宽带直流放大器的设计与仿真【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 宽带直流放大器的设计与仿真 1.国内外的宽带直流放大器的研究现状和研究成果 现代 国内外的电子 设备、通讯设备和科研生产中常需要利用放大电路 会将传感器 输出的微弱信号或通信接收端接收到空中微弱的信号进行提取、放大。只有将信号放大到一定程度才能满足后级设备的要求，使分析结果正确。同时很多设备还要求具有一定输出功率，才能驱动后级设备或使通信的发射端将信号有效传输到接收端。然而面对多种多样的放大要求，现在的放大电路难以在频带、增益动态范围、功率等参数满足设计要求。为此，这里设计 一种 宽带直流放大器 ，该直流放大器的频率从 0 Hz 到 10 MHz，增益

2、调节范围为 0 75 dB，带宽可设置为 5 MHz 或 10 MHz 两种，后级功率放大电路可输出 20 V 的峰峰值。该系统成本低廉，精度高，满足一般生产科研实验要求，可应用于多种场合，具有推广性。 国内外对于宽带直流放大器 ，一般设计的是 以 VGA AD603 为放大器核心的宽带直流放大器，实现了对 0 10 MHz 正弦信号的 0 75 dB 放大，带宽可设置为 5 MHz 或 10 MHz 两种 特点 ，在 50 负载下最大输出电压峰峰值为 20 V。如果 采用 MSP430F449采用代替以单片 机 AI89C55WD和 FPGA构成的最小系统的控制可以增加性价比，同时可进一步减

3、小噪声。后级功率放大电路可采用 18 V 代替 15 V ，可进一步将信号的峰峰值提高到 28 V 以上，同时后级应采取一些保护措施 (如加风扇 )减小后级电路的温度，增强系统稳定性。该系统设计采用 PCB 制作，可增加抗干扰性，抑制自激，具有广泛的市场空间。 2.宽带直流放大器设计中遇到的问题和解决方案 宽带直流放大器的设计中，我们经常 会遇到系统产生零点漂移的问题， 所谓零点漂移，是指当放大器的输入端短路时，在输入端有不规律的、变化缓慢的 电压产生的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的变化对晶体管参数的影响以及 电源电压的波动等，在多数放大器中，前级的零点漂移影响最大，级数越多和放大倍数越

4、大，则零点漂移越严重。 那如何抑制零点漂移的问题呢？ 国内外许多系统选用器件中， VCA822 的直流特性最差，与其他器件的直流特性有数量级的差异。控制好 VCA822 的零点漂移是提高系统直流性能的关键。可通过输入和输出偏置调节将零漂控制在一定范围内 。 但实际测试过程 中发现， VCA822 增益设置不同时，零点漂移大小不同，数据如图 2.4.2 所示。故实际系统中采用 ADC 采集第二级 VCA822 的输出信号，并由 DAC 输出相应补偿电压调节1 VCA822 的输出偏置，实现放大器的自归零调节。 在多级直流放大电路中，当输入信号为零时，在输出端出现的偏离零点的变化缓慢的不规则的信号

5、的现象叫做零点漂移。克服多级直流放大器的 零点漂移最有效且最常用的措施是采用差动式放大电路。 如何在宽带直流放大器设计中，有效地控制通频带内增益起伏呢？一般系统中要求的系统增益起伏控制在不大于 1db 的范围内，根据带宽 增益积的原理，当频率变化时，增益也将发生起伏变化。为了实现 09MHZ 通频带内增益起伏不大于 1db，采用单片机A/D 与 D/A 构成反馈闭环控制电路。通过采用十位 A/D 芯片 TLC1549，对负载电压的实时采集，分析在经 10 位高精度 D/A 芯片 TLC5615 控制 AD603 压控脚从而达到增益起伏在 1db 以内。 而对于宽带直流放大器的稳定性控制，可以利

6、用中和法和适配法来提高放大器的稳定性。所谓的中和法就是通过在输入端和输出端引入中和电路来抵消晶体管内部的反馈作用。而所谓的适配法就是利用阻抗不匹配的原理，减少反馈信号对 输入电路的影响，使增益减少，提高稳定性。 3.放大器的发展现状和发展趋势 运算放大器历经数十年的发展 ,从早期的真空管演变为现在的集成电路 ,根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压 /低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品。一般而言 ,高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品 ;低电压 /低功耗运放主要面向手机、 PDA 等以电池供电的便携式电子产品 ;高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控

7、制系统等。通用运算放大器应用最广 ,几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电子系统都可采用通用运 放。信息家电、手机、 PDA、网络等新兴应用的兴起 ,为运算放大器提供了活跃的舞台 ,同时也对其提出新的技术要求。 未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一 ,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压 /电流的放大器增长 ;其二 ,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器 ;其三 ,由于性能和价格压力持续上扬 ,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力 ;DSL 和消费类视频应用是最大的市场 ,而且未来将继续此趋

8、势。其中 ,DSL 运放的增长点主要在于线路驱动 器。而整合了滤波、多路技术以及 DC 恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。从应用的角度讲 ,不同的系统对运放有不同要求 ,选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用 ,交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统 ,直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性2 方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等 ;而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。 4.总结 实际上，选择放大器在今天是一个相当复杂的事情。其部分原因在于，系统设计要求的多样性，以及电 路配置的多重性，不

9、同的放大器产品根据应用领域的不同需要在性能上进行折衷。进行放大器设计的工程师在不断推动技术发展，而在可预见的未来，这种趋势还将继续演进。目前， ADI 等制造公司，正在将新的工艺技术、新的封装技术，以及新的制造能力进行结合，制造今天许多挑战性应用所需的 “ 完美 ” 型放大器。每一种应用都是一个不同技术指标的组合体，所以其使用的放大器数量也将不断增加才能满足其要求。与原来的运算放大器相比，今天的产品扩展了带宽、降低了电源电压、减小了功耗电流、节省了 PCB 面积而且降低了成本。随着对信噪比 (SNR)要求的 增加，以及实际信号处理在家用电器和工业设备中得到越来越广泛的应用，这种趋势还将继续发展

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