电子设计竞赛论文--增益可控射频放大器.doc

IIII2015年全国大学生电子设计竞赛增益可控射频放大器（D题）2015年8月12日摘要随着信息化时代的到来，对于高频宽带放大器的要求越来越高。本设计采用stm32103ZET6为控制核心，OPA847为前级放大器，可控增益放大器VCA821为中间放大器，后级主要为THS3091构成的放大电路，三者级联实现了宽带可控增益的射频放大器，OPA847对前级输入信号进行程控放大，后级THS3091射随输出以达到功率要求，并且进行了阻抗变换。单片机和按键，显示模块实现数控增益，人机界面好。为降低纹波干扰，提高信噪比，设计了高精度低纹波线性电源给放大电路和单片机供电。整个系统稳定性强，干扰能力强。本系统制作简单，经测试能达到题目要求。关键词：高频宽带放大器、单片机、stm32103ZET6、OP847、THS3091、VCA821目录1系统方案11.1可控增益方案的论证与选择11.2电源系统的论证与选择11.3控制系统的论证与选择12系统理论分析与计算22.1可控增益放大倍数的分析22.1.1VCA82422.2固定增益放大倍数的计算22.2.1OPA84723电路与程序设计33.1电路的设计33.1.1系统总体框图33.1.2前级放大子系统框图与电路原理图43.1.3可控增益子系统框图与电路原理图53.1.4后级放大子系统框图与电路原理图53.1.5控制系统框图与电路原理图63.1.6电源73.2程序的设计73.2.1程序功能描述与设计思路73.2.2程序流程图84测试方案与测试结果84.1测试方案84.2测试条件与仪器84.3测试结果及分析94.3.1测试结果(数据)94.3.2测试分析与结论95总结心得96参考文献9附录1：电路原理图10附录2：源程序12617射频宽带放大器（D题）【本科组】1系统方案本系统主要由可控增益模块、电源模块、单片机模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1可控增益部分的论证与选择方案一：由晶体管和运算放大器实现，为了满足增益大于40db要求，可以采用多级放大电路实现。此方案需要大量采用分立元件，系统设计复杂，调试困难，尤其是增益的定量调节很难。此外，犹豫采用分立元件以及多级放大，稳定性差，容易自激震荡。方案二：使用多级运算放大器+电位器实现。选择高带宽高增益的运算放大器如VCA824,AD820等级联使用，再通过电位器手动调节其增益，实现可控增益。方案优点在于可选器件较多，带宽，放大倍数容易满足，缺点是无法实现程控，而且由于电位器引入的噪声非常容易自激，稳定性较差。方案三：采用前后级固定增益，中间两级程控增益的方式。前级对小信号做初步处理放大，并进行阻抗变换，中间两级用工作带宽大于130M的程控放大器VCA821进行放大或者衰减，后级再用一级固定做增益，最后再接一级射随放大，实现阻抗变换，提高了带载能力。此方案中，每一级的增益都不大，保证了工作带宽，系统稳定性好，但是程控增益不好调节。综合以上三种方案，选择方案三。1.2电源模块的论证与选择方案：为了满足小信号放大，使输出波形不失真，该电源对纹波要求较高，并且为了给放大器供正负电压，我们采用LM317和LM337芯片降压到正负12伏，然后通过LT1117系列降压到正负5伏，此方案能很好的满足我们对电源低纹波的要求。跟其它常用稳压电源的不同显而易见，优势正是在此，所以我们选择此方案。1.3控制系统的论证与选择方案：本题只需要提供一个控制信号给程控放大器，对运算要求不高，我们使用了成熟的stm32103ZET6这款单片机，来提供控制和显示。2系统理论分析与计算2.1VCA824可控增益放大的分析2.1.1VCA821增益放大计算用VCA821做的增益放大器，我们采用它的典型电路，根据它的计算公式来控制增益，以下为它的相关资料。2.2OPA847固定放大增益分析2.2.1为了符合题目要求的宽带，我们采用OPA847来做固定增益模块。根据它的标准电路来搭建符合我们要求的电路，使它放大相应的倍数。3电路与程序设计3.1电路的设计3.1.1系统总体框图系统总体框图如图所示，信号输入后级放大前级放大程控放大信号输出DA转换单片机显示按键输入信号通过前级固定增益放大，将信号放大两倍送给程控增益级，单片机经过计算，通过DA提供控制电压，控制VCA824的增益，使得系统放大倍数可控。后级先经过THS3201固定十倍增益，再跟随输出，提高输出功率，又达到了阻抗匹配的目的。同时，由单片机控制液晶，显示出放大的倍数。系统总体框图3.1.2前级子系统电路原理图1、前级子系统电路前级由OPA847搭成同向放大器，放大倍数两倍，目的在于进行阻抗匹配，提高信噪比。OPA847是一款的电压反馈型放大器，增益带宽积是3.9GHZ，体统增益稳定，用5V电源供电，能够很好的实现降噪并拓宽