电压控制增益可变放大器.doc

电压控制增益可变放大器（VGA）设计

摘要

本设计以VCA822芯片为核心，加以其它辅助电路实现对宽带电压放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制。放大器的电压放大倍数从0.1倍到10倍变更，通过电压跟随器确保输入阻抗＞1012Ω。选用高增益带宽积的运放保证放大器的带宽大于15MHz。
关键词：宽带直流放大器；控制电压；电压变换；VCA822；

ABSTRACT

ThisexperimentisdesignedwithVCA822chipasthecore,withotherauxiliarycircuittorealizethevoltagegainofthebroadbandvoltagemagnification,aswellastheaccuratecontroloftheoutputvoltage.Amplifiervoltagemagnificationchangesfrom0.1timesto0.1timesthroughthevoltagefollowertoensurethattheinputimpedance>1012Ω.Atthesametime,theselectionofhighgainbandwidthproductoftheop-ampistoensurethebandwidthoftheamplifiergreaterthan15MHZ.

目录
系统方案比较与设计
理论分析与计算
单元电路设计与计算
3.1一级同相放大电路
3.2二级可控放大电路
3.3三级同相放大电路
3.4四级反向放大电路
3.5甲乙类功率放大电路
系统测试
结论
参考文献

系统方案比较与设计
本设计采用手动调节的方法对宽带直流放大器的电压放大倍数进行控制。由于要实现对该宽带直流放大器的电压增益可调的目的，经过分析，电压增益可控制部分的设计得到如下的三种方案。
方案一：利用场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管的分压的这个原理。控制场效应管可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移都会引起分压比的变化。用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，此时D/A为一个程控衰减器，因此要求D/A的速度够快、精度够高，故难以实现。而且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：直接选取可调增益的芯片实现，如VCA822。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可调电阻分压得来。此外VCA822能提供由直流到130MHz以上的工作带宽，可得到40dB以上的电压增益，通过后级放大器放大输出。这种方法的优点是电路集成度高、控制方便。综合以上考虑，所以选择方案三。整体方案框图如图1所示。

图1系统整体方案框图

理论分析与计算
因VCA822增益带宽积为150MHz，故采用四级放大电路使系统带宽不低于15MHz。
各级放大电路增益分配如下：第一级用AD818构成同相放大器以满足题目对输入阻抗的要求，放大倍数设计为两倍，第二级VCA822放大倍数0.1-10倍可调；二级OPA699因其增益带宽积较高，可以承担较大的放大倍数，故设计放大20倍；三级AD811设计放大8倍以满足题目要求的放大倍数。
各级同相放大器之间加接51Ω电阻进行阻抗匹配，防止自激振荡。
由于各级之间阻抗匹配电阻的分压影响，系统整体放大倍数为8-800倍（18-58dB）可调，基本满足题目要求。
单元电路设计与计算
3.1一级放大电路
一级放大电路由AD818构成同相放大器。同相放大电路的输入阻抗比反向放大器大得多，可以满足题目对输入阻抗的要求。AD818的130MHz增益带宽积满足题目对带宽的要求。
电路原理图如图1。同相放大器的放大倍数计算公式为，两电阻均取1kΩ，实现设计的2倍放大。

图1一级放大电路原理图
3.2二级放大电路
使用VCA822构成的增益控制放大器电路，它的一种典型应用电路如图2所示。VCA822是宽带、电压控制增益可变放大器，最高频率达150MHz，工作电压±5V。VG是控制电压的输入端，其控制电压范围为-1～+1V。电压放大倍数表达式为：,在该电路中设计RF与RG，并通过调节电位器的阻值，来改变VG分得的电压，从而调整该电压放大器的电压放大倍数。实际电路如图3所示。选取RF=1k，RG=200Ω，从而使得最大放大倍数达到10倍。

图2VCA822的一种典型应用电路

图3二级放大电路原理图
3.3三级放大电路
采用OPA699运放构成同相放大电路。
电路原理如图4所示。R15和R16呈20倍关系，满足