单片机论坛

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 2012|回复: 0
打印 上一主题 下一主题
收起左侧

秒速飞艇计划app: OPA2995+THS3201增益可控射频放大器论文设计论文

[复制链接]
跳转到指定楼层
楼主
巽风 发表于 2018-9-3 20:51 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
增益可控射频放大器设计
摘要
本作品由德州仪器公司所生产的OPA847、VCA821、OPA2596、THS3201为主要器件,设计并制作了0~52dB全增益范围内-3dB通频带为60MHz-130MHz。放大器输入输出阻抗均为50欧姆。在输出端接50欧负载时,频带在50MHz-160MHz范围内,最大不失真有效值为2V,75-108MHz带内波动不大于2dB.实测结果表明,该作品成功实现题目要求的功能,多项指标优于题目要求。

Abstract:
This radiofrequency broadband amplifier is designed based on Texas Instruments (TI) amplifiers OPA847,VCA821,OPA2596 and THS3201 which has a programmable gain over 0~52dB with a -3dB bandwidth of 60MHz to 130MHz, and a 3dB bandwidth of over 200MHz, having an input and output impendence designed to be 50 ohms. The maximum output voltage without distortion is 2Vrms with a 50 ohm load and within 1dB bandwidth. The maximum gain is over 52dB with an in-band gain error less than 2dB.Measurements suggested that our device has reached all requirement of the subject, and some indexes even surpass the criteria the competition demands.

1系统构成与各子??榉桨?/font>
1.1 前级放大??榉桨傅穆壑び胙≡?/font>
方案一:使用OPA657作为第一级放大,该芯片有1.6GHz的增益带宽积。但是输入噪声电压为4.8nV/√Hz。
方案二:使用OPA687做第一级放大,它具有较高的13.8GHz的增益带宽积,0.95nV/√Hz的输入电压噪声,900V/us的压摆率。
方案三:使用OPA847作为第一级放大,它具有超高的3.9GHz的增益带宽积,0.85nV/√Hz的输入噪声电压,950V/us的压摆率。
经实践对比我们发现,为了满足题目提出的低噪声要求,从第一级开始就需要抑制噪声,所以因选用低输入噪声、高压摆率的芯片。OPA847的输入噪声电压最低,可以有效的压制噪声,它的压摆率也最高,而且也可以得到6dB的电压放大倍数。所以综上所述选择方案三。
1.2可控增益放大器方案的论证与选择
方案一:采用精密的电位器改变放大器的反馈电阻来实现增益可调采用如OPA820,在+2倍增益时其增益带宽积240MHz。但是这样会给电路系统带来干扰,而且在频率很高的时候,电位器会产生电容效应,使得增益不够平坦。
方案二:采用VCA821和VCA820可变增益放大器,其中VCA821具有710MHz的小信号带宽,2500V/us的压摆率。VCA820具有150MHz的小信号带宽,1700V/us的压摆率。
综合以上两种方案选择,为兼顾性价比和高频信号等问题,选择方案二。
1.3末级电压放大??榈穆壑び胙≡?/font>
本级采用X级OPA2995、THS3201作为功率放大,它是电流反馈放大电路,其优点是电路带宽受增益的影响小,可以在满足放大的同时,满足带宽的需求,带宽主要受反馈电阻的影响,因此我们根据芯片手册上的电路对其外围电路进行设计,考虑到电源限制,采用正负5V进行供电,使系统通频带较高。经过几次尝试,选择增益为40倍,带宽超出180MHz.且带内平坦度较好,能够满足题目的带载能力。
系统框图如下

2 系统的理论分析与计算
2.1放大器增益带宽积分析
系统调整主要由压控放大器VCA821实现。设置VCA821最大增益为5倍,通过调节压控端电压调节增益。其表达式为:

选取,则增益为
,
控制在-1~1V范围内变化,可调节增益在0.05~5V/V变化。
2.2增益分配的计算
根据题目中的基本要求增益在12dB~40dB,增益步长为4dB的增益步进控制。频率范围为50MHz~160MHz。单级放大甚至是两级放大都是难以实现的,所以我们选择4级级联的方式,最终实现电压增益Av≥40dB的目标。第一级输出实现11倍的放大,可变增益放大实现程控增益的放大。
2.3 带宽计算
通过方案论证,宽带放大器采用集成运放实现。题目发挥部分要求输入信号有效值时,输出电压有效值,即峰峰值为,频率为100MHz时下降3dB,则末级运放压摆率为:

同时,题目要求电压增益,输入信号频率为100MHz,则若采用单级放大,要求运放增益带宽积为:

目前运放无法实现单级放大60dB,因此本系统采用多级放大实现60dB增益可调。前级采用固定增益,由宽带高压摆率运放OPA847实现10倍增益。中间级通过压控放大器VCA824实现增益可调。
2.4频带内增益起伏的控制
根据题目要求整个系统至少满足在75MHz~108MHz范围内增益波动不大于2dB,由于本系统是X级级联的结果,并且每一级都可以单独工作,所以要保证每一级的最大的增益波动小于2dB。此外,在各级共同工作时,系统的总的增益曲线为各个??榈牡???悸亲罴说那榭?,即各部分的最大增益波动的地方为同一个位置。在这种情况下要保证各级最大的增益波动小于 2除以级数 才能满足题目的要求。为了排除其他因素的影响,我们选用的芯片都是输入电压噪声极低的芯片。应该尽可能降低在75MHz~108MHz通带内的波动,必要时需要通过调整电路结果或外接LC网络进行一定的增益补偿。
通过上述合理的分配各级增益,使得各级带宽满足要求,四级级联。

2.5输入输出阻抗设置
题目要求系统的输入和输出阻抗都为50Ω,对于交流信号第一级运算放大器输入端使用50Ω电阻连接到地,如图2.3所示。输出阻抗在输出级放大器输出端串接5电阻即可。如图1所示。

图 1
3 电路与程序设计
3.1电路总体设计
由前级放大电路???,程控增益???/font>,末级放大电路??樽槌?,详见附录1。
3.2程序总体设计
程序??橹饕杉藾AC输出和显示构成
3.2.1程序功能描述与设计思路
采用stm32f103ZET6单片机,通过扫描键盘键值来控制DAC输出的特定线性分布电压实现增益步进并且将增益值和DAC输出电压值显示在LCD屏幕上。
4 测试方案与测试结果
4.1 测试方案方法
系统调试原则:根据电路原理现调试个单元电路,然后再整机测量。
(1)电路仿真与级联调试
运用仿真软件对每一集电路进行电路仿真,调整参数,达到要求后制作单层PCB板电路,焊接并进行单级测试,包括是否达到预定增益指标,增益起伏是否达到要求等。
(2)成功后进行4级级联,整体测试,得出结果进行调整后再固化电路布局,最后装箱调试。
4.2 测试条件与测试仪器
表4-2测试使用的仪器设备

序号
名称、型号、规格
数量
精度
1
数字万用表
1
3位半
2
DG4162函数信号发生器
1
300MHz
3
54642A示波器
1
500MHz

测试条件:检查多次,仿真电路和硬件电路与系统原理图完全相同。检查无误,各元件参数选择合适,硬件电路无虚焊、接错、短路。
4.3 测试结果及分析

4.3.1 基本功能测试
我们按照调试步骤,逐一实现各功能。并将实验结果以表格形式汇总。如下表所示。

5 设计总结 可以写我们都完成了哪些指标
本设计通过多级放大电路,实现了增益可控的射频宽带放大器,该放大器具有高带宽,增益可步进等特点,满足了题目的基本需求。

参考文献:按文中引用次序列出
[1]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
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,2006
[3]张诚.电子系统设计——电路篇.北京:北京航空航天大学出版社,2012
附录1:电路原理图

OPA2695电路图

VCA821电路图

OPA847电路图

THS3201电路图

完整的Word格式文档51黑下载地址(内含清晰图):
增益可控射频放大器.docx (308.9 KB, 下载次数: 6)


您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

QQ|手机版|小黑屋|单片机论坛 |51黑电子论坛5群 联系QQ:125739409;技术交流QQ群174280738

Powered by 秒速飞艇彩票开奖网

快速回复 秒速飞艇彩票开奖网 返回列表