PDF《设计报告》

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2009 年全国大学生电子设计竞赛 设计报告参赛题目: 宽带直流放大器 题目编号: C http://www.fxdzw.com 参赛队员: 许文燕 张舒 徐琴 参赛单位: 南京邮电大学 日期: 二九年九月五日福星电子网 http://www.fxdzw.com 第-

1 -页共10 页摘要本设计使用两片集成运放 THS3001 级联组成前置放大电路, 并由运算放大器加分 立器件三极管构成复合放大器实现末级功率放大电路,通过增益控制电路实现 0~65dB 范围内的增益可调,放大器带宽可在 10MHz 或5MHz 两档之间选择.整个系统 由单片机控制,通过键盘输入实现输出状态控制、带宽选择以及增益步进控制,TFT 液晶显示器显示所设置的状态及参数. 关键词: 前置放大 功率放大 增益控制 低通滤波器 设计报告

一、系统方案论证与比较

1、宽带直流放大器设计方案 方案一:采用集成运算放大器芯片级联构成.集成运放芯片使用简单,精度高, 但是采用这种方案,放大器可实现的输出功率不够,无法满足本课题指标(本课题要 求最大输出电压正弦波有效值 Vo≥10V) ,通常此类集成电路都难以直接驱动 50Ω 的 负载. 方案二:采用分立元件,利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路, 末级采用大功率器件来保证输出功率,通过负反馈电路来确定增益.该方案可实现的 放大器工作频率高、功率大,但其电路比较复杂,且零点漂移严重,难以实现直流信 号的放大.此外,由于电路采用了多级放大,其稳定性差,容易产生自激现象. 方案三:集成运放和分立元件相结合.宽带集成运放级联构成前置放大电路,实 现小信号的前置放大及增益要求;

运算放大器加分立器件三极管构成功率扩展型电路 实现末级功率放大. 方案选定:经三种方案比较,决定采用方案三,该方案可以将集成运算放大器高 增益、 低直流漂移的优点与分立元件功放输出功率大的优点相结合, 达到本课题的设 计要求.

2、电压增益控制设计方案 方案一:通过反馈网络控制放大器的电压增益.这种方案电路简单,但是干扰信 号会伴随输入的小信号经过前级和后级放大器放大, 使输出信号的信噪比无法满足题 目指标. 方案二:在末级放大电路后加精心设计的衰减网络,对输出电压进行增益控制. 只要信号和干扰比在设定的范围内, 则可以实现在电压增益控制的同时保证输出信号 的信噪比满足题目指标. 方案选定:本设计增益控制采用方案二.

3、系统方案 本设计方案的整体框图如图 1-1 所示.采用两片 THS3001(高速集成运放)级联 组成前置放大电路, 电压增益达到

168 倍;

分立元件与普通集成运放构成末级功率放 大电路,其电压增益为

10 倍(可微调) .功放输出端级联精心设计的衰减网络以实现 增益步进可调, 同时为了实现题目扩展指标要求, 还设计了两套低通滤波器组成的滤 波网络, 可以作为负载接入放大器用于控制系统的带宽. 主控模块采用 C8051 单片机, 福星电子网 http://www.fxdzw.com 第-

2 -页共10 页 通过键盘输入实现输出状态控制、 带宽选择以及增益步进控制, 晶显示器显示所设置 的状态及参数. 图1-1 系统方案框图

二、理论分析与计算

1、 带宽增益积分析与计算 (1)前置放大器 由手册可查得 THS3001 的单位增益带宽为 420MHz,若考虑到放大器输出平坦度 的要求(其0.1dB 平坦度带宽为 115MHz) ,本设计的前置放大电路的带宽增益积应 当在 150MHz 左右,根据公式 BW A GBW im = ,其增益分配如下:第一级 THS3001 电压增益为