众文网1.宽带直流放大器的设计报告
如何制作宽带直流放大器
1.基本要求
(1)电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0~40dB范围内手动连续调节。
(2)最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。
(3)3dB通频带0~5MHz；在0~4MHz通频带内增益起伏≤1dB。
(4)放大器的输入电阻≥50W，负载电阻（50±2）W。
(5)设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。
2.发挥部分
(1)最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV。
(2)在AV=60dB时，输出端噪声电压的峰-峰值VONPP≤0.3V。
(3)3dB通频带0~10MHz；在0~9MHz通频带内增益起伏≤1dB。
(4)最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。
(5)进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。
(6)电压增益AV可预置并显示，预置范围为0~60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz 两点）。
(7)降低放大器的制作成本，提高电源效率。
(8)其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。
三、说明
1.宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。
2.负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（50±2）W的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。
3.放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图2所示，可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。
四、评分标准
2.宽带放大器的设计
一种可编程宽带放大器的设计1 引言随着微电子技术的发展，宽带放大器在科研中具有重要作用。
宽带运算放大器广泛应用于A/D转换器、D/A 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度，电压增值。
为此，以可编程增益放大器THS7001和可 变增益放大器AD603为核心，设计一种可编程宽带运算放大器。该电路增益调节范围为-6~70 dB，步进间距为6dB,AGC为60 dB,-3 dB通频带为40 Hz~15MHz。
矩阵键盘设置增益值、步进，点阵液晶显示实时电压有效值，人机界面友好，操作简单方便。2 系统总体设计方案该系统主要由可控增益放大器、功率放大与峰值检波、单片机显示和控制3大模块组成。
其中可变增益放大器以THS7001和AD603为核心。单片机控制 THS7001实现增益粗调，并通过D/A转换控制AD603实现增益细调，从而使总增益在- 6~70 dB的宽频带范围内线性变化。
前置放大器采用由宽带电压型反馈运放THS4011构成的射极跟随器，可有效提高输入电阻；后级功率放大器采用电流型反馈运 放AD811，提高系统带负载能力。由二极管峰值检波电路测量峰值，并通过A/D转换、D/A转换实现自动增益控制。
通过键盘手动预置增益值，LCD实时 显示预置增益值并输出有效值。其系统总体设计框图如图1所示。
3 器件选型及理论分析3.1 输入级电路运放选型由于该电路噪声主要取决于第一级放大器。所以选择第一级运放成为决定噪声大小的关键。
电压反馈型（VFB）运算放大器具有同相和反向输人端阻抗基本相同 （均为高阻），低噪声，更好的直流特性，增益带宽积为常数。反馈电阻的取值自由等特点：而电流反馈型（CFB）运算放大器则具有同相输入端为高阻阻，反向 输入端为低阻抗，带宽不受增益影响，压摆率更快，反馈电阻的取值有限制等特点。
由此看出，CFB放大器适用于那些需要压摆率快、低失真和可设置增益而不影 响带宽的电路；而VFB放大器则适用于那些需要低调电压、低噪声的电路。因此选用电压反馈型运放THS4011作为前级输入。
THS4011是一款高速低 噪声运算放大器，其带宽为290 MHz，压摆率为310 V/μs，输入噪声为3.2 峰值检波电路峰值检波电路由二极管电路和电压跟随器组成。其工作原理：当输入电压正半周通过时，检波管 VU2导通，对电容C1、C2充电，直到到达峰值。
三极管的基极由FPGA控制，产生1Oμs的高电平使电容放电，以减少前一频率测量对后一频率测量的影 响，提高幅值测量精度。其中Vu1为常导通，以补偿VU2上造成的压降。
适当选择电容值，使得电容放电速度大于充电速度，这样电容两端的电压可保持在最大 电压处，从而实现峰值检波。该电路能够检测宽范围信号频率，较低的被测信号频率，检波纹波较大，但通过增加小电容和大电容并联构成的电容池可滤除纹波。
而后级隔离，则增加由OPA277构成的射极跟随器，如图3所示。4 系统软件设计4.1 程序部分设计系统软件设计遵循结构化和层次化原则，由一个主程序及若干子程序构成。
主程序通过调用子程序控制子程序间的时序，从而使整个程序正常运行。系统软件设计部 分由单片机和FPGA组成。
单片机主要完成读取键值、控制增益和显示功能。而FPGA则作为总线控制器，管理键盘、液晶和A/D转换器与单片机之间的数据 交换。
以Ouartus II 7.2为设计环境，用Verilog HDL硬件描述语言编程，完成各功能模块的设计，并仿真测试设计好的各个模块，再将各个模块相互连接。程序以按键中断为主线，以各项功能为分支，图4为程 序流程。
4.2 FPGA部分设计FPGA主要完成A/D、D/A转换器的串并转换。采用12位D/A转换器TLV5618，该器件是串行接口，大大节约系统端口资源，但MCU的P0、P2端口是并行口，与串行器件的时序匹配较复杂，用静态口P1端口模拟串行口时序又会占用MCU很多处理时间，影响系统效率。
为使MCU对串行器件操作简单，把串行时序在FPGA中用状态机描述，同时该控制状态机又对MCU提供P0口、CS、WR的微机标准时序接口形式，这样MCU只需选中相应地址，就可写入所要得到的电压数据，状态机会完成串并转换。以串行接口时序将数据写入器件并锁存，与写IO端口操作一样简单方便，而D/A转换器模块的输出端既可得到相应输出电压，又达到控制增益的目的。
AGC部分采用循环结构，将A/D转换采样得到的数据与预设值循环相比较，再通过D/A转换控制增益倍数，从而实现自动增益控制。5 测试方案及测试数据该系统使用专门的测试仪器，包括单片机仿真器、双踪示波器、PC机、多功能函数信号发生器和交流电压表等。
调节输入信号的幅值和频率，结合示波器，测试宽 带放大器的增益范围以及通频带。测试结果表明，宽带放大器总增益调节范围为-6~70 dB。
-3 dB通频带为40 Hz~15 MHz。将输入信号频率同定，改变输入电压幅值。
记录输入电压和输出电压的最大值和最小值。结果表明，AGC动态范围大于60 dB。
将输入端短接，设置不同的电压放大倍数，测量输出电压。结果表明，输出电压噪声小于300 mV。
6 结束语宽带放大器以可编程增益放大器THS7001和可变。
3.谁有百度文库里面的宽带直流放大器方案
如何制作宽带直流放大器 1.基本要求 （1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。
AV可在0~40dB范围内手动连续调节。 （2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。
（3）3dB通频带0~5MHz；在0~4MHz通频带内增益起伏≤1dB。 (4)放大器的输入电阻 ≥50W，负载电阻（50±2）W。
(5)设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。 2.发挥部分 （1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV。
(2)在AV=60dB时，输出端噪声电压的峰-峰值VONPP≤0。 3V。
(3)3dB通频带0~10MHz；在0~9MHz通频带内增益起伏≤1dB。 (4)最大输出电压正弦波有效值 Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。
（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。 （6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为0~60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz 两点）。
（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。 （8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。
三、说明 1.宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。 2.负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（50±2）W的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。
3.放大器要留有必要的测试点。 建议的测试框图如图2所示，可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。
四、评分标准 设计 报告 项 目 主要内容 分数 系统方案 比较与选择 方案描述 2 理论分析与计算 带宽增益积 通频带内增益起伏控制 线性相位 抑制直流零点漂移 放大器稳定性 9 电路与程序设计 电路设计 8 测试方案与测试结果 测试方案及测试条件 测试结果完整性 测试结果分析 8 设计报告结构及规范性 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性 3 总分 30 基本 要求 实际制作完成情况 50 发挥 部分 完成第（1）项 7 完成第（2）项 2 完成第（3）项 7 完成第（4）项 6 完成第（5）项 12 完成第（6）项 5 完成第（7）项 6 其他。
4.急求宽带放大器（2003 b题）原理图及论文
宽带放大器 摘 要 本作品基于压控对数放大器设计，由主放大及输入输出电路、增益控制电路、显示及处理模块、测量电路和电源模块组成，具有宽带数字程控和数字AGC功能。
其中的AD603的使用方便了程控增益，AD844的使用提高了输出电压的有效值范围。由于综合应用了电容去耦、磁珠滤波等降噪措施，较好地抑制了放大器的噪声。
关键词： 压控对数放大器 宽带数字程控 数字AGC 降噪 一：方案比较与论证 分析题目要求，我们将本设计分为：主放大电路及输入输出电路、增益控制、键盘显示及处理、测量和稳压电源五大功能模块。各模块间的关系如图1-1所示。
图1-1 各模块的关系 1.主放大器及输入输出电路 方案一：采用分立元件设计。此方案元器件成本低，易于购置。
但 是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是短时间内手工制作难以保证可 靠性及指标，故不采用此方案。 方案二：采用高速宽带集成运放设计。
此方案优势是电路容易实现，指标和可靠性容易得到保证。故采用此方案。
2.增益控制电路 方案一：采用场效应管或三极管控制增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，电路简单，调试复杂。
方案二：采用高速乘法器型D/A实现。利用D/A转换器的VRef作信号的输入端，D/A的输出端做输出。
用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。此方案简单易行，但经实验知：当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此不选此方案。
方案三：利用能够压控增益的放大器实现。其特点是可以用单片机方便地预置增益。
由于主放大器可以找到压控增益的器件，本系统采用方案三。 3. 有效值测量电路 方案一：采用真有效值转换器件测量，此方案电路简单、精度高。
但价格较贵，同时器件难找。现有的有效值转换器件如AD637、AD737在较高频率段无法满足本题测量要求。
方案二：采用峰值检波测量。采用峰值检波电路，检出峰值经A/D转换后由单片机转换为有效值。
电路简单可靠，但前提是信号是正弦波，否则误差较大。考虑到本题要求测量的是标准正弦波，因此选择本方案。
4. 稳压电源 方案一：线性稳压电源。其中包括并联型和串联型两种结构。
并联型电路复杂，效率低，仅用于对调整速率和精度要求较高的场合；串联型电路比较简单，效率较高，尤其是若采用集成三端稳压器，更是方便可靠。 方案二：开关稳压电源。
此方案效率高，但电路复杂， 开关电源的工作频率通常为几十~几百KHz，基波与很多谐波均在本放大器通频带内，极容易带来串扰。 电源模块选择方案一中的串联型稳压电源。
总体系统框图如图1-2所示。 图1-2 系统框图 二.理论分析与参数计算 放大器链路的组成如图2-1所示： 图2-1 主放大器电路图 图中注明了设计中每级增益的分配，并在下方依据器件的官方资料给出了各级-3dB通频带的上限。
通频带计算 如图2-1，系统通频带由BUF634缓冲器、两级AD603放大器和AD844放大器共同决定，由频率响应公式可知系统增益与频率的关系如下： （式2-1） 式中：， ， ，为器件资料中相应运放的通频带，为放大链路中各级放大器的中频电压放大倍数。 经计算，系统3dB带宽，符合设计要求。
2.增益控制范围及精度 为实现60dB放大能力，本设计采取两级AD603级联和后级AD844放大电路的增益分配方式。依据资料，AD603采用的是增益为-11dB~31dB、带宽90MHz的工作方式，其每级增益为： GAD603(dB)=40*Vg+10 （式2-2） 式中，Vg为AD603的增益控制电压，范围为-0.50V~0.50V。
按图3-3接法，AD844放大电路增益为17.8dB ，前级输入衰减6dB， 所以整个放大器的增益为： G(dB)=2*GAD603+17.8-6=80*Vg+31.8 （式2-3） Vg的变化范围为-0.5~0.5V，因此理论上的增益控制范围为-8.2~71.8 dB。 单片机通过D/A的输出电压控制AD603的增益，若采用的是8位D/A转换器，则D/A输入值KDA与AD603控制电压的对应关系为： （式2-4） 式中，KDA为D/A的输入值。
由式2-3及式2-4可知增益G与D/A输入值KDA的对应关系为： （式2-5） 则可得增益控制的理论精度为： （式2-6） 由以上分析可知，该电路满足对增益控制范围及精度的指标要求。 3.自动增益控制范围 AGC范围的计算式为： G=20log(Vs2/Vs1)-20log(VOH/VOL) （式2-7） 式中，Vs2、Vs1分别为输入信号的最大和最小值；VOH、VOL分别为输出的最大和最小值。
由式2-7推知，当输入信号的有效值为0.0012VVi2.0V时，要保证输出电压有效值为4.5VVO5.5V，则AGC范围为64dB。图2-2给出了放大器在进入AGC模式后的传输特性在matlab中的仿真结果。
由图知，此功能满足题目要求。 图2-2 4.系统噪声 本系统噪声主要由输入端电阻热噪声、BUF634电路噪声、AD603电路噪声及AD844电路噪声等引起。
在最高增益60dB状态下，对系统各级噪声分别进行近似计算： = （式2-8） = （式2-9） = （式2-10） = （式2-11） = （式2-12） 在式（2-8）~(2-12)中：取K=、T=300K、R=、B=90MHz；、、和表示各器件噪声系数，分别为4、1.3,1.3和2;B1、B2、B3、B4和 G1、G2、G3m、G4m分别表示各器件的带宽和增益，。
5.什么是宽带直流放大器
在现代电子设备、通讯设备和科研生产中常需要利用放大电路将传感器输出的微弱信号或通信接收端接收到空中微弱的信号进行提取、放大。
只有将信号放大到一定程度才能满足后级设备的要求，使分析结果正确。同时很多设备还要求具有一定输出功率，才能驱动后级设备或使通信的发射端将信号有效传输到接收端。
然而面对多种多样的放大要求，现在的放大电路难以在频带、增益动态范围、功率等参数满足设计要求。为此，这里设计一种宽带直流放大器，该直流放大器的频率从0 Hz到10 MHz，增益调节范围为0~75 dB，带宽可设置为5 MHz或10 MHz两种，后级功率放大电路可输出20 V的峰峰值。
该系统成本低廉，精度高，满足一般生产科研实验要求，可应用于多种场合，具有推广性。1 系统设计方案1.1 可控增益放大可控增益放大由可变增益放大器（VGA）AD603实现的。
AD603具有单通道、宽频带、低噪音、低畸变、高增益精度等特性，其内部是由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，施加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，增益量是由增益控制接口参考电压决定；而该参考电压是通过单片机进行运算并控制D/A转换器输出其控制电压来获得的，从而实现较精确的数字控制。此外AD603能提供由直流到30 MHz以上的工作带宽。
电路集成度高，易于单片机控制，稳定性好，满足系统要求。1.2 后级功率放大采用多片集成运算放大器并联组成后级功率放大电路，通过改变放大器的增益实现不同倍数放大，多片放大器并联可提供较大的输出电流。
多片集成运算放大器并联放大电路结构较为简单，易于实现，且输出波形可无明显失真。该系统选用高压低失真电流反馈型放大器THS-3091，最大驱动电流可达350 mA,3片THS3091最大可提供为l050mA的电流，完全满足系统设计要求。
1.3 滤波电路根据系统设计要求，需要一个5 MHz和10 MHz的低通滤波器，一般集成滤波器和有源滤波电路都难以达到上述带宽要求，且价格高。因此，该方案采用七阶无源椭圆滤波器，该滤波器具有结构简单、成本低廉、带宽大，稳定性好，波动小等特点。
并利用滤波器设计软件filter solution快速设计出通带波动小阻带衰减大的滤波器。2 系统硬件电路设计系统总体设计方案如图1所示，该系统由前级信号调理电路、可控增益电路、加法器电路、滤波选择电路、后级程控放大电路和后级功率放大电路组成。
该系统设计的前级信号调理电路可对输入信号进行阻抗匹配以及10倍放大，以提高输入信号的信噪比；可控增益放大电路是以AD603为核心组成的，可对输入信号实现-10~+30 dB的放大；加法器电路可实现对信号的零点漂移的有效调节，从而抑制零点漂移；以继电器为核心的滤波器选择电路可实现对信号的带宽为5 MHz或1O MHz的选择；由MAX309和THS309l组成的后级程控放大电路可对信号分别实现0.01,0.5,5,10倍的放大；功率放大电路由3片THS3091并联构成，驱动50 Ω负载，输出信号峰-峰值可达20 V且无明显失真。2.1 可控增益放大电路可控增益放大电路是以可变增益放大器AD603为核心，信号直接输入AD603的引脚3，引脚2输入偏置电压，并联10 μF电容构成低通滤波器滤除输入电压噪音，引脚1的电平通过16位高精度D/A转换器MAX541来调节增益放大，该的基准电压是MAX6225的输出电压。
AD603的5引脚与7引脚短接使其工作增益范围为-10~+30 dB，带宽为90 MHz状态下，而其供电电压通过10μF和0.1μF并联接地去耦，提高系统稳定，抑制自激，如图2所示。2.2 后级程控放大电路后级程控放大电路主要由模拟开关MAX309和THS3091构成，MAX309导通电阻约100Ω，可通过10 MHz以上的信号，容性负载小，使用方便，易于编程，可通过FPGA对MAx309进行开关选通，前级为同相放大，放大倍数为2倍，有利于信号隔离和传输，提高驱动负载能力，该电路可对输入信号实现0.01、0.1、1、10倍的放大，如图3所示。
2.3 后级功率放大电路后级功率放大电路由3片THS3091并联构成，±15V供电时，最大输出电压峰峰值可达20 V，根据该器件数据资料，THS3091输出电流最大可达350 mA，为了达到输出功率的要求，使用3个THS309l进行并联，负载电阻由4只200Ω电阻并联组成。信号由同相端输入，增益设置为3.8倍，起到隔离和放大信号的作用。
如图4所示。3 系统软件设计本系统软件部分由以单片机为核心的最小系统构成，进入欢迎界面后通过ENTER键可进入主菜单界面。
通过不同的按键可选择不同的软件设置，系统软件设计有两档校准放大电路中零点漂移，自动校准和手动校准。按键2可对放大系统带宽进行选择，按键3可选择增益调节方式为手动连续调节，按键4可对电压增益进行预置，预置范围为0~75 dB，步距为5 dB。
对系统所有设置可实时显示，人机交互界面友好，软件设计详细流程如图5所示。4 测试方案与测试结果4.1 测试条件对该带宽直流放大器在28℃室温的环境下进行测试，其而测试仪器及型号如下：直流稳压电源，SGl733SB3A;60 M示波器，Tektronix TDS1002；数字信号源，Tektronix AFG310;PC机，联想WindOWS XP;。
6.宽带直流放大器在生产生活中有什么用
在现代电子设备、通讯设备和科研生产中常需要利用放大电路将传感器
传感器
凡是利用一定的物性（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 [全文]
输出的微弱信号或通信接收端接收到空中微弱的信号进行提取、放大。只有将信号放大到一定程度才能满足后级设备的要求，使分析结果正确。同时很多设备还要求具有一定输出功率，才能驱动后级设备或使通信的发射端将信号有效传输到接收端。然而面对多种多样的放大要求，现在的放大电路难以在频带、增益动态范围、功率等参数满足设计要求。为此，设计一种宽带直流放大器，该直流放大器的频率从0 Hz到10 MHz，增益调节范围为0~75 dB，带宽可设置为5 MHz或10 MHz两种，后级功率放大电路可输出20 V的峰峰值。该系统成本低廉，精度高，满足一般生产科研实验要求，可应用于多种场合，具有推广性。
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