寬帶可控放大器的設(shè)計

1、寬帶可控增益放大器的設(shè)計談雪梅，俞亞珍(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 )摘要：設(shè)計了一種基于模擬器件運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的寬帶可控增益放大器，該裝置的信號放大由兩片可控增益運(yùn)算放大器VCA822完成。放大器工作頻帶寬，最寬可至130MHZ以上，實(shí)現(xiàn)寬帶放大。放大器噪聲小，動態(tài)范圍寬，采用MGC和AGC電路實(shí)現(xiàn)增益的手動控制和自動控制，手動增益調(diào)節(jié)范圍大于80dB，自動增益控制大于40dB；若為小信號狀態(tài)，則控制調(diào)節(jié)范圍更寬。放大器輸入輸出阻抗均為50，可方便和前后級電路匹配。關(guān)鍵詞：VCA822；可控增益；寬帶放大器；MGC；AGC中文分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BDesign of Wideband

2、 gain controlled amplifierTAN Xue-mei, YU Ya-zhen (Changzhou Institute of Light Industry Technology, Changzhou ,jiangsu)Abstract: Design based on Analog Devices operational amplifier, achieve the wideband gain -controlled amplifier, the signal amplification is completed by the two op-amp gain VCA822

3、. bandwidth is more than 130MHZ. low noise , Wide dynamic range, the use of MGC (manual gain control) and AGC (automatic gain control) circuit, and manual gain range isgreater than 80dB, automatic gain control is greater than 40dB; if the signal for the small state, the control range is wider. the i

4、nput and output impedance is 50, and can easily match the circuit before and after .Key words: VCA822；Gain-controlled; broadband amplifier；MGC；AGC 在通信和電子設(shè)備中, 常采用放大器實(shí)現(xiàn)信號的放大，要求其線性好，具有足夠的增益來抑制后級電路的噪聲對系統(tǒng)的影響，并且增益最好可調(diào)1。當(dāng)輸入信號大范圍變化時，能自動控制增益，輸出穩(wěn)定的信號。另外為了達(dá)到功率最大傳輸，輸入、輸出阻抗應(yīng)該分別與信號源、負(fù)載阻抗匹配。綜合考慮以上幾個方面，文中提出了實(shí)現(xiàn)的方案、具

5、體電路，用最少的器件、最簡的電路來實(shí)現(xiàn)功能，最后給出測試結(jié)果。1系統(tǒng)電路1.1系統(tǒng)組成寬帶可控增益放大器系統(tǒng)組成如下圖1所示，主要包括高頻信號放大、AGC電壓放大、檢波、MGC電壓、電源電路等圖1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Diagram system1.2高頻信號放大電路高頻信號放大電路主要由VCA822組成，電路見圖2。VCA8222的大信號工作帶寬有137MHZ，壓擺率1700 V/s，其獨(dú)特架構(gòu)能夠提供高度靈活的帶寬、增益與模擬輸入電壓組合，利用外置電阻器可在 0 dB (1 V/V) 至 40 dB (100 V/V) 的范圍內(nèi)設(shè)置最大增益。通過對外部提供的增益電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，增益調(diào)

6、節(jié)范圍遠(yuǎn)大于40dB, 放大倍數(shù)和控制電壓間呈線性關(guān)系。兩級放大器增益調(diào)節(jié)范圍可大于80dB，增益準(zhǔn)確度高。輸出電流達(dá)160mA，輸入噪聲低，能夠滿足設(shè)計需求。 為達(dá)到器件最佳工作性能，電源采用5V雙電源供電，雙電源分別加2.2uF電解電容濾波，在5V間加0.1uF電容濾波。為滿足總放大增益大于40dB要求，單級放大倍數(shù)Avmax選擇大于10，在1.33K845范圍，選擇合適的電阻RF，根據(jù)Avmax=2RF/RG，選擇RG，對應(yīng)范圍為為1.33K16.9。圖2中，R4對應(yīng)為RG，R7對應(yīng)為RF，調(diào)節(jié)增益電壓VT。由于該器件IRGmax=2.6mA，VINmax（Vp-p）=2RGIRGmax

7、，因而RG決定了該器件的輸入信號的動態(tài)范圍。這和放大倍數(shù)是一對矛盾，必須根據(jù)實(shí)際要求選擇合適的RG、RF 。圖2 高頻信號放大電路 Fig.2 High-frequency signal amplifier1.3.檢波電路利用二極管、電阻、電容構(gòu)成檢波電路。放大輸出信號直接加到檢波電路，通過對電容充電、電阻放電，得到輸出直流電壓。在輸入信號幅度比較大時，輸入電壓峰-峰值和輸出電壓之間成線性關(guān)系，可對整個頻段信號進(jìn)行檢波，檢波效率較高，輸出電壓平坦，一致性較好。但必須保證放大輸出信號大，諧波成份小，無自激等，不然會影響檢波準(zhǔn)確性。 圖3 檢波電路Fig.3 Detector circuit1.4

8、 AGC電壓放大電路選用OPA23353運(yùn)算放大器件實(shí)現(xiàn)AGC電壓放大，其隨著時間和溫度的變化，在失調(diào)漂移和增益方面的穩(wěn)定性好，可單、雙電源工作，選用兩片OPA2335實(shí)現(xiàn)AGC電壓放大，采用雙電源工作，電源電壓2V。具體電路見下圖4。 圖4 AGC電壓放大電路Fig.4 AGC voltage amplifier1.5電源電路該裝置所采用的器件在5V或5V時可正常安全工作，但如果直接加入5V，各電路的相互干擾大，輸出基準(zhǔn)電壓不穩(wěn)定，會帶來輸出信號變化，在高頻工作時還會帶來輸出信號噪聲增大。所以采用8V供電，經(jīng)穩(wěn)壓濾波為5V，供給各電路工作，5V輸出電壓分別采用三個二極管串接輸出穩(wěn)定2V電壓。

9、電源具體電路見下圖5：圖5 電源電路Fig.5 Power circuit2系統(tǒng)安裝調(diào)試采用VCA822來進(jìn)行信號放大，提高其放大量和擴(kuò)大輸入動態(tài)范圍是一對矛盾。此處要很好權(quán)衡。采用二級放大器級連時，輸入輸出阻抗要匹配合適，不然會帶來較大的雜散。該裝置所采用元件，除電解電容外，均為貼片元件，為防止電路產(chǎn)生自激，排版時印制線要盡量短，器件要良好接地，輸出電阻要靠近集成電路輸出引腳。前后級間的信號線要寬，可在1.27-2.54mm間，周圍布地線。3.設(shè)計結(jié)果寬帶可控增益放大器測試所用儀有EE1482合成信號發(fā)生器，AT6030D頻譜分析儀，YB1732A穩(wěn)壓電源。經(jīng)測試，在整個頻段內(nèi)，放大增益大于40dB； 輸入信號-39 dBm，調(diào)節(jié)MGC電壓，測量輸出信號幅度，最大至5.2 dBm，最小小于-90 dBm，可知其MGC幅度調(diào)節(jié)范圍為-51到44dB，大于80 dB；采用自動增益控制（AGC）方式時，若輸入信號幅度變化40dB，測量輸出信號變化為1.8dB，輸出穩(wěn)定。 參考文獻(xiàn)1胡嘉盛，李巍，任俊彥增益可控CMOS低噪聲放大器J固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，2007,27(2)： 2Texas InstrumentsVCA822 Wideband, 40dB Gain Adjust Range, Linear in V/VVARIABLE GAIN AMP