宽带直流放大器的设计

0. 引言

随着电子技术和集成电路技术的迅速发展，宽带放大器在电子、通信、自动控制、仪器仪表等领域，应用越来越广泛，与此同时对它的要求也越来越高。许多应用领域要求放大器具有较高的电压增益，较宽的通频带，较小的失真，增益可控，步进可调，操作简便，集成度高，功耗低，体积小，工作稳定。为此，设计了一种与时俱进的集成宽带放大器。

1. 系统方案比较与选择 1.1 方案比较与选择

方案一：由三极管等分立元件组成放大器

放大器由三极管等分立元件构成电路，实现宽带放大功能，为了满足增益60dB的要求，需采用多级放大电路，最后一级采用推挽功率放大。这种放大器的缺点是：分立元件太多，电路比较复杂，工作点难于调整，增益定量调节非常困难，电路稳定性差，容易产生自激振荡，零漂，波形失真等，即使增加很多控制电路也难以达到本题目的技术指标要求。

方案二：采用可编程放大器

将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。

方案三：采用可调增益集成运放

根据题目对放大电路增益可控的要求，选取可调增益集成运放实现。本设计选用AD603，其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，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，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。这种放大器的优点是：集成度高，分立器件很少，成本很低，用单片机控制操作方便，各项技术指标很高。

综上所述，我们选用方案三，采用AD603可调增益运放和宽带高保真精

品放大器AD827双运放，两级放大，完成题目的基本要求和发挥部分要求，并自由发挥增加了几个特色电路。

1.2 设计方案描述

1.2.1 宽带直流放大器原理方框图各模块功能简介

如图1所示，是宽带直流放大器原理方框图。

防止自激振荡电路输入信号Ui第一级放大AD603自动增益控制电路AGC放大器模块键盘凌阳单片机SPCE061ALCD显示第二级放大AD827抑制零漂电路保护电路输出信号Uo有源伺服稳压电源电源模块过流指示及保护电路 图1 宽带直流放大器原理方框图

1.2.2 各模块功能简介

宽带直流放大器包括：放大器模块、电源模块、凌阳单片机、显示模块和键盘模块。

（1）放大器模块

放大器模块主要完成放大功能，是本系统的主要功能模块，由三级放大器、自动增益控制电路（AGC）、保护电路、防止自激振荡电路、相位补偿电路、抑制零漂电路部分组成。第一级放大器采用可控增益放大器AD603，可实现题目要求的增益连续可调和5dB步进调节，第二级采用宽带放大器MAX442，两级级联完成题目基本要求部分的设计内容。第三级采用高保真精品功放集成块AD827，完成题目发挥部分的设计要求。

（2）电源模块

电源模块是给各部分电路提供电源，本系统需要±5V、±15V、±18V电源，分别用三端稳压器L7805、L7905、L7815、L7915、L7818、L7918设计。因为第三级是宽带、高增益功放，为了降低噪声电压和减小波形失真，所以本设计采用了有源伺服稳压电源，由NE5532高保真精品音效放大器等元件组成。

U1GND1T1J121CON2BRIDGE1220V/15V31INOUT3+C3+18V1000uF/16VC7104GND+C4D1+C1470uF/25V42+C2C5104L7818CP(3)2J2123CON3-18V470uF/25VC61042GNDU2INOUT31000uF/16VC8104L7918ACV(3)U1GNDGNDINOUTC9+2 C13104INOUTGND+18V13 V+151U33+C11+12V1 1U5INOUT3+C19+5VC23104GND+C20L7815CV(3)GND1L7812CV(3)2U2GNDGND-18V2INOUT3INOUT32 -12VGND470uF/25V C14C10+104470uF/25V2 -1 5VC15104L7805CV(3)1000uF/16V 2+C121000uF/16VJ5123CON3U4C16104111000uF/16VU6INOUT31000uF/16VC24104-5VL7915CV(3)L7912CV(3)L7905CV(3) 电源电路原理图

（3）数控模块：由凌阳单片机、键盘和LCD液晶显示器组成。本系统用凌阳16位单片机SPCE061A，完成对整个系统的控制和操作。SPCE061A具有2路D/A通道和7路A/D通道。键盘主要用于参数设置和功能控制。显示器用于显示步进值、电压增益及题目要求的各种显示功能。 1.2.3 系统工作过程

首先按功能按键，根据所测试内容，输入控制命令及设置参数，控制数据进入单片机，经过运算，单片机做出相应的反应。单片机的D/A部分与AD603相连，实现将CUP输送的预置数字大小转换成对应的控制电压实现增益可控，使其能够达到设计要求。增益控制电压输出到放大电路并调节放大电路，使放大电路产生相应的变化，改变放大增益；从而达到步进增益的控制。与此同时，LCD显示相应的数据及相关信息。