。以此，使得與參考電壓有效串聯(lián)的線路壓降可以達(dá)到最低，從而不會(huì)使調(diào)整率出現(xiàn)下降。同時(shí)，還要注意的是，當(dāng)外部電容被使用在任何的集成電路穩(wěn)壓器之 中，一些特殊情況中一定要加保護(hù)二極管以此來(lái)防止電容在低電流點(diǎn)向穩(wěn)壓器進(jìn)行放電。 二． LM317 穩(wěn)壓器的性能指標(biāo)： （ 1） 它的輸出電流可以超過(guò) 。 （ 2） 輸出電壓一般可以在 ~37V 之間進(jìn)行可調(diào)。 （ 3） 本身內(nèi)部具有熱過(guò)載保護(hù)功能。 （ 4） LM317 有很好的穩(wěn)定性，它不因?yàn)闇囟茸兓鶎?dǎo)致的內(nèi)部短路而產(chǎn)生電流的限制。 （ 5） 輸出晶體管可以在安全工作區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。 （ 6） 當(dāng)使用在高壓應(yīng)用時(shí)，可以進(jìn)行浮空工作。 （ 7） 避免置備多種固定電壓。 三． LM317 的引腳作用： 引腳 1：調(diào)節(jié)； 引腳 2：輸出電壓； 引腳 3：輸入電壓。 固定增益 的 第一 級(jí) 放大 電路設(shè)計(jì) 放大器是組成各種電子系統(tǒng)，電子電路設(shè)計(jì)的重要的單元，放大器的應(yīng)用十分的廣泛，而且對(duì)新的技術(shù)，器件的發(fā)展制作都有著十分苛刻的要求。隨著電子信息業(yè)的技術(shù)發(fā)展，寬帶、高性能、高增益、高輸出電壓、高效率、更寬的動(dòng)態(tài)波動(dòng)范圍、低的噪聲能耗，這些要求都順勢(shì)變成了如今的研究導(dǎo)向。 我們經(jīng)過(guò)之前的方案分析和理論研究，本次實(shí)驗(yàn)的射頻寬帶放大器的第一級(jí)電路將以寬帶放大器 OPA847 為核心，從而可以達(dá)到 10dB的增益放大。 OPA847 是一種寬帶放大器，它的帶寬可達(dá)到 ，壓擺率值可以達(dá)到 950V/μs，而且當(dāng)它的放大倍數(shù)大于 12 時(shí)，整個(gè)放大器的增益仍然可以保持十分的穩(wěn)定。第一級(jí)電路的輸入信號(hào)的有效值為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，那么我們就可以通過(guò)設(shè)置電阻來(lái)使得第一級(jí)電路放大 10 倍。 寬帶放大器 OPA847，可以實(shí)現(xiàn)所有的設(shè)計(jì)目標(biāo)。具體電路如圖 所示。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 10 +510μFGND510μFGNDINGND1KR210KR11KR3GNDNI3II2NC1Vs4/DIS8+Vs7Output6NC5OPA847Output1 圖 由寬帶放大器 OPA847 組成的第一級(jí)放大電路圖 一． OPA847 芯片： OPA847 結(jié) 合了超低輸入電壓噪聲 以及 非常高的增益帶寬和大信號(hào)性能 并且供電需求 只 需 使用 18mA 電源電流 即可。 同時(shí)，節(jié)能 也 是 很重要 的， OPA847 內(nèi)部還涵蓋了 一個(gè)可 供選擇 的電源關(guān)斷引腳， 一旦 放大器 被禁止或者 電的值減小到 1％ 供電電流 時(shí) 。 這個(gè)可供選擇的電源關(guān)斷引腳就 可保持?jǐn)嚅_， 從而 確保在沒(méi)有掉電 的情況下，維持 正常放大器的工作。 OPA847理想放大器 之所以可以完全適 用于寬帶 放大中，是因?yàn)樗幸粋€(gè)十分 低的輸入電壓 ，以及 電流噪聲， 還有 一個(gè) 的增益帶寬積。作為一個(gè)電壓增益階段， OPA847進(jìn)行了優(yōu)化 ，最前沿 的外部補(bǔ)償技術(shù) ，允許每一個(gè) 反相增益， 以及擁有一個(gè)特殊 的頻率響應(yīng)控制 。 二． OPA847 芯片特性： 高增益帶寬： ；最小失真： 105dBc（ 5MHz）；高壓擺率： 950V/μs；高直流精度：VIO177。100μV；低電源電流： ；低關(guān)斷電源：為 2mW。 圖 OPA847 結(jié)構(gòu)圖 三．引腳作用： 引腳 1：空腳； 引腳 2：負(fù)相輸入； 引腳 3：正相輸入； 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 11 引腳 4：電壓負(fù)極； 引腳 5：空腳； 引腳 6：輸出； 引腳 7：電壓正極； 引腳 8：調(diào)整控制端。 第二級(jí)放大 電路設(shè)計(jì) 壓控放大器（ VCA）是一種由電壓進(jìn)行控制增益的芯片，應(yīng)用壓控放大器可以構(gòu)成一種可變?cè)鲆娴姆糯笃?。在現(xiàn)在生活中，它廣泛被應(yīng)用于各行各業(yè)，無(wú)論是廣播電臺(tái) 的控制，還是音頻的自動(dòng)控制、儀器儀表的前置放大控制，甚至在計(jì)算機(jī)的采集系統(tǒng)中，都需要壓控放大器的使用。目前，壓控放大器的設(shè)計(jì)研究，也以更廣泛的動(dòng)態(tài)范圍 ， 更好 的線性方向來(lái)進(jìn)行研究和發(fā)展。 整個(gè)系統(tǒng)的中間級(jí)的電路，將以壓控放大 器 VCA824 為核心，達(dá)到預(yù)期的 ~5 倍的增益控制。 VCA824 是一種寬帶的壓控放大器，它的 10 倍增益帶寬可以高達(dá) 320MHz，這個(gè)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)期的帶寬 100MHz 的目標(biāo)。我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)壓控放大器 VCA824 的壓控端來(lái)控制輸出的增益，因此可以實(shí)現(xiàn)增益可調(diào) [8]。詳細(xì)的電路圖可 以參照?qǐng)D 所示。 GNDGNDGNDGND50R850R450R520R610μF10μF10μF10μF22pF+55+5GND5125R9+Vcc14NC13FB12GND11VOUT10VREF9Vcc8Vcc7VIN6RG5+RG4+VIN3VG2+Vcc1VCA824Output1Output250R24 圖 由壓控放大器 VCA824 組成的第二級(jí)電路圖 一． VCA824 芯片： VCA824 是一種 連續(xù)可變 ， 直流耦合，寬帶，線 性 的壓控增益放大器。它提供了一個(gè)差分輸入用于設(shè)置高阻抗 的 增益控制 以及 輸入單端的轉(zhuǎn)換 。 VCA824內(nèi)部架構(gòu)包含兩個(gè)輸入緩沖器和輸出電流反饋放大器級(jí)， 因此 提供 了 一個(gè)完整的可變?cè)鲆娣糯笃鳎?VGA）系統(tǒng)， 而且 該系統(tǒng)不需要外部緩沖。最大增益 的 外部設(shè)置有兩個(gè)電阻器，可以保證 設(shè)計(jì)的靈活性。 VCA824 提供出色的增益線性。 在 最 高 增益 為 20dB 的情況下，同時(shí) 增益控制輸入電壓 在 0V和 1V之間變化 時(shí) ，增益變化僅僅不超過(guò) 177。 的 偏離 [9]。 二． VCA824 的特性： 710MHz 的小信號(hào)帶寬（ G=+2V/ V）； 320MHz 的 4VPP帶寬（ G =+10V/ V）； 的增益平坦度為 135MHz； 2500V/μs的壓擺率； 40 分貝增益調(diào)整范圍； 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 射頻寬帶放大電路 單元電路 設(shè)計(jì) 12 高增益精度： 20 分貝僅僅變化 177。；高輸出電流： 177。90mA。 圖 VCA824 結(jié)構(gòu)圖 第三 級(jí) 放大 電路設(shè)計(jì) 整個(gè)設(shè)計(jì)的第三級(jí)電路設(shè)計(jì)，將以電流型運(yùn)放 OPA695 為核心，從而達(dá)到 5倍的增益放大，然后再使用繼 電器切換電阻網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行衰減，使得整個(gè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的 0~60d