D題射頻寬帶放大器題目解析

1、1會(huì)計(jì)學(xué)D題射頻寬帶放大器題目解析題射頻寬帶放大器題目解析各位老師上午好！各位老師上午好！第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第三部分第三部分 賽題解析賽題解析第一部分第一部分 概概 述述 放大器是出現(xiàn)較多的一類競(jìng)賽題。如：放大器是出現(xiàn)較多的一類競(jìng)賽題。如：1995年的實(shí)用低頻功率放大器；年的實(shí)用低頻功率放大器；1999年的測(cè)量放大器；年的測(cè)量放大器；2001年的高效率音頻功率放大器；年的高效率音頻功率放大器；2003年的寬帶放大器；年的寬帶放大器；2009年的寬帶直流放大器；年的寬帶直流放大器；2013年的射頻寬帶放大器。年的射頻寬帶放大器。同時(shí)綜合測(cè)評(píng)和其他賽題也包

2、涵的放大器內(nèi)容。同時(shí)綜合測(cè)評(píng)和其他賽題也包涵的放大器內(nèi)容。 概概 述述該類競(jìng)賽題目的特點(diǎn)：1、題目涵蓋了電子信息各類學(xué)生必需掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知題目涵蓋了電子信息各類學(xué)生必需掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)專業(yè)知識(shí)要求相對(duì)較低。所以，以放大器為載體識(shí)，對(duì)專業(yè)知識(shí)要求相對(duì)較低。所以，以放大器為載體構(gòu)成的電子競(jìng)賽題，適用的專業(yè)、年級(jí)范圍寬泛，容易構(gòu)成的電子競(jìng)賽題，適用的專業(yè)、年級(jí)范圍寬泛，容易構(gòu)成構(gòu)成“基本要求部分上手容易，發(fā)揮要求部分制作難度基本要求部分上手容易，發(fā)揮要求部分制作難度有梯度，整體工作量適當(dāng)有梯度，整體工作量適當(dāng)”的賽題；的賽題；2、放大器是指標(biāo)型的題目，參數(shù)要求靈活，實(shí)現(xiàn)方法多、放大器是指標(biāo)型

3、的題目，參數(shù)要求靈活，實(shí)現(xiàn)方法多樣。對(duì)參賽學(xué)生的基本功、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、接受新技術(shù)、新樣。對(duì)參賽學(xué)生的基本功、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、接受新技術(shù)、新器件的能力要求高；器件的能力要求高；概概 述述該類競(jìng)賽題目的特點(diǎn)：3 3、放大器是組成各類電子系統(tǒng)的重要單元電路，其應(yīng)用、放大器是組成各類電子系統(tǒng)的重要單元電路，其應(yīng)用背景明顯，并對(duì)新技術(shù)、新器件發(fā)展、工藝制作質(zhì)量敏背景明顯，并對(duì)新技術(shù)、新器件發(fā)展、工藝制作質(zhì)量敏感。分析近年的考題，我們可以清晰看出放大器類題目感。分析近年的考題，我們可以清晰看出放大器類題目跟隨業(yè)界技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)：即寬帶、高增益和高性能跟隨業(yè)界技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)：即寬帶、高增益和高性能（較高的輸出電壓、較

4、高的效率、較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較（較高的輸出電壓、較高的效率、較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較低的噪聲性能），以及采用新型器件的導(dǎo)向。低的噪聲性能），以及采用新型器件的導(dǎo)向。概概 述述第二部分第二部分 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 放大器設(shè)計(jì)是各類競(jìng)賽題中均包含的放大器設(shè)計(jì)是各類競(jìng)賽題中均包含的內(nèi)容，每個(gè)參賽隊(duì)肯定會(huì)賽前訓(xùn)練。目?jī)?nèi)容，每個(gè)參賽隊(duì)肯定會(huì)賽前訓(xùn)練。目前設(shè)計(jì)放大器基本均采用集成電路運(yùn)算前設(shè)計(jì)放大器基本均采用集成電路運(yùn)算放大器的方案，所以關(guān)鍵是選擇合適的放大器的方案，所以關(guān)鍵是選擇合適的芯片。這使得訓(xùn)練應(yīng)分為普通訓(xùn)練和專芯片。這使得訓(xùn)練應(yīng)分為普通訓(xùn)練和專項(xiàng)訓(xùn)練。項(xiàng)訓(xùn)練。一、基本放大器一、基本放大器 普通訓(xùn)練主要是采

5、用通用芯片，結(jié)合傳感器等，普通訓(xùn)練主要是采用通用芯片，結(jié)合傳感器等，設(shè)計(jì)普通放大器、差分放大器、儀用放大器和小功率設(shè)計(jì)普通放大器、差分放大器、儀用放大器和小功率的驅(qū)動(dòng)電路，以滿足相關(guān)系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)采集、調(diào)理的驅(qū)動(dòng)電路，以滿足相關(guān)系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)采集、調(diào)理的需求。的需求。 當(dāng)選擇設(shè)計(jì)放大器為訓(xùn)練方向時(shí)，則需要在寬帶、當(dāng)選擇設(shè)計(jì)放大器為訓(xùn)練方向時(shí)，則需要在寬帶、高增益（可調(diào)）、高輸出電壓（或有輸出功率要求）、高增益（可調(diào)）、高輸出電壓（或有輸出功率要求）、阻抗匹配、失真、低噪聲、帶內(nèi)增益起伏、矩形系數(shù)阻抗匹配、失真、低噪聲、帶內(nèi)增益起伏、矩形系數(shù)等指標(biāo)提高上下功夫。等指標(biāo)提高上下功夫。 一、基本放大

6、器一、基本放大器 包含信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)發(fā)生電路、有源濾包含信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)發(fā)生電路、有源濾波器、比較器。這部分內(nèi)容還要考慮波器、比較器。這部分內(nèi)容還要考慮NE555NE555芯片的芯片的應(yīng)用。將運(yùn)放應(yīng)用電路單獨(dú)提出來(lái)，是因?yàn)樵摬繎?yīng)用。將運(yùn)放應(yīng)用電路單獨(dú)提出來(lái)，是因?yàn)樵摬糠址浅Ｖ匾曳秶鷮?，誰(shuí)也無(wú)法限定范圍，但題分非常重要且范圍寬，誰(shuí)也無(wú)法限定范圍，但題目中肯定會(huì)用上。在培訓(xùn)時(shí)，訓(xùn)練的典型電路越目中肯定會(huì)用上。在培訓(xùn)時(shí)，訓(xùn)練的典型電路越多越好。多越好。一、運(yùn)算放大器應(yīng)用電路一、運(yùn)算放大器應(yīng)用電路1.1.選好合適的芯片，能取得事半功倍的效果。如選好合適的芯片，能取得事半功倍的效果。如0303年

7、寬帶放大年寬帶放大器一題，功能完成較好的作品均是采用了器一題，功能完成較好的作品均是采用了AD603AD603作為中間放大級(jí)。作為中間放大級(jí)。0909年寬帶直流放大器一題，對(duì)帶寬和輸出功率提出新的要求。年寬帶直流放大器一題，對(duì)帶寬和輸出功率提出新的要求。該題的寬帶、高增益且可調(diào)指標(biāo)仍然是采用該題的寬帶、高增益且可調(diào)指標(biāo)仍然是采用AD603AD603等芯片實(shí)現(xiàn)，等芯片實(shí)現(xiàn)，但輸出電壓（功率）指標(biāo)有新要求，需要采用但輸出電壓（功率）指標(biāo)有新要求，需要采用THS3092THS3092，LT1210LT1210，BUF634BUF634等性能好的新型集成芯片。今年的題目對(duì)新型、高性能等性能好的新型集成

8、芯片。今年的題目對(duì)新型、高性能集成電路的依賴更加明顯。集成電路的依賴更加明顯。2 2需要設(shè)計(jì)好整體方案。包括增益分配（動(dòng)態(tài)范圍），阻抗匹需要設(shè)計(jì)好整體方案。包括增益分配（動(dòng)態(tài)范圍），阻抗匹配、帶內(nèi)增益波動(dòng)，配、帶內(nèi)增益波動(dòng)，0909年和年和1313年放大器均要求了帶內(nèi)增益波動(dòng)年放大器均要求了帶內(nèi)增益波動(dòng)1dB1dB，噪聲抑制和功率驅(qū)動(dòng)。，噪聲抑制和功率驅(qū)動(dòng)。3. 3. 良好的制作工藝。布局、屏蔽、去耦、接地等。良好的制作工藝。布局、屏蔽、去耦、接地等。二、放大器設(shè)計(jì)制作二、放大器設(shè)計(jì)制作第三部分第三部分-賽題解析賽題解析射頻寬帶放大器（射頻寬帶放大器（D題）題） 出題思想出題思想1.1.上手容

9、易，整體要有難度，并且難度要有梯度。上手容易，整體要有難度，并且難度要有梯度。2. 2. 改變目前學(xué)生培養(yǎng)的弱項(xiàng)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的改變目前學(xué)生培養(yǎng)的弱項(xiàng)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展（高頻段）。發(fā)展（高頻段）。3. 3. 體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，和工程實(shí)際應(yīng)用背景。（寬體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，和工程實(shí)際應(yīng)用背景。（寬帶，新器件，新技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，阻抗匹配，工帶，新器件，新技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，阻抗匹配，工藝）。藝）。4. 4. 重點(diǎn)要求基本指標(biāo)，包括增益（增益可調(diào)）、帶重點(diǎn)要求基本指標(biāo)，包括增益（增益可調(diào)）、帶寬和帶負(fù)載能力（輸出電壓）。寬和帶負(fù)載能力（輸出電壓）。一、任務(wù)一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。設(shè)計(jì)

10、并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。二、要求二、要求1 1基本要求基本要求（1 1）電壓增益）電壓增益A Av 20dBv 20dB，輸入電壓有效值，輸入電壓有效值U Ui i 20mV20mV。A Av v在在0 020dB20dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。（2 2）最大輸出正弦波電壓有效值）最大輸出正弦波電壓有效值U Uo200mVo200mV，輸出，輸出信號(hào)波形無(wú)明顯失真。信號(hào)波形無(wú)明顯失真。（3 3）放大器）放大器BWBW-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHzL 0.3MHz，上限，上限頻率頻率f fH20MHzH20MHz，并要求在，并要求在1MHz1MHz15MHz15MH

11、z頻帶內(nèi)增益頻帶內(nèi)增益起伏起伏1dB1dB。 （4 4）放大器的輸入阻抗）放大器的輸入阻抗 = 50= 50 ，輸出阻抗，輸出阻抗 = 50 = 50 。題目2 2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1 1）電壓增益）電壓增益A Av 60dBv 60dB，輸入電壓有效值，輸入電壓有效值U Ui 1 mVi 1 mV。A Av v在在0 060dB60dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。（2 2）在）在A Av 60dBv 60dB時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰峰值時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp oNpp 100mV100mV。（3 3）放大器）放大器BWBW-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHz

12、L 0.3MHz，上限頻，上限頻率率f fH100MHzH100MHz，并要求在，并要求在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。該項(xiàng)目要求在。該項(xiàng)目要求在Av 60dBAv 60dB（或可達(dá)到的最高電（或可達(dá)到的最高電壓增益點(diǎn)），最大輸出正弦波電壓有效值壓增益點(diǎn)），最大輸出正弦波電壓有效值Uo 1VUo 1V，輸，輸出信號(hào)波形無(wú)明顯失真條件下測(cè)試。出信號(hào)波形無(wú)明顯失真條件下測(cè)試。（4 4）最大輸出正弦波電壓有效值）最大輸出正弦波電壓有效值U Uo 1Vo 1V，輸出信號(hào)，輸出信號(hào)波形無(wú)明顯失真。波形無(wú)明顯失真。 （5 5）其他（例如進(jìn)一步提高放大器的增益

13、、帶寬等）。）其他（例如進(jìn)一步提高放大器的增益、帶寬等）。題目3. 3. 說(shuō)明說(shuō)明1 1）要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波）要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波電壓有效值應(yīng)在電壓有效值應(yīng)在R RL=50L=50 條件下測(cè)試（要求條件下測(cè)試（要求R RL L阻值誤差阻值誤差5 %5 %），如負(fù)載電阻不符合要求，該項(xiàng)目不得分。），如負(fù)載電阻不符合要求，該項(xiàng)目不得分。2 2）評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái)）評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái)220V220V交流輸入的直流穩(wěn)壓電交流輸入的直流穩(wěn)壓電源。源。3 3）建議的測(cè)試框圖如圖）建議的測(cè)試框圖如圖1 1所示，可采用點(diǎn)頻測(cè)試法。所示，可采用點(diǎn)頻測(cè)試法?；?/p>

14、本技能信號(hào)源射頻寬帶放大器示波器/高頻毫伏表自備直流穩(wěn)壓電源UiUo圖圖1 測(cè)試框圖測(cè)試框圖圖圖2 2 幅頻特性示意圖幅頻特性示意圖 該題目的考點(diǎn)主要有：該題目的考點(diǎn)主要有：帶寬、增益帶寬、增益（高增益、可調(diào)、（高增益、可調(diào)、帶內(nèi)波動(dòng)）、帶內(nèi)波動(dòng)）、帶負(fù)載能力、動(dòng)態(tài)范圍帶負(fù)載能力、動(dòng)態(tài)范圍（增益分配）、（增益分配）、阻阻抗匹配、降低噪聲、測(cè)量方法。抗匹配、降低噪聲、測(cè)量方法。 帶寬指標(biāo)主要通過(guò)選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)帶寬指標(biāo)主要通過(guò)選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，如現(xiàn)，如OPA847OPA847、OPA690OPA690、THS3091THS3091、OPA2694 OPA2694 、AD

15、8321AD8321 高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)，典型的設(shè)計(jì)方案是高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)，典型的設(shè)計(jì)方案是采用采用3 3級(jí)放大器，也有采用級(jí)放大器，也有采用4 4級(jí)放大的方案。級(jí)放大的方案。 由于今年題目對(duì)增益可調(diào)功能沒(méi)有程控、步進(jìn)的要由于今年題目對(duì)增益可調(diào)功能沒(méi)有程控、步進(jìn)的要求。所以，可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增求。所以，可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增益解決方案，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。益解決方案，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。1.1.采用可程控增益運(yùn)放；采用可程控增益運(yùn)放；2.2.采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。 帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)通過(guò)極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)

16、通過(guò)極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。三、題目分析三、題目分析 動(dòng)態(tài)范圍（增益分配）指標(biāo)主要是做好增益分配。今動(dòng)態(tài)范圍（增益分配）指標(biāo)主要是做好增益分配。今年全國(guó)復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入年全國(guó)復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入20mV20mV時(shí)測(cè)輸出電壓。時(shí)測(cè)輸出電壓。結(jié)果，不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠恚敵鍪д?，丟了結(jié)果，不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠?，輸出失真，丟了分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲，將第一級(jí)的增益設(shè)分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲，將第一級(jí)的增益設(shè)置過(guò)高且不可調(diào)。結(jié)果輸入稍大，第一級(jí)就飽和了，后面置過(guò)高且不可調(diào)。結(jié)果輸入稍大，第一級(jí)就飽和了，后面再衰減或調(diào)整也起不了作用，造成輸出失真。

17、再衰減或調(diào)整也起不了作用，造成輸出失真。 阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為50 50 ，并，并要求負(fù)載為要求負(fù)載為50 50 。所以，需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗。所以，需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來(lái)的負(fù)載電阻，匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來(lái)的負(fù)載電阻，但實(shí)際很少有這樣做的。當(dāng)運(yùn)放的輸出電阻很小時(shí)，還要但實(shí)際很少有這樣做的。當(dāng)運(yùn)放的輸出電阻很小時(shí)，還要考慮先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)考慮先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)50 50 的電阻，然后再接的電阻，然后再接50 50 負(fù)負(fù)載。載。三、題目分析三、題目分析 降低噪聲。主要是

18、選器件、好布局。降低噪聲。主要是選器件、好布局。 測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為50 50 ，先將，先將信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為1mV1mV，然后，再設(shè)，然后，再設(shè)置為置為20mV20mV。示波器采用高阻輸入方式，作。示波器采用高阻輸入方式，作品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。三、題目分析三、題目分析系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 大多數(shù)作品采用固定增益放大器大多數(shù)作品采用固定增益放大器（THS3201THS3201）、可調(diào)增益放大器（）、可調(diào)增益放大器（AD8367AD8367）和）和輸出功率放大器（輸出功率放大器（THS3901THS3901）構(gòu)成的三級(jí)放大）

19、構(gòu)成的三級(jí)放大方案。方案。 部分作品采用固定增益放大器（部分作品采用固定增益放大器（OPA847OPA847）、）、程控步進(jìn)衰減模塊（程控步進(jìn)衰減模塊（PE4306PE4306）、壓控增益放大）、壓控增益放大器（器（VCA821VCA821）和輸出功率放大器（）和輸出功率放大器（AD8009AD8009，THS3201THS3201）構(gòu)成的四級(jí)放大方案。）構(gòu)成的四級(jí)放大方案。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例 模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) 可控增益放大器設(shè)計(jì)可控增益放大器設(shè)計(jì) 方案一：采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可方案一：采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可變電阻區(qū)（或三極管等

20、效為壓控電阻）實(shí)現(xiàn)增益控制，由于題目變電阻區(qū)（或三極管等效為壓控電阻）實(shí)現(xiàn)增益控制，由于題目要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性差。差。 方案二：采用多路選擇器來(lái)來(lái)改變放大器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增方案二：采用多路選擇器來(lái)來(lái)改變放大器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器，不能實(shí)現(xiàn)益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，影響高頻的頻率特性。連續(xù)調(diào)節(jié)，影響高頻的頻率特性。 方案三：根據(jù)放大電路增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益方案三：根據(jù)放大電路增益可控的要求，考慮直接

21、選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)（如的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)（如VCA820VCA820，VCA821VCA821，AD603 AD603 ，AD8367AD8367）。其特點(diǎn)是）。其特點(diǎn)是以以dBdB為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控增益約為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控增益約40dB,40dB,可以用單片機(jī)方便的預(yù)可以用單片機(jī)方便的預(yù)制增益。制增益。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例 寬帶放大模塊設(shè)計(jì)寬帶放大模塊設(shè)計(jì) 方案一：采用電壓反饋放大器方案一：采用電壓反饋放大器OPA846OPA846、OPA847OPA847、OPA657OPA657、OPA690OPA690等電壓放大器，該系等電壓放大器，該系列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高，需要

22、仔細(xì)列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)PCBPCB電路板。電路板。 方案二：采用電流反饋放大器方案二：采用電流反饋放大器OPA691OPA691，OPA2694OPA2694、THS3201THS3201。 四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)方案一：使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大方案一：使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大器，單倍增益跟隨，增大輸出電流，提高帶負(fù)載能力。器，單倍增益跟隨，增大輸出電流，提高帶負(fù)載能力。匹配、調(diào)試復(fù)雜。匹配、調(diào)試復(fù)雜。方案二：使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反饋方案二：使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反

23、饋運(yùn)算放大器，如運(yùn)算放大器，如THS3091THS3091等。此種方案可以提供一定的等。此種方案可以提供一定的輸出電流，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。輸出電流，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例 系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)（1 1）放大器板上運(yùn)放電源線及數(shù)字信號(hào)線均加磁珠和電）放大器板上運(yùn)放電源線及數(shù)字信號(hào)線均加磁珠和電容濾波，磁珠可濾除電流上的毛刺，電容濾除較低頻率的容濾波，磁珠可濾除電流上的毛刺，電容濾除較低頻率的干擾，它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。安裝干擾，它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。安裝時(shí)盡量靠近時(shí)盡量靠近ICIC電源和地。電源和地。（2 2）信號(hào)耦合用電解電容兩端

24、并接高頻瓷片電容以避免）信號(hào)耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降。高頻增益下降。（3 3）在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜，信）在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜，信號(hào)輸入輸出使用號(hào)輸入輸出使用SMA-BNCSMA-BNC接頭以使傳輸阻抗匹配，并可減接頭以使傳輸阻抗匹配，并可減少空間電磁波對(duì)本電路的干擾，同時(shí)避免放大器自激。少空間電磁波對(duì)本電路的干擾，同時(shí)避免放大器自激。（4 4）數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開(kāi)，同）數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開(kāi)，同時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例

25、增益控制模塊設(shè)計(jì)增益控制模塊設(shè)計(jì) 方案一：在電源方案一：在電源+5V+5V和地之間使用可調(diào)電位器來(lái)和地之間使用可調(diào)電位器來(lái)給集成壓控增益放大器的電壓控制管腳（給集成壓控增益放大器的電壓控制管腳（1 1號(hào)管腳）號(hào)管腳）提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，改變可變電位器的分壓即可控提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。改變可變電位器的分壓即可控制增益制增益的變化。改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。此方案為手動(dòng)調(diào)節(jié)。的變化。此方案為手動(dòng)調(diào)節(jié)。 方案二：通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制方案二：通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制D/AD/A芯片輸芯片輸出來(lái)給提供控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方出來(lái)給提供控

26、制電壓，從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方案為程序控制。案為程序控制。 綜合比較這兩種方案，各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能綜合比較這兩種方案，各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，而程序控制又比較直觀、方便。實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，而程序控制又比較直觀、方便。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例 4.4.增益分配增益分配 由于要求輸入電壓有效值由于要求輸入電壓有效值1mV1mV U Ui 20mVi 20mV；輸出端噪聲電壓的峰峰值輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp 100mVoNpp 100mV；在；在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。 某設(shè)計(jì)選擇低噪輸入級(jí)某設(shè)計(jì)選擇低噪輸入級(jí)OP

27、A690OPA690增益為增益為5 5倍，倍，第二級(jí)為第二級(jí)為-10dB30dB-10dB30dB，第三放大級(jí)，第三放大級(jí)OPA847OPA847增益為增益為1010倍，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)倍，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)THS3091THS3091增益為增益為2 2倍。倍。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例頻帶內(nèi)增益起伏控制頻帶內(nèi)增益起伏控制1 1） 選增益曲線平坦的器件選增益曲線平坦的器件 如如THS3092THS3092。2 2） 極間阻抗匹配。極間阻抗匹配。 3 3） 輸出頻率補(bǔ)償。輸出頻率補(bǔ)償。4 4） 合理利用芯片的特性。合理利用芯片的特性。四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作品設(shè)計(jì)舉例系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖四、作品設(shè)計(jì)舉例四、作

28、品設(shè)計(jì)舉例可控電壓增益電路可控電壓增益電路可控增益調(diào)節(jié)部分使用壓控增益放大器可控增益調(diào)節(jié)部分使用壓控增益放大器VCA820VCA820，VCA820VCA820在寬頻在寬頻帶工作模式下，增益控制范圍為帶工作模式下，增益控制范圍為-20dB-20dB+20dB+20dB。前級(jí)電壓增益放大電路前級(jí)電壓增益放大電路由于由于OPA657OPA657的增益帶寬積高達(dá)的增益帶寬積高達(dá)1.6GHz,1.6GHz,并且其輸入失調(diào)電流僅并且其輸入失調(diào)電流僅有有0.25mV0.25mV，對(duì)于后級(jí)電路的調(diào)理起到相當(dāng)大的簡(jiǎn)化作用。，對(duì)于后級(jí)電路的調(diào)理起到相當(dāng)大的簡(jiǎn)化作用。后級(jí)電壓增益放大電路后級(jí)電壓增益放大電路作為末

29、級(jí)放大電路，一方面需要滿足題目要求電壓增益作為末級(jí)放大電路，一方面需要滿足題目要求電壓增益Av60dBAv60dB，另一方面為了避免放大倍數(shù)過(guò)大而自激，引入干擾。，另一方面為了避免放大倍數(shù)過(guò)大而自激，引入干擾。末級(jí)放大電路的增益應(yīng)盡可能小但又必須達(dá)到要求。可選擇大末級(jí)放大電路的增益應(yīng)盡可能小但又必須達(dá)到要求?？蛇x擇大功率帶寬，單位增益穩(wěn)定，高輸出電流的運(yùn)放功率帶寬，單位增益穩(wěn)定，高輸出電流的運(yùn)放OPA2694OPA2694。四、其他設(shè)計(jì)舉例四、其他設(shè)計(jì)舉例可控電壓增益電路可控電壓增益電路 方案一：以高增益精度的壓控方案一：以高增益精度的壓控VGAVGA芯片芯片AD603AD603作為核心作為核

30、心放大器，但頻率再高時(shí)，效果很不理想，并且在級(jí)聯(lián)時(shí)，放大器，但頻率再高時(shí)，效果很不理想，并且在級(jí)聯(lián)時(shí)，很容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。很容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。 方案二：采用寬帶可變?cè)鲆娣桨付翰捎脤拵Э勺冊(cè)鲆鍲ETFET放大電路，其缺點(diǎn)是放大電路，其缺點(diǎn)是增益步進(jìn)控制難以實(shí)現(xiàn)，高頻時(shí)頻率的穩(wěn)定性不好，在增益步進(jìn)控制難以實(shí)現(xiàn)，高頻時(shí)頻率的穩(wěn)定性不好，在20KHz5MHz20KHz5MHz頻帶內(nèi)增益起伏較大，不能滿足設(shè)計(jì)要求。頻帶內(nèi)增益起伏較大，不能滿足設(shè)計(jì)要求。 方案三：選用方案三：選用AD8321AD8321和和ATmega48ATmega48為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行處為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。由于理。由于AD8321A

31、D8321輸出電壓具有足夠高的幅度以滿足輸出電壓具有足夠高的幅度以滿足Vo1VVo1V的要求，所以無(wú)需增加功率放大部分。的要求，所以無(wú)需增加功率放大部分。其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例某作品的系統(tǒng)整體框圖某作品的系統(tǒng)整體框圖 其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例寬帶放大器設(shè)計(jì)寬帶放大器設(shè)計(jì) AD8321 AD8321為高頻段放大器，含為高頻段放大器，含SPISPI總線接口，其帶寬總線接口，其帶寬235MHz235MHz，增益可調(diào)，其最大增益為，增益可調(diào)，其最大增益為24dB24dB。為滿足題目。為滿足題目60dB60dB的要求，系統(tǒng)采取三級(jí)級(jí)聯(lián)的措施。理論上的要求，系統(tǒng)采取三級(jí)級(jí)聯(lián)的措施。理論上Gain=24+

32、24+24=72dBGain=24+24+24=72dB。因此可以實(shí)現(xiàn)題目中對(duì)增益的要。因此可以實(shí)現(xiàn)題目中對(duì)增益的要求。系統(tǒng)由單片機(jī)通過(guò)求。系統(tǒng)由單片機(jī)通過(guò)SPISPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)控制其增益?？偩€發(fā)送數(shù)據(jù)控制其增益。其他設(shè)計(jì)舉例其他設(shè)計(jì)舉例2.2.通頻帶內(nèi)增益起伏控制通頻帶內(nèi)增益起伏控制 在通常的寬帶放大電路中，要想使頻帶內(nèi)增益起伏在通常的寬帶放大電路中，要想使頻帶內(nèi)增益起伏1db 1db 是比較困難的，在本電路中就巧妙的利用芯片本身特性，和是比較困難的，在本電路中就巧妙的利用芯片本身特性，和外圍器件的共同作用，先將信號(hào)輸入后進(jìn)行相應(yīng)的放大和補(bǔ)外圍器件的共同作用，先將信號(hào)輸入后進(jìn)行相應(yīng)的放大和

33、補(bǔ)償，即利用第一級(jí)輸出后的電感、電容、電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，償，即利用第一級(jí)輸出后的電感、電容、電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，再經(jīng)第二、三級(jí)后面的電阻網(wǎng)絡(luò)（即每一級(jí)輸出后面的電阻再經(jīng)第二、三級(jí)后面的電阻網(wǎng)絡(luò)（即每一級(jí)輸出后面的電阻網(wǎng)絡(luò)），將整體相應(yīng)的拉低，從而實(shí)現(xiàn)了頻帶內(nèi)增益起伏網(wǎng)絡(luò)），將整體相應(yīng)的拉低，從而實(shí)現(xiàn)了頻帶內(nèi)增益起伏1db1V。8.均衡器均衡器在系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)的衰減量與信號(hào)頻率的平方根成正比，即衰減隨著信號(hào)在系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)的衰減量與信號(hào)頻率的平方根成正比，即衰減隨著信號(hào)頻率的升高而增加，均衡器則是對(duì)同軸電纜的衰減特性進(jìn)行頻率補(bǔ)償，也就頻率的升高而增加，均衡器則是對(duì)同軸電纜的衰減特性進(jìn)行頻率補(bǔ)償

34、，也就是說(shuō)均衡器是一個(gè)與頻率特性相反的衰減器，對(duì)較低頻率的信號(hào)衰減較大，是說(shuō)均衡器是一個(gè)與頻率特性相反的衰減器，對(duì)較低頻率的信號(hào)衰減較大，而對(duì)較高頻率的信號(hào)衰減較小。而對(duì)較高頻率的信號(hào)衰減較小。均衡器通常是由電感、電容和電阻組成的均衡器通常是由電感、電容和電阻組成的T型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它的原理圖見(jiàn)下圖。型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它的原理圖見(jiàn)下圖。另一個(gè)作品方案設(shè)計(jì)舉例另一個(gè)作品方案設(shè)計(jì)舉例優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品優(yōu)秀作品電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的特點(diǎn)是最終將作品實(shí)際做出來(lái)，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的特點(diǎn)是最終將作品實(shí)際做出來(lái)，并需要能運(yùn)行、演示。因此競(jìng)賽對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)是并需要能運(yùn)行、演示。因此競(jìng)賽對(duì)學(xué)生的培

35、養(yǎng)是多方面的，不僅可有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力多方面的，不僅可有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力；還能將理論分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，和創(chuàng)新能力；還能將理論分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生把之前學(xué)習(xí)的知識(shí)串起來(lái)，形成系統(tǒng)的引導(dǎo)學(xué)生把之前學(xué)習(xí)的知識(shí)串起來(lái)，形成系統(tǒng)的概念。概念。 幾點(diǎn)體會(huì)與建議 對(duì)于放大器類競(jìng)賽題目，競(jìng)賽是綜合能力的對(duì)于放大器類競(jìng)賽題目，競(jìng)賽是綜合能力的比拼，偶然性小，且不大可能通過(guò)短期突擊獲得比拼，偶然性小，且不大可能通過(guò)短期突擊獲得好的成績(jī)。需要參賽隊(duì)：好的成績(jī)。需要參賽隊(duì)：1. 學(xué)習(xí)好相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程；學(xué)習(xí)好相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程；2. 認(rèn)真做好基本技能的訓(xùn)練；認(rèn)真做好基本技能的訓(xùn)練；3. 關(guān)注新技術(shù)、新器件。關(guān)注新技術(shù)、新器件。4. 實(shí)際動(dòng)手制作作品，并做好技術(shù)積累。實(shí)際動(dòng)手制作作品，并做好技術(shù)積累。幾點(diǎn)體會(huì)與建議 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽經(jīng)過(guò)了近全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽經(jīng)過(guò)了近2020年的年的積累與沉淀，為在校學(xué)生搭建了開(kāi)拓視野、促進(jìn)積累與沉淀，為在校學(xué)生搭建了開(kāi)拓視野、促進(jìn)理論和實(shí)踐的結(jié)合的平臺(tái)，也為電子信息產(chǎn)業(yè)搭理論和實(shí)踐的結(jié)合的平臺(tái)，也為電子信息產(chǎn)業(yè)搭建了人才儲(chǔ)備的平臺(tái)并成為目前最受大學(xué)生歡迎、建了人才儲(chǔ)備的平臺(tái)并成為目前最受大學(xué)生歡迎、最受政府重視、最受社會(huì)與企業(yè)認(rèn)可的學(xué)生科技最受政府重視、最