1、 射频宽带放大器（射频宽带放大器（D 题）题） 摘摘 要要 本作品选用低噪声放大电路，滤波电路，压控增益放大电路，功率放大电路等电路 模块来完成放大器的各项指标。 低噪声放大电路用于放大输入的微弱信号同时减少等效 输入噪声。滤波电路分为截止频率不大于 300KHz 的高通滤波电路和截止频率不小于 100MHz 的低通滤波电路，保证输入信号的带宽至少在 0.3MHz100MHz 范围内。压 控增益放大电路选用 VCA821 可控增益放大器为主控芯片， 通过程控电压来调节电路的 放大倍数。在后级增加功率放大电路或者跟随器，增强电路带负载能力，继而使得输出 阻抗满足要求。整体电路要求在 0.3MHz
2、100MHz频带内，电压增益不小于 60dB，输 出信号波形无明显失真。经测试电路，放大器的基础部分可达到指标，误差均在可控范 围内。通过小信号继电器选择通道实现不同的放大倍数，最终电压增益能达到 60dB， 且能实现在 060dB 范围内可调。 关键词：关键词：低噪声放大；滤波；程控放大；VCA821 1 1 1 方案设计与论证方案设计与论证 1.1 总体方案描述总体方案描述 射频宽带放大器要求输入信号的电压有效值 Ui不大于 1mV，属于极微弱信号，因 此在电路中检测时需要对信号进行低噪声放大。由于题目要求放大器的带宽在 0.3MHz100MHz，滤波电路是整体电路中不可缺少的一部分。电压
3、增益可调采用压控 增益放大器，通过 MSP430F149 单片机控制电压变化，根据 VCA821 压控增益放大器 的放大倍数（dB）与控制电压呈线性变化这一特性，在外部设定不同的参考电压同时 配合各级放大电路可以实现 060dB 范围内可调电压增益。由题目可知，其主旨是在 设定好的频带范围内改变输入信号的频率， 设计出在不同频率下， 电压增益不小于 60dB 的放大电路，在放大电路的基础上继续扩展功能。 方案一： 对输入的小信号先滤波后进行放大， 在后级的放大电路中可能会掺入杂波， 影响输出结果。 方案二：对输入信号先进行低噪声放大后滤波，然后把单端信号转为差分信号，用 于抑制共模噪声，再经过
4、压控可调放大，最后用继电器选择不同的放大。 经论证，为了使得整体电路的误差降到最小，选择方案二。 系统框图如图 1-1 所示。 输入信号低噪声放大电路滤波电路 单端转差分0dB放 大 VCA821压控增益放 大电路 不同放大倍数选择 不同通道 功率放大电路输出信号 图图 1-1 系统框图系统框图 1.2 放大电路放大电路 本题要求输入信号有效值 Ui1mV，属于极微弱信号，为便于后级电路的检测同时 减小等效输入噪声，需对输入信号进行低噪声放大。 方案一：采用分立元件（如三极管）进行放大电路的设计，此方案元器件成本低， 但是在实际电路中，焊接比较复杂，测试也复杂，不便于整体电路检测，但是这是放大
5、 电路的基础，在设计比较简单的放大电路是可以考虑此方案的。 方案二：采用低功耗、电压反馈型集成运算放大器 THS4021 为放大电路的主控芯 2 片用来放大输入端口的极微弱信号，THS4021 芯片的最大带宽可达到 350MHz，完全可 以满足题目 100MHz的带宽要求，而且使用集成芯片设计放大电路比较简单，遇到问题 后方便检查，并且可以减小电路的误差。 经论证，为便于后级电路的测试，选用集成芯片 THS4021 来设计低噪声放大电路， 即选择方案二。 1.3 滤波电路滤波电路 放大器要求输入信号的频率至少在 0.3MHz100MHz 范围内，即放大电路的带宽 下限截止频率 fl0.3MHz
6、，上限截止频率 fh100MHz，需要设计截止频率为 300KHz的 高通滤波电路和截止频率为 100MHz的低通滤波电路。在本电路中，设计低通滤波电路 保证带宽至少在 100MHz内。 方案一：设计有源滤波器。有源滤波电路由无源元件和有源器件构成，其优点是在 通频带内信号不仅能量损耗少，还可以放大信号，负载效应不明显，多级级联时相互影 响较小，并且滤波器体积小，不需要磁屏蔽；缺点是通带范围受有源器件的带宽限制， 需要直流电源供电，可靠性不好，在高频、高压、大功率的场合不适用。然而，题目明 确要求输入信号为高频信号，故此方案不可用。 方案二：设计无源滤波器。无源滤波电路仅由无源器件（R、L、C）组成，这类滤 波器的优点在于不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是通带内的信号有能量损耗，负 载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感 L 较大时，滤波器的体积 和重量都比较大，不适合在低频域使用，在高频域使用比较合理。 题目是射频宽带放大器，即输入信号为高频信号，相比较与方案一，方案二适合本 作品的电路设计，故选择方案二。 1.4 压控增益放大
