(第4组)电压控制增益可变放大器设计(VGA)设计(DOC).doc

题目:电压控制增益可变放大器设计（VGA）设计216第四组摘要:基于压控增益放大器VCA822设计一个能够对频率大于15MHz幅值小于1V的信号进行调理的程控增益放大器。该放大器增益17~58dB可调具有自动增益控制的功能。放大器的输出端用宽带运放AD811和分立元件搭建的推挽电路加强该放大器的驱动负载的能力。关键词：宽带放大器；VCA822；自动增益控制；推挽电路Abstract:UsingFPGAascontrolcoreanewmethodofdesigningaprogrammablegainamplifierwhichcanhandlewiththesignalthathasthefrequencymorethen15MHzandtheamplitudelessthen1Vbyusingvolt-controllinggainamplifierVCA822ispresentedasfollowing.Theamplifiercanbemodulatedfrom10dBto58dBwiththefunctionofautomaticallycontrollinggain.Theoutputsideofthisamplifieradoptsthepush-pullcircuitconstructedbywidebandamplifierAD811anddiscretecomponentsandenforcesitsabilityofdrivingloads.Keywords:widebandamplifier;VCA822;controlofgain;push-pullcircuit目录1、系统方案比较与设计31.1总体方案论证31.2主放大器选择31.3中间放大级方案论证31.4末级功率放大器方案论证42、理论分析与计算52.1带宽增益积分析52.2输出电压幅值52.3放大器稳定性分析53、单元电路设计53.1前级缓冲电路53.2增益可调的中间放大级63.3末级功率放大74、系统测试73.1测试方法73.2测试步骤83.3所用仪器设备83.4数据记录85、结论86、参考文献87、附录81、系统方案比较与设计1.1总体方案论证分析VGA放大器设计要求的指标增益调节范围为17～58dB带宽大于等于15MH控制电压Vg=-1V～+1VRi>10MΩ；当接50Ω的负载要求Vop≥10V。针对上述特点我们将整个放大器分为三个模块：前置缓冲级增益可调的中间放大级末级功率放大级。系统整体框图如图1所示。其中难点是增益可调放大级和末级功率放大级下面对这两个部分的方案分别进行设计论证。图1、系统整体框图1.2主放大器选择方案一：采用分立元件设计。此方案元器件成本低但设计复杂度较大并且由于受到众多寄生元件的影响调试工程复杂且周期长频率高时更突出。方案二：采用高速宽带集成运放组成多级运放电路。应用多级运放可以得到很大的增益并且对单个运放的性能要求较低系统总增益等于各运放增益的和可以将信号放大和功率放大分开处理；带宽也比较好控制可以选择多种耦合方式充分的发挥出电路的性能；电路结构也比较简单性价比也比较高。方案选择：由于题目要求的增益带宽积很大性能要求比较高所以选择方案二采用多级运放电路。1.3中间放大级方案论证方案一：采用三极管构成多级放大电路若用分立元件构成58dB放大器则须采用三极管构成的多级放大器。此方案选材方便、成本较低。但是选择合适的三极管配对组合费时费力并且题目给出的指标较高三级管构成的多级放大器容易引起更多的干扰影响放大质量。此外晶体管构成的多级放大电路不易实现大范围的增益连续可调这是相比于集成运算放大器的又一大缺点。方案一：采用带宽增益积大的运算放大器制作多级放大电路。以OPA842和OP37为例利用OPA842带宽增益积大的特点使输入的小信号充分放大再用轨对轨运放TLV2462放大至有效值10V。这种方法采用电位器或者数字电位器连续调节放大倍数设计简洁但是要求-1～1V电压控制难以实现。方案三：采用集成宽带的可调增益放大器。题目要求-1～1V电压控制我们选择了宽带可控增益放大器VCA822最大工作频带宽度可达150MHz放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定可以很好的满足需求。并且VCA822采用电压控制放大能够方便的通过单片机配合DAC控制。比较上述三种方案：方案一调整增益不便方案二的难以实现题目要求的压控方案三能够很好的满足要求最终选择方案三。1.4末级功率放大器方案论证方案一：若采用分立元件使用大功率、高速三极管