5942007
范文一：增益可控射频放大器
摘要：
本作品由德州仪器公司所生产的OPA847、VCA821、OPA2596、THS3201为主要器件，设计并制作了0~52dB全增益范围内-3dB通频带为60MHz-130MHz。放大器输入输出阻抗均为50欧姆。在输出端接50欧负载时，频带在50MHz-160MHz范围内，最大不失真有效值为2V，75-108MHz带内波动不大于2dB.实测结果表明，该作品成功实现题目要求的功能，多项指标优于题目要求。
关键字：OPA847；VCA821；程控步进增益；宽带放大
Abstract:
This radiofrequency broadband amplifier is designed based on Texas Instruments (TI) amplifiers OPA847,VCA821,OPA2596 and THS3201 which has a programmable gain over 0~52dB with a -3dB bandwidth of 60MHz to 130MHz, and a 3dB bandwidth of over 200MHz, having an input and output impendence designed to be 50 ohms. The maximum output voltage without distortion is 2Vrms with a 50 ohm load and within 1dB bandwidth. The maximum gain is over 52dB with an in-band gain error less than 2dB. Measurements suggested that our device has reached all requirement of the subject, and some indexes even surpass the criteria the competition demands.
1系统构成与各子模块方案
1.1 前级放大模块方案的论证与选择
方案一：使用OPA657作为第一级放大，该芯片有1.6GHz的增益带宽积。但是输入噪声电压为4.8nV/√Hz。
方案二：使用OPA687做第一级放大，它具有较高的13.8GHz的增益带宽积，0.95nV/√Hz的输入电压噪声,900V/us的压摆率。
方案三：使用OPA847作为第一级放大，它具有超高的3.9GHz的增益带宽积，0.85nV/√Hz的输入噪声电压，950V/us的压摆率。
经实践对比我们发现，为了满足题目提出的低噪声要求，从第一级开始就需要抑制噪声，所以因选用低输入噪声、高压摆率的芯片。OPA847的输入噪声电压最低，可以有效的压制噪声，它的压摆率也最高，而且也可以得到6dB的电压放大倍数。所以综上所述选择方案三。
1.2可控增益放大器方案的论证与选择
方案一：采用精密的电位器改变放大器的反馈电阻来实现增益可调采用如OPA820，在+2倍增益时其增益带宽积240MHz。但是这样会给电路系统带来干扰，而且在频率很高的时候，电位器会产生电容效应，使得增益不够平坦。
方案二：采用VCA821和VCA820可变增益放大器，其中VCA821具有710MHz的小信号带宽，2500V/us的压摆率。VCA820具有150MHz的小信号带宽，1700V/us的压摆率。
综合以上两种方案选择，为兼顾性价比和高频信号等问题，选择方案二。 1.3末级电压放大模块的论证与选择
本级采用X级OPA2995、THS3201作为功率放大，它是电流反馈放大电路，其优点是电路带宽受增益的影响小，可以在满足放大的同时，满足带宽的需求，带宽主要受反馈电阻的影响，因此我们根据芯片手册上的电路对其外围电路进行设计，考虑到电源限制，采用正负5V进行供电，使系统通频带较高。经过几次尝试，选择增益为40倍，带宽超出180MHz.且带内平坦度较好，能够满足题目的带载能力。
系统框图如下：
2 系统的理论分析与计算
2.1放大器增益带宽积分析
系统调整主要由压控放大器VCA821实现。设置VCA821最大增益为5倍，通过调节压控端电压
调节增益。其表达式为：
选取
，则增益为：
，
控制
在-1~1V范围内变化，可调节增益在0.05~5V/V变化。
2.2增益分配的计算
根据题目中的基本要求增益在12dB～40dB，增益步长为4dB的增益步进控制。频率范围为50MHz～160MHz。单级放大甚至是两级放大都是难以实现的，所以我们选择4级级联的方式，最终实现电压增益Av≥40dB的目标。第一级输出实现11倍的放大，可变增益放大实现程控增益的放大。
2.3 带宽计算
通过方案论证，宽带放大器采用集成运放实现。题目发挥部分要求输入信号有效值
时，输出电压有效值
，即峰峰值为
，频
率为100MHz时下降3dB，则末级运放压摆率为：
同时，题目要求电压增益
，输入信号频率为100MHz，则若采用单级
放大，要求运放增益带宽积为：
目前运放无法实现单级放大60dB，因此本系统采用多级放大实现60dB增益可调。前级采用固定增益，由宽带高压摆率运放OPA847实现10倍增益。中间级通过压控放大器VCA824实现增益可调。
2.4频带内增益起伏的控制
根据题目要求整个系统至少满足在75MHz～108MHz范围内增益波动不大于2dB,由于本系统是X级级联的结果，并且每一级都可以单独工作，所以要保证每一级的最大的增益波动小于2dB。此外，在各级共同工作时，系统的总的增益曲线为各个模块的叠加。考虑最极端的情况，即各部分的最大增益波动的地方为同一个位置。在这种情况下要保证各级最大的增益波动小于 2除以级数 才能满足题目的要求。为了排除其他因素的影响，我们选用的芯片都是输入电压噪声极低的芯片。应该尽可能降低在75MHz～108MHz通带内的波动，必要时需要通过调整电路结果或外接LC网络进行一定的增益补偿。
通过上述合理的分配各级增益，使得各级带宽满足要求，四级级联。
2.5输入输出阻抗设置
题目要求系统的输入和输出阻抗都为50Ω，对于交流信号第一级运算放大器输入端使用50Ω电阻连接到地，如图2.3所示。输出阻抗在输出级放大器输出端串接50Ω电阻即可。如图1所示。
图 1
3 电路与程序设计
3.1电路总体设计
由前级放大电路模块，程控增益模块，末级放大电路模块组成，详见附录1。 3.2程序总体设计
程序模块主要由键盘DAC输出和显示构成 3.2.1程序功能描述与设计思路
采用stm32f103ZET6单片机，通过扫描键盘键值来控制DAC输出的特定线性分布电压实现增益步进并且将增益值和DAC输出电压值显示在LCD屏幕上。
4 测试方案与测试结果
4.1 测试方案方法
系统调试原则：根据电路原理现调试个单元电路，然后再整机测量。 （1）电路仿真与级联调试
运用仿真软件对每一集电路进行电路仿真，调整参数，达到要求后制作单层PCB板电路，焊接并进行单级测试，包括是否达到预定增益指标，增益起伏是否达到要求等。
（2）成功后进行4级级联，整体测试，得出结果进行调整后再固化电路布局，最后装箱调试。
4.2 测试条件与测试仪器
表4-2测试使用的仪器设备
测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路与系统原理图完全相同。检查无误，各元件参数选择合适，硬件电路无虚焊、接错、短路。
4.3 测试结果及分析
4.3.1 基本功能测试
我们按照调试步骤，逐一实现各功能。并将实验结果以表格形式汇总。如下表所示。
5 设计总结 可以写我们都完成了哪些指标
本设计通过多级放大电路，实现了增益可控的射频宽带放大器，该放大器具有高带宽，增益可步进等特点，满足了题目的基本需求。
2006
附录1：电路原理图
参考文献：按文中引用次序列出
OPA2695电路图
[3]张诚.电子系统设计——电路篇.北京：北京航空航天大学出版社，2012
[1]黄智伟. 射频小信号放大器电路设计.西安:西安电子科技大学出版社，2008
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，
VCA821电路图
OPA847电路图
THS3201电路图
范文二：增益可控射频放大器
2015年?增益可控射?频放大器论?文
摘要:
本作品由德?州仪器公司?所生产的O?PA847?、VCA82?1、OPA25?96、THS32?01为主要?器件，设计并制作?了0~52dB全?增益范围内?-3dB通频?带为60M?Hz-130MH?z。放大器输入?输出阻抗均?为50欧姆?。在输出端接?50欧负载?时，频带在50?MHz-160MH?z范围内，最大不失真?有效值为2?V，75-108MH?z带内波动?不大于2d?B.实测结果表?明，该作品成功?实现题目要?求的功能，多项指标优?于题目要求?。
关键字:OPA84?7;VCA82?1;程控步进增?益;宽带放大
Abstr?act:
This radio?frequ?ency broad?band ampli?fier is desig?ned based? on Texas? Instr?ument?s (TI) ampli?fiers? OPA84?7,VCA82?1,OPA25?96 and THS32?01 which? has a progr?ammab?le gain over 0~52dB with a -3dB bandw?idth of 60MHz? to 130MH?z, and a 3dB bandw?idth of over 200MH?z, havin?g an input? and outpu?t impen?dence? desig?ned to be 50 ohms. The maxim?um outpu?t volta?ge witho?ut disto?rtion? is 2Vrms? with a 50 ohm load and withi?n 1dB bandw?idth. The maxim?um gain is over 52dB with an in-band gain error? less than 2dB. Measu?remen?ts sugge?sted that our devic?e has reach?ed all requi?remen?t of the subje?ct, and some index?es even surpa?ss the crite?ria the compe?titio?n deman?ds.
1
1系统构成?与各子模块?方案
1.1 前级放大模?块方案的论?证与选择
方案一:使用OPA?657作为?第一级放大?，该芯片有1?.6GHz的?增益带宽积?。但是输入噪?声电压为4?.8nV/?Hz。
方案二:使用OPA?687做第?一级放大，它具有较高?的13.8GHz的?增益带宽积?，0.95nV/?Hz的输入?电压噪声,900V/us的压摆?率。
方案三:使用OPA?847作为?第一级放大?，它具有超高?的3.9GHz的?增益带宽积?，0.85nV/?Hz的输入?噪声电压，950V/us的压摆?率。
经实践对比?我们发现，为了满足题?目提出的低?噪声要求，从第一级开?始就
高压摆率的?芯片。OPA84?7的输入噪?声需要抑?制噪声，所以因选用?低输入噪声?、
电压最低?，可以有效的?压制噪声，它的压摆率?也最高，而且也可以?得到6dB?的电压放大?倍数。所以综上所?述选择方案?三。
1.2可控增益?放大器方案?的论证与选?择
方案一:采用精密的?电位器改变?放大器的反?馈电阻来实?现增益可调?采用如OP?A820，在+2倍增益时?其增益带宽?积240M?Hz。但是这样会?给电路系统?带来干扰，而且在频率?很高的时候?，电位器会产?生电容效应?，使得增益不?够平坦。
方案二:采用VCA?821和V?CA820?可变增益放?大器，其中VCA?821具有?710MH?z的小信号?带宽，2500V?/us的压摆?率。VCA82?0具有15?0MHz的?小信号带宽?，1700V?/us的压摆?率。
综合以上两?种方案选择?，为兼顾性价?比和高频信?号等问题，选择方案二?。
1.3末级电压?放大模块的?论证与选择?
本级采用X?级OPA2?995、THS32?01作为功?率放大，它是电流反?馈放大电路?，其优点是电?路带宽受增?益的影响小?，可以在满足?放大的同时?，满足带宽的?需求，带宽主要受?反馈电阻的?影响，因此我们根?据芯片手册?上的电路对?其外围电路?进行设计，考虑到电源?限制，采用正负5?V进行供电?，使系统通频?带较高。经过几次尝?试，选择增益为?40倍，带宽超出1?80MHz?.且带内平坦?度较好，能够满足题?目的带载能?力。
系统框图如?下:
2
Stm32f103 LCD显示单片机
控制
末级放大模块可控增益放大模块两OPA2695与THS3201级前级放大模块OPA847级VCA821级联联
供电供电供电
电源
2 系统的理论?分析与计算?
2.1放大器增?益带宽积分?析
系统调整主?要由压控放?大器VCA?821实现?。设置VCA?821最大?增益为5倍?，通过调节压?控端电压调?节增益。其表达式为?:
选取，则增益为:
，
在-1~1V范围内?变化，可调节增益?在0.05~5V/V变化。 控制
2.2增益分配?的计算
根据题目中?的基本要求?增益在12?dB,40dB，增益步长为?4dB的增?益步进控制?。频率范围为?50MHz?,160MH?z。单级放大甚?至是两级放?大都是难以?实现的，所以我们选?择4级级联?的方式，最终实现电?压增益Av??40dB的?目标。第一级输出?实现11倍?的放大，可变增益放?大实现程控?增益的放大?。
2.3 带宽计算
通过方案论?证，宽带放大器?采用集成运?放实现。题目发挥部?分要求输入?信号有效值?时，输出电压有?效值，即峰峰值为?，频率为10?0MHz时?下降3dB?，则末级运放?压摆率为:
同时，题目要求电?压增益，输入信号频?率为100?MHz，则若采用单?级
3
放大，要求运放增?益带宽积为?:
目前运放无?法实现单级?放大60d?B，因此本系统?采用多级放?大实现60?dB增益可?调。前级采用固?定增益，由宽带高压?摆率运放O?PA847?实现10倍?增益。中间级通过?压控放大器?VCA82?4实现增益?可调。
2.4频带内增?益起伏的控?制
根据题目要?求整个系统?至少满足在?75MHz?,108MH?z范围内增?益波动不大?于2dB,由于本系统?是X级级联?的结果，并且每一级?都可以单独?工作，所以要保证?每一级的最?大的增益波?动小于2d?B。此外，在各级共同?工作时，系统的总的?增益曲线为?各个模块的?叠加。考虑最极端?的情况，即各部分的?最大增益波?动的地方为?同一个位置?。在这种情况?下要保证各?级最大的增?益波动小于? 2除以级数? 才能满足题?目的要求。为了排除其?他因素的影?响，我们选用的芯片都是输??入电压噪声?极低的芯片?。应该尽可能?降低在75?MHz,108MH?z通带内的?波动，必要时需要?通过调整电?路结果或外?接LC网络?进行一定的?增益补偿。
通过上述合?理的分配各?级增益，使得各级带?宽满足要求?，四级级联。
2.5输入输出?阻抗设置
题目要求系?统的输入和?输出阻抗都?为50Ω，对于交流信?号第一级运?算放大器输?入端使用5?0Ω电阻连?接到地，如图2.3所示。输出阻抗在?输出级放大?器输出端串?接50Ω电?阻即可。如图1所示?。
图 1
3 电路与程序?设计
3.1电路总体?设计
由前级放大?电路模块，程控增益模?块，末级放大电?路模块组成?，详见附录1?。
3.2程序总体?设计
程序模块主?要由键盘D?AC输出和?显示构成
3.2.1程序功能?描述与设计?思路
采用stm?32f10?3ZET6?单片机，通过扫描键?盘键值来控?制DAC输?出的特定线?性分布电压?实现增益步?进并且将增?益值和DA?C输出电压?值显示在L?CD屏幕上?。
4 测试方案与?测试结果
4
4.1 测试方案方?法
系统调试原?则:根据电路原?理现调试个?单元电路，然后再整机?测量。
(1)电路仿真与?级联调试
运用仿真软?件对每一集?电路进行电?路仿真，调整参数，达到要求后?制作单层P?CB板电路?，焊接并进行?单级测试，包括是否达?到预定增益?指标，增益起伏是?否达到要求?等。
(2)成功后进行?4级级联，整体测试，得出结果进?行调整后再?固化电路布?局，最后装箱调?试。
4.2 测试条件与?测试仪器
表4-2测试使用?的仪器设备?
序号 名称、型号、规格 数量 精度
1 数字万用表 ?1 3位半
2 DG4162?函数信号发生器? 1 300MH?z
3 54642A?示波器 1 500MH?z
测试条件:检查多次，仿真电路和?硬件电路与?系统原理图?完全相同。检查无误，各元件参数?选择合适，硬件电路无?虚焊、接错、短路。
4.3 测试结果及?分析
4.3.1 基本功能测?试
我们按照调?试步骤，逐一实现各?功能。并将实验结?果以表格形?式汇总。如下表所示?。
5 设计总结 可以写我们?都完成了哪?些指标
本设计通过?多级放大电?路，实现了增益?可控的射频?宽带放大器?，该放大器具?
5
有高带宽，增益可步进?等特点，满足了题目?的基本需求?。
参考文献:按文中引用?次序列出
[1]黄智伟. 射频小信号?放大器电路?设计.西安:西安电子科?技大学出版?社，2008 [2]黄智伟.全国大学生?电子设计竞?赛系统设计?.北京:北京航空航?天大学出版?社，2006
[3]张诚.电子系统设?计——电路篇.北京:北京航空航?天大学出版?社，2012 附录1:电路原理图?
R3GND
402GNDU1J3R2R818INA-OUTA56.25027VS-INA+VS-GND
J1R136VS+INB+VS+5045INB-OUTB
OPA2695GND
VCCVEE
VCCP1FB1FB21GND2C53
VEE0.01uFVS+VS-
C3C1C2C46.8u0.1uF0.1uF6.8u
GNDGND
OPA26?95电路图?
6
5KR8VS+GNDVCCP11GND23VEEU1GND114VS+VCCVCC213VGNCVCCVEERF312VIN+FB1KJ1R1411FB1FB2RG+GNDGND50RGJ2R3200510VS+VS-RG-VOUT5069VIN-VREFGNDC4C2C3C578R44.7uVEEVEE0.1uF0.1uF4.7uGND20C1VCA8210.1uFR250VS-
GNDGND
GNDGNDGND
VCA82?1电路图
OPA84?7电路图
THS32?01电路图 ?
7
8
范文三：增益可控射频放大器
增益可控射频放大器
一、系统方案
1、方案分析与比较
方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。
方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。
方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。
综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。
2、系统整体设计
根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz，电压增益为52dB。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB，理论上总增益=26+26+26=78dB，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。
2、频带内增益起伏控制
造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。
3、射频放大器稳定性
由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施：
（1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。
（2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。
（3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。
（4）走线相互干扰，走线尽量的短，信号线尽量不相交，以免产生高频自激。
（5）电路板要合理布局，防止信号之间的串扰，整个PCB板的底层为地平面，较大的地平面对噪声吸收较好。
（6）将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒中，避免级间干扰和高频自激。 4、增益控制
系统采用三级AD8312放大器级联，每级增益最大可达26dB，由STM32程控，通过键盘输入总增益值，考虑高频信号的幅度衰减问题，在衰减器后面再加一级AD809放大器，使增益稳定。
三、电路与程序设计 1、各主要模块电路设计 （1）宽带放大器模块
AD8321为高频段放大器，含SPI总线接口，其带宽235MHz，增益可调，其最大增益为26dB。为满足题目52dB的要求，系统采取三级级联的措施，理论上，Gain=26+26+26=78dB。因此，可以实现题目中对增益的要求。由于阻抗已经匹配，无需再加电阻网络，可以直连。为了减少电路走线间干扰，采用贴片式电路，电路原理图如图二所示：
图二
PCB板如图三所示：
图三
（2）衰减器模块
为了调整合适的增益放大倍数，采用HMC472六位数控衰减器，从其4脚输入信号，15脚可获得衰减后的输出信号，可以程控获得0.5dB 、1dB、2dB、4dB、8dB、16dB、31.5dB的增益衰减。该器件具有成本低，电路简单的优点。电路连接如图四所示：
图四
（3）滤波器模块
由于要求-3dB的通频带不窄于
40MHZ~200MHZ
，同时为了使通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，故设计16阶巴特沃斯带通滤波器。由于是高频信号，为了防止走线间相互干扰，我们采用画贴片式PCB板的方法。滤波器的原理图如图五所示：
图五
PCB板如图六所示：
图六
（4）直流稳压电源
由于系统由12V单电源供电，放大器需9V供电，衰减器和STM32需5V供电，但是只有12V转5V和12V转12V的隔值DC—DC转换器，所以采用LM7809将12V电源转化为9V，电路如图七所示：
图七
3、软件设计 根据题目要求，软件部分主要实现键盘的设置、显示和控制增益输出以及语音播报功能
（1）键盘实现功能：设置四个方向键和一个确认键，通过方向键输入增益值。
（2）显示部分：采用OLCD液晶屏，显示增益值。
（3）语音部分：采用PM66语音芯片，播放作品信息及放大增益倍数。 软件流程图如图八所示：
图八
四、测试方案与测试结果
1、测试仪器
高频信号发生器DG4062 示波器MDO4104—3 数字电压表FLUKEE
数控式线性直流稳压电源LPS—305 2、测试方案
（1）增益测试
从信号源输出一个有效值为5mV的正弦信号，改变信号频率，用示波器测试系统输出信号的电压有效值，计算放大倍数及增益。
（2）带宽测试 在最高增益状态下，从信号源输出一个有效值为5mV的正弦信号，改变信号频率，用示波器测试输出信号幅度的变化，观测幅度降至最大值的0.707倍时的信号频率，记录上限及下限频率，计算带宽值。 3、测试结果
输入有效值为5mV，增益为52dB时，测试输出以及增益表如表一所示
4、测试误差分析
由测试结果可知，随着频率增高，测试误差变大，原因是高频信号在传输过程中，信号幅度会随着频率的增加而衰减，所以增益值有一定影响，而且电源，连接线之间也有一定噪声干扰。
五、结论
本系统是基于AD8321的增益可控射频放大器，可实现60dB最大电压增益，4dB步进调整，输入电压为5mV，输出电压>2V，增益绝对误差不大于2dB，并能显示设定的增益值，波形无明显失真，达到题目的发挥要求。该装置的信号放大通过3片AD8321级联+HMC472衰减器+放大器AD809的形式完成，能通过STM32有效程控输入增益，并且能明显抑制频带内增益起伏，降低高频信号在传输过程中，幅度随着频率升高而衰减的现象。系统稳定性较好，经济美观。
范文四：增益可控射频放大器(D题)
201 年全国5学大生子设计电竞赛题
参试赛意注事项（1）
8月1 日2 :008 竞正式赛始开本科。参赛组队能只【本科在】题组中目任一题；选高 职高组参赛专在队高【职专高】组题目任中选题，一可也选择以【本组】科目题 （。2）参赛队真填认写《登表》内记，填写好容的登《表》交赛记场巡视员时保存。 暂（）参3赛者必是须正有学式的全日制在籍校、专本科生学应出，示能够明参赛证者学 身份生有的证件（效如生证学）时随备查。（ 4）队每格限严制3 人， 赛后开不中途得换更员。队（ 5竞）期赛间，可使用种图书资料和各网络源资，但得在不学校定指赛场地外竞进行 计设作制不得，以任方式与何人交流他，括教师在内包的参非队员赛须必避，对违迴 纪赛参取消队评审格。 （6资）8月 1 日 50200: 赛竞束，结交上计报设、告制作物及实登《记》 ，表由人封存专
。
增益控射频可放器大D（ 题
【）科本】组一、 任务
设计并制作个一增益可控射放频大。
器二、要
1求基．要求本（1） 放大器 的压电增益AV≥40 dB ，入电输压效有 V值i≤20m，V 输其阻入抗、输出阻抗均为 05?负，电载阻50 ，且输出?压电有值 V效o2V≥波形，无明显失 ；真（2 ）在7 MH5～z08M1zH 率频围内增范益波动不大于 d2B； 3（ －）d3 的通B带不窄于频 06MzH130MH～z，即 Lf≤0MH6z f、≥130HMHz；（ 4）现 实AV增 益步进制，控益增控制围为范 12dB～04Bd，增控制益步长 为4dB，增绝对误益差不大于2dB ，能并示设定显增的值。益 2发挥．部分 1）（大放的器压增电益AV 5≥2B，d益控制增扩至 展2dB，增益控制步长5不 ，输入电压有效值 变V≤5iVm，其输阻抗、输出阻入抗为 均05?，载 负阻电 5?，且0输出电压效有 Vo值≥V，波2无形显明真； 失（2）在 05MzH～16M0zH频率 范内围益波增不大于 2d动B；（ 3 ） － 3Bd的通频 不窄于带40 HzM～ 2 00HM ，z即f L ≤4 0MHz f和H≥ 200MH；z（4） 压增电 益V≥A52Bd，输入信当号率频f 2≤M0Hz或 入信号频输 f率≥2 7MHz 0，时测实压电增 A益V 均大于 不02dB；（ 5其他）
D。1/-2
三说明
1.、本要求基（）和2发部分挥2）（用频法测点电量增益，压算计增波益动，测 量率频测点评时布公 2. 。本基要（求3和）挥部分发（）用3点频测量电法增压，益分析否是足满 频通带求，测量要频点测评率公时。 3布.放器采大+用1V2 单源电供，电所需其它电电源自行压转换
四。、评标分
准项 目系方案 理论分统析计与算 要内容 主比与选择 较案方描 述射频放器设大 频带内增益起伏控制 计频放大射稳定器性增 益调整 路设电计与序设计 测试程方案及试条件 测试结果完整测性测试结 果分析摘要 设
计报告正的结构文图表 规的性 范分数2
8
44
设
计报 告
电
与路序程设计测试 方案与试测果结
设计
告报结构及范规
性 22 108 6 1610 50 1 431 162 5 50120
小计完 第（成1项 ）成第完（2）项 基本 要 完求成（第3项 ）成第完（4项）小计 完 成（第1项）完 第成2（）项完成 第（）3 完项成（第）项 （5）其4他 计小 分总
挥 发部分
D
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范文五：增益可控射频放大器设计报告
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器
2015年全国大学生电子设计竞赛
增益可控射频放大器
2015年8月15日
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器
摘要................................................................................................................................. 3
1. 系统方案................................................................................................................... 3
1.1直流稳压电源的选择 ............................................................................................ 3
1.2前级放大模块 ...................................................................................................... 4
1.3增益控制模块 ...................................................................................................... 5
1.4中间级放大模块 ................................................................................................... 5
1.5后级功率放大模块 ............................................................................................... 62. 系统理论分析与计算 ................................................................................................. 6
2.1三级放大电路的分析 ............................................................................................ 6
2.1.1前级放大电路............................................................................................. 6
2.1.2中间级放大电路 ......................................................................................... 6
2.1.3后级功率放大电路...................................................................................... 6
2.2增益分配和调节的计算 ........................................................................................ 6
2.2.1增益分配.................................................................................................... 6
2.2.2增益调节.................................................................................................... 7 3电路与程序设计 ............................................................................................................ 7
3.1电路的设计 .......................................................................................................... 7
3.1.1系统总体框图............................................................................................. 7 4测试方案与测试结果 ..................................................................................................... 7
4.1测试方案 ............................................................................................................. 8
8 4.1.1硬件测试....................................................................................................
4.2测试条件与仪器 ................................................................................................... 8
4.3测试结果及分析 ................................................................................................... 8
4.3.1测试结果(数据)...................................................................................... 8
4.3.2测试分析与结论 ......................................................................................... 8
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器
摘要
本设计采用了四级放大，电源使用LM2596S将外接的12V电压源转换为+5V的电源，另通过TPS60400将+5V电源转换为-5V电源，这样就为整个电路提供了正负5V的电源了。第一级采用900MHz带宽的LMH6609MA,完成初级放大，第二级采用VCA821ID进行可程序控制的增益放大，第三级依旧采用LMH6609MA，第四级采用三级管3904和3906构成的互补输出级电路实现功率放大，以带动50欧姆的负载。其中，利用程控芯片VCA821ID，在电路中实现了0~60dB的增益可调。
测试电路时看出，当输入信号幅值为20mV时，从10MHz的频率开始，一直测试到200MHz的频率，输出波形比较清晰，无明显失真。在75MHz~108MHz频率范围内增益波动比较小，小于2dB,在60MHz~130MHz内，波形的幅值变化比较平缓，60MHz与130MHz这两个临界点与最大值的衰减小于-3dB。同时能够实现0~40dB的增益控制，绝对误差较小。
1. 系统方案
本系统使用了电源模块，前级放大模块，增益控制模块，
中间级放大模块，后级功率放大模块
1.1直流稳压电源的选择
方案一:采用CW7905
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器
方案二:采用LM2596S和TPS60400将+12V的电压源转换为正负5V的可用电源。LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载特性。并且，在特定的输出电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在4%的范围内，震荡频率误差在15%的范围内。
最终使用方案二。
1.2前级放大模块
方案一:使用OPA695芯片搭建的同相放大电路。OPA695虽然带宽很大，但是其噪声干扰比较严重，也更容易产生自激，不适合与第一级的小信号的放大。
方案二:使用OPA2690芯片，但在实际测试中发现，其带宽达不到要求。
方案三:LMH6609MA，在增益为2倍时，其-3dB带宽达到280MHz,实际电路测试时，也能达到设计的要求。
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器
综合三种方案，选取方案三。
1.3增益控制模块
方案一:选用AD8367程控芯片。该芯片有两个输入端，一个为信号输入Vin,一个为增益电压的输入Vg。通过模式的选择，对增益电压输入端输入一个稳定的电压(0~1V)，就可以控制对信号的增益。但是，此增益芯片在较高频率的信号的处理时干扰很大，无法完成实验。
方案二:采用程控芯片VCA821ID，此芯片可以完成对较高频率的增益处理，在增益电压输入端输入一个特定的稳压(0~2V)，就可以完成对信号的增益控制。
综上，选择方案二。
1.4中间级放大模块
方案一:选择OPA2695芯片搭建放大电路。
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器 方案二:利用ua733芯片搭建放大电路。
方案三:使用LMH6609MA芯片搭建放大电路。 考虑到尽可能实现更宽频带和更小干扰因素，选用方案三。 1.5后级功率放大模块
方案一:使用LMH6552MA芯片，其增益带宽积达到1GHz以上。但是实验中发现，在对其用高频信号测试时并不能达到要求。
方案二:使用三级管3904和3906构成功率放大器，效果良好。
综上，使用方案二。
2. 系统理论分析与计算
2.1三级放大电路的分析
2.1.1前级放大电路
反相放大器
2.1.2中间级放大电路
使用程控芯片VCA821ID，通过对该芯片增援的调节来控制整个电路的增益范围。
2.1.3后级功率放大电路
调节电路增益，对经过程控芯片之后的信号加以处理，同时对增益再次加以调整，并保证带宽。
2.2增益分配和调节的计算
2.2.1增益分配
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器 题目要求的40dB的放大倍数，所以在第一片运放放大器电路将增益设定为4倍，第2片运放放大器电路将增益设为2倍，程控增益将放大倍数设为0.5~5倍。
2.2.2增益调节
本设计的增益调节是通过程控芯片VCA821ID来控制的，通过程控芯片的衰减和增益，来控制整个电路的增益范围。 3电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图
根据设计要求，系统共分为5个部分:第一部分前级放大电路，实现4倍增益放大;第二部分程控增益电路，实现0.5~5倍增益的可控增益放大;第三部分的后级放大电路，实现2倍增益的放大;第四部分输出功率放大电路，使得电路能够驱动50欧姆的负载;第五部分电源模块实现单12V供电到正负5V供电的转变。
3.1.2电路图如下:
4测试方案与测试结果
2015年全国大学生电子设计竞赛 增益可控射频放大器 4.1测试方案
4.1.1硬件测试
检查硬件链接无误后，再用万用表检查链接是否正确，使用信号发生器、示波器、直流电源等进行各级电源、各级增益、带宽、最小不失真频率的测试。
4.2测试条件与仪器
测试条件:检查多次，硬件电路必须与系统原理图完全相同，并使得电路无虚焊。
测试仪器:高精度的示波器，数字万用表等。 4.3测试结果及分析
4.3.1测试结果
1.放大倍数测试
测试方法:用信号发生器产生频率130MHz，输入峰值分别设为5mv,10mv,15mv,20mv正弦波进行测量。从示波器即可读出输出电压峰峰值(带50欧姆负载)。
2频特性测试 输入电压Vi=20mv,从1MHz依次往上测试。 4.3.2测试分析与结论
对于基础要求部分，大致可以完成基本要求。但是随着频率上调到一定值，其输出特性会变得不是很理想。结论:高频小信号的放大涉及的因素很多:电压源的影响，各级网络的匹配，以及其他噪声干扰等等，所以在电路中一定要注意自激的影响。
