增益可控射頻放大器的設計

大連海洋大學信息工程學院 張 妍 馬占軍

1.系統整體方案設計

增益可控射頻放大器的基本組成分為四個模塊：前置放大電路功能是對信號進行增益放大，使其滿足中間級放大的初始要求；增益控制電路是通過對輸出電壓的調控實現增益變化；功率放大電路是實現功率放大，提升帶負載能力；穩壓電源為三個模塊提供穩定直流電壓。

2.模塊電路設計及仿真[2][3]

仿真采用德州儀器的仿真軟件TI-Tina，輸入的正弦波電壓V=20mV，頻率f=1MHz。

2.1 前置放大電路

前置放大電路采用的是兩級OPA690組成的電壓反饋型運算放大器OPA2690以及其外圍電路。設定第一級的OPA690的增益僅為6dB，這樣不僅可以抑制共模信號，還能提高第一級電路的抗干擾能力。設定第二級的OPA690的增益為14dB，前置放大電路的總增益為20dB，雖然增益小，但是已經將噪聲以及其他干擾因素消除，還在一定基礎上增加了輸入阻抗。

由圖1所示可以看出，前置放大模塊實現了20dB的增益，但是Vo1有2.5mV左右的偏置電壓，Vo2有12mV左右的偏置電壓。

2.2 增益控制電路

增益控制模塊使用了高增益控制運算放大器VCA610，它的帶寬為25MHz，線性誤差只有0.2dB/V，增益控制范圍為-40dB～40dB，增益控制電壓，范圍為-2V～0V。由仿真知，當VC=-1.5V時，電路實現了預期的增益20dB，但是VCA610有較小的偏置電壓為4mV。

2.3 功率放大電路

功率放大電路的核心是運算放大器THS3001和四個高速緩沖器BUF634。由于THS3001是電流反饋型的，所以在同向輸入端接輸入信號；反向輸入端為了確保電流高效率的反饋，接反饋環路。因THS3001的輸出電流小，而電路中要求輸出大的電流和輸出電壓擺幅，所以用四個并聯的高速緩沖器BUF634實現擴流，提高整個電路的帶負載能力。

圖1 前置放大電路及仿真圖

圖2 增益控制電路及仿真圖

圖3 功率放大電路及仿真圖

由圖3可知，功放電路可以達到20dB的增益，但是在Vo1處有37.5mV左右的偏置電壓存在，但是在Vo2處，偏置電壓消失，說明將BUF置于閉環反饋內是非常有效的，可以消除偏置電壓。

2.4 穩壓電源電路

為了滿足對不同芯片的供電要求，將220V交流電轉化成18V和5V的直流電，來對射頻放大器中的不同模塊進行相對應的供電。

3.結語

隨著現代無線技術的飛速發展，射頻放大器在自控以及衛星通信局域網等領域應用的越來越廣泛。射頻放大器對模擬電路處理方面做了偏重研究，因此在得到了高帶寬的同時也很好的降低了電路中的噪聲。針對放大器的自激問題、偏置電壓問題、測試增益減少等問題，可以通過設置補償電阻，增加偏置電路對偏置電壓進行調節和更換性能更加優良的示波器和探頭等辦法解決和優化。

[1]郭小鳳等.一種增益可控射頻放大器的設計與實現[J].電子測試,2015(19)：19-22.

[2]張誠.電子系統設計——電路篇[M].北京：北京航空航天大學出版社,2014：229-237.

[3]甘國妹,梁榮才.增益可控射頻放大器設計方案的分析[J].玉林師范學院學報,2016(1)：37-41+48.