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基于可變增益放大器VGA AD603的帶寬直流放大器

2011-04-18 來源:電子發燒友網 字號:
帶寬放大器是指工作頻率上限與下限之比遠大于l 的放大電路。這類電路主要用于放大視頻信號、脈沖信號或射頻信號。本文提出了一種以可變增益放大器VGA AD603 為核心,結合外圍模擬及數字電路實現寬帶放大器的設計方法, 帶寬可達10 MHz。
1 系統整體設計
該系統由前置放大、可預置增益放大、低通濾波器、后級放大、直流穩壓模塊和單片機控制與顯示模塊六大部分構成。具體電路結構如圖1 所示。
基于可變增益放大器VGA AD603的帶寬直流放大器
圖1 系統框圖

2 方案論證與設計
2.1 可控增益放大器方案選擇
方案一:DAC 控制增益。該方案從理論上講, 只要D/A 的速度夠快、精度夠高就可以實現很寬范圍的精密增益調節。但是控制的數字量和最后的增益(dB) 不成線性關系而是成指數關系,造成增益調節不均勻、精度下降, 且其增益動態范圍有限, 故不采用; 方案二:使用控制電壓與增益成線性關系的可編程增益放大器PGA,用控制電壓和增益(dB)成線性關系的可變增益放大器來實現增益控制。用電壓控制增益, 便于單片機控制, 同時可以減少噪聲和干擾。
綜合比較, 選用方案二, 采用可變增益放大器AD603作增益控制放大器
2.2 輸入阻抗匹配方案選擇
方案一:采用低噪聲精準放大器OP27 設計前級的射級跟隨,盡管噪聲小、精度高,但是由于帶寬僅為8 MHz,達不到10 MHz 的要求;方案二: 采用高速寬帶運放OPA692 作為構成前級的射級跟隨器。OPA692 是高速寬帶運放, 其在±5 V 雙電源工作時,增益為2,頻帶寬度為190 MHz,電壓轉換速率為2 100 V/μs。
經過比較, 采用方案二。由于AD603 的輸入阻抗只有100 Ω, 使用OPA692 作為前級輸入完全能滿足要求,并且可以很好地隔絕前級電路對后級電路的干擾, 實現級間的阻抗匹配
2.3 濾波電路選擇方案
方案一: 采用RC 濾波電路, 但RC 濾波衰減很大;方案二: 利用高速寬帶運放OPA690 設計二階巴特沃思濾波器,其通頻帶內的頻率響應曲線最大限度平坦, 沒有起伏, 而在阻頻帶則逐漸下降為零。經比較, 選擇方案二
3 理論分析與參數計算
3.1 電壓增益控制原理分析
電壓增益控制原理分析AD603 的基本增益為:Gain =40 VG+10, 其中,VG是差分輸入電壓, 單位是V,Gain 是AD603 的基本增益,單位是dB 。從此式可以看出, 以dB 作單位對數增益和電壓之間是線性關系, 因此,只要單片機進行簡單的線性計算就可以控制對數增益, 增益步進可以很準確地實現。
3.2 通頻帶內增益起伏控制分析
為控制通頻帶內增益起伏, 采用二階巴特沃思濾波環節, 其電阻電容可根據式(1) 、式(2)計算:
基于可變增益放大器VGA AD603的帶寬直流放大器
其中f0為通帶截止頻率,Q 為f=f0時電壓放大倍數與通帶放大倍數數值之比。計算數據可仿真實現。
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