一種增益可控的射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)

1、    一種增益可控的射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)    胡雄風(fēng)摘要：射頻寬帶放大器是各類電子儀器與儀表里很常用、很重要的一個(gè)單元電路。為此，論述了一款增益可控的射頻寬帶放大器的設(shè)計(jì)選型的過程，給出了參數(shù)的計(jì)算過程和選型是要考慮的技術(shù)指標(biāo)和功能。因此結(jié)論對(duì)模擬放大電路的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：射頻；寬帶放大器；參數(shù)計(jì)算；選型要求：tb：adoi：10.19311/ki.16723198.2017.09.0881理論計(jì)算1.1設(shè)計(jì)要求根據(jù)用戶對(duì)高頻、大信號(hào)的放大要求，課題研究小組進(jìn)過分析和研究，得出下列的具體設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）被設(shè)計(jì)的放大器的電壓增益av52d

2、b，增益可控52db，輸入信號(hào)電壓的有效值vi5mv，其輸入阻抗、輸出阻抗均為50歐姆，負(fù)載電阻50歐姆，且輸出電壓有效值vo2v，波形無(wú)明顯失真；（2）在50mhz160mhz頻率范圍內(nèi)增益波動(dòng)不大于2db；（3）-3db的通頻帶不窄于40mhz200mhz，即fl40mhz和fh200mhz；（4）電壓增益av52db，當(dāng)輸入信號(hào)頻率f20mhz或輸入信號(hào)頻率f270mhz時(shí)，實(shí)測(cè)電壓增益av均不大于20db；（5）放大器采用+12v單電源供電，所需其它電源電壓自行轉(zhuǎn)換。通過對(duì)上述設(shè)計(jì)要求的分析可知，此課題對(duì)寬帶放大器的參數(shù)選型提出了很高的要求，諸如：壓擺率、增益帶寬積、最大輸出功率、高頻

3、高輸出擺幅等都要進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算。只有做到科學(xué)計(jì)算，才能為正確的集成放大器選型打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)保障。1.2放大器的參數(shù)計(jì)算（1）最小增益需要達(dá)到52db（400倍），帶寬200mhz，系統(tǒng)增益帶寬積高達(dá)8*109mhz（*此處應(yīng)注意多級(jí)放大和增益分配*）；（2）輸入電壓有效值最大5mv，需要做小信號(hào)低噪聲放大；（3）輸出電壓有效值最小2v，所需功率放大器壓擺率（sr）最小為sr=2×pi×f×vpk=2；負(fù)載電阻50歐，所以輸出功率為0.08瓦；此參數(shù)用于對(duì)功率放大器的選型設(shè)計(jì)；（4）帶限濾波器在輸入信號(hào)頻率小于20mhz和大于270mhz的時(shí)候，

4、最小衰減度應(yīng)該大于32db，同時(shí)應(yīng)該保證50mhz160mhz的帶內(nèi)波動(dòng)小于2db。本參數(shù)用于指導(dǎo)對(duì)濾波器的選型設(shè)計(jì)。2放大器的總體設(shè)計(jì)此課題的硬件電路主要由下圖所示的幾個(gè)部分組成：固定增益放大器、可調(diào)增益放大器、帶通濾波器和功率放大電路等組成。其中，固定增益放大器的作用是實(shí)現(xiàn)高頻小信號(hào)的低噪聲放大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該均衡最大增益和最小噪聲系數(shù)；可調(diào)增益放大器的作用是實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意單元模塊的增益可調(diào)范圍，輸入輸出范圍，增益控制的線性度以及增益帶寬積。帶通濾波器的作用是起到限制帶寬和實(shí)現(xiàn)指定頻率范圍衰減度的作用（提高信號(hào)放大的質(zhì)量）；功率放大器的作用是功率放大，輸出信號(hào)幅度大，需要很高

5、的壓擺率和50歐驅(qū)動(dòng)能力。2.1射頻放大器的選型對(duì)于射頻放大器的選型，一定要選集成運(yùn)算放大器，原因有以下幾點(diǎn)：（1）集成運(yùn)放的靜態(tài)工作點(diǎn)不受增益和調(diào)諧作用的影響；（2）集成運(yùn)放不需要考慮電感元件的耦合作用；（3）集成運(yùn)放幾乎沒有漂移的問題存在，它的增益取決于內(nèi)部穩(wěn)定的無(wú)源器件。2.2放大器反饋類型的選擇運(yùn)算放大器的分為電流反饋型和電壓反饋型兩種。電壓反饋型的特點(diǎn)是：由于內(nèi)部有一個(gè)頻率補(bǔ)償電容，對(duì)增益和帶寬有明顯的限制；電流反饋型的特點(diǎn)是：在理論上對(duì)增益和帶寬沒有限制，但是實(shí)際上內(nèi)部的寄生電容電感會(huì)限制帶寬，穩(wěn)定性僅由反饋電阻值決定。由于電流負(fù)反饋在射頻放大電路里具有高增益帶寬積和高轉(zhuǎn)換速率的特

6、點(diǎn)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)選用ti公司的一款電流負(fù)反饋型的集成芯片：ths3021。這款芯片具有以下特點(diǎn)，能夠很好的滿足對(duì)課題設(shè)計(jì)的要求。圖2中，標(biāo)為灰顏色的參數(shù)是設(shè)計(jì)時(shí)需要主要考慮的參數(shù)指標(biāo)。2.3可控增益放大器的選型我們選用ad8367這一款芯片作為可控增益放大電路的主芯片，它的特點(diǎn)如圖3所示。這款芯片的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）線性度在高頻時(shí)依然很好；（2）控制電壓范圍較寬；（3）增益的精確度和穩(wěn)定度高。另外需要注意的是在搭建其外圍電路時(shí)，需要注意的是：增益可控范圍，-3db帶寬，輸入輸出電阻等，這些都是設(shè)計(jì)要求所必須要達(dá)到的指標(biāo)。2.4濾波器的選型濾波器的選型也是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)其類型的

7、選擇。在此，我們選擇橢圓形濾波器芯片，究其原因有如下幾點(diǎn)。（1）橢圓濾波器相比其他類型的濾波器，在階數(shù)相同的條件下有著最小的通帶和阻帶波動(dòng)；（2）橢圓濾波器相比其他類型的濾波器，在階數(shù)相同的條件下，能獲得更窄的過渡帶寬；（3）對(duì)于同樣的性能要求，橢圓濾波器所需用的階數(shù)最低，外圍電路搭建更加簡(jiǎn)單；（4）高低通濾波器可以直接級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)帶通濾波的作用。2.5功率放大器的選型功率放大器的選型是本課題設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)榇穗娐穼?duì)它的性能要求很高。比如：（1）高壓擺率；（2）具有高頻高輸出擺幅；（3）高增益帶寬積；（4）必須是單電源供電。綜合以上技術(shù)要求，我們選擇了一款micro devices公司的芯片r

8、f2317，它的技術(shù)特點(diǎn)如下圖所示。它具有超高的工作帶寬：03ghz，輸入輸出有內(nèi)部匹配的小信號(hào)增益15db（固定），且是單電源供電，因此完全能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。3設(shè)計(jì)結(jié)論本文主要是對(duì)理論計(jì)算及芯片選型做出了具體的分析和研究，這是對(duì)完成整個(gè)電路的設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它在很大程度上決定著設(shè)計(jì)的成敗。事實(shí)證明，一個(gè)科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)選型和參數(shù)分析、計(jì)算，是保障一款電路得以成功設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基本的、必要的條件。本文限于篇幅，不再給出具體的單元設(shè)計(jì)電路。當(dāng)然，單元電路的設(shè)計(jì)不是一層不變的，但是大致都是一樣的，在此還請(qǐng)廣大讀者在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，并希望能夠設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀、更有效、更加實(shí)用的射頻放大電路。參考文獻(xiàn)1郭天祥.常用電子元器件選型實(shí)用手冊(cè)m.北京：電