增益可控的射頻放大器設(shè)計(jì)

王蓉暉，劉 鋼

(1.吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118；2.空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部，吉林長(zhǎng)春 130022)

增益可控的射頻放大器設(shè)計(jì)

王蓉暉1，劉 鋼2

(1.吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118；2.空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部，吉林長(zhǎng)春 130022)

本設(shè)計(jì)采用增益可控的集成運(yùn)放AD8367和固定增益集成運(yùn)放H580兩級(jí)電路實(shí)現(xiàn)，寬帶放大器以AD8367為核心，完成壓控增益放大系統(tǒng)的增益調(diào)整、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)4dB的控制調(diào)節(jié)。該硬件電路增益可調(diào)，步進(jìn)間隔小，且具有形式簡(jiǎn)單、頻帶寬、增益高、AGC動(dòng)態(tài)范圍廣等特點(diǎn)。

放大電路；增益可控；頻帶寬度

1 概述

本系統(tǒng)主要的電路由可控增益和固定增益模塊組成。增益可控模塊由運(yùn)放AD8367作為核心器件，AD8467是高性能的45dB可變?cè)鲆娣糯笃鳎哂?00M的增益帶寬積，它由線性增益控制，工作范圍從低頻到幾百兆的高頻。采用AD公司最新的X-AMP的結(jié)構(gòu)，增益響應(yīng)的范圍，平滑度和準(zhǔn)確度都非常理想。固定增益模塊的核心器件是H580，根據(jù)它的標(biāo)準(zhǔn)電路來(lái)搭建符合要求的電路，使它放大相應(yīng)的倍數(shù)。

2 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。為了實(shí)現(xiàn)通頻帶寬、增益可調(diào)的設(shè)計(jì)要求，采用寬帶運(yùn)放、可變?cè)鲆娣糯箅娐?。為了克服高頻電路的自激振蕩，采用一定的抗干擾措施。電路由直流穩(wěn)壓電源給放大電路提供電源電壓，保證電路有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。信號(hào)發(fā)生器采用任意波形發(fā)生器Agilent E4432B，用示波器觀察輸出電壓波形。

圖1 增益可控射頻寬帶放大器系統(tǒng)總體框圖

3 理論分析與計(jì)算

本設(shè)計(jì)采用16選1數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)控制電阻分壓網(wǎng)絡(luò)衰減調(diào)節(jié)增益進(jìn)行電壓控制增益，利用歐姆定律電阻分壓的電路將信號(hào)進(jìn)行分壓。設(shè)置增益調(diào)節(jié)控制電路輸出電壓范圍為0.1～1V；每級(jí)增益為4dB。

AD8367具有45dB增益可調(diào)，3dB帶寬達(dá)到500MHz，片上集成有律方根檢波器，可實(shí)現(xiàn)有可控制線性增益的高性能4db可變?cè)鲆娣糯笃鳎⒃谌我獾皖l到500MHz的頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。通過(guò)控制MODE引腳外接地端，選擇GAIN DOWN工作模式，即增益隨電壓遞減，滿足公式

Gain(dB)=45-50*Vgain.

4 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

4.1 AD8367電路原理圖

根據(jù)芯片資料，AD8367基本連接壓控增益模式如圖2所示。

圖2 AD8367基本連接壓控增益圖

4.2 H580電路原理圖

以H580為主要芯片做固定增益模塊，搭建符合要求的電路，使它放大相應(yīng)的倍數(shù)，如圖3所示。

圖3 H580模塊電路原理圖

5 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

5.1 測(cè)試條件與儀器

測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無(wú)誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。

測(cè)試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表、模擬示波器、數(shù)字示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、指針式萬(wàn)用表。

5.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))

5.3 測(cè)試分析與結(jié)論

根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：

(1)放大器的電壓增益AV≥40dB，輸入電壓有效值Vi≤20mV，其輸入阻抗、輸出阻抗均為50Ω，負(fù)載電阻為50Ω，且輸出電壓有效值Vo≥2V，波形無(wú)明顯失真；(2)在75～108MHz頻率范圍內(nèi)增益波動(dòng)不大于2dB；(3)-3dB的通頻帶不窄于60～130MHz，即fL≤60MHz、fH≥130MHz；(4)實(shí)現(xiàn)AV增益步進(jìn)控制，增益控制范圍為12～40dB，增益控制步長(zhǎng)為4dB，增益絕對(duì)誤差不大于2dB，并能顯示設(shè)定的增益值。

6 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的寬帶放大器以AD8367為核心，完成壓控增益放大系統(tǒng)的增益調(diào)整，同時(shí)通過(guò)增加射極輸出器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、外加硬件電路實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，外加保護(hù)措施有效地抑制了高頻信號(hào)的噪聲和自激振蕩。

[1]高吉祥,黃智偉,陳和.高頻電子線路[M].北京:電子工業(yè)出版社.

[2]黃智偉.無(wú)線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[3]黃智偉.電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[4]黃智偉.射頻集成電路原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

The Design of RF Amplifier with Gain be Controlled

WANG Rong-hui1，LIU Gang2

(1.School of Eletrical Engineering and Computer,Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin 130118, China；2.Basic Department, Aviation University of Air Force, Changchun Jilin 130022, China)

This design is realized with two-stage circuit implementation that are controllable gain amplifier AD8367 and fixed gain Op-Amp integrated H580 .The corebroadband is amplifier of AD8367, it can complete the voltage controlled of gain amplifier system, the gain adjustment, the MCU control of step 4dB regulation. The hardware circuit can be adjusted, the step is small, and has the advantages of simple form, wide bandwidth, high gain and wide AGC range.

amplifying circuit; gain control; bandwidth

2015-09-01

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局項(xiàng)目(2012-126)。

王蓉暉(1972- )，女，吉林長(zhǎng)春人，吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，碩士研究生，從事智能建筑中的節(jié)能控制研究。

TN722

A

2095-7602(2015)12-0018-03