宽带放大器的设计王国伟 （兰州师范高等专科学校物理系，甘肃兰州７３００７０） 摘耍：设计并制作了一个宽带放大器，该放大器由高精度， 该电路采用光电９９０６运算放大器反馈环中的增益控制宽频带运放ＯＰ３，组成，其高频特性好，转换速度为１７／ｕｓ。由于ＯＰ３７的频带宽度可达６３ＭＨｚ，通过对外电路元件参数选择，可使放大器３ｄＢ通频带满足ｌＯｋＨｚ－６ＭＨｚ的设计要求，在反债网络并联适当大小的电容，消除高频脉冲尖峰，可使放大器在２０ｋＨｚ－５ＭＨｚ频带内增益起伏＜＝１ｄＢ，从而获得平滑的频率特性，通过改变负反债电阻，使放大器的增益６级可调，步进间隔创Ｂｏ关健佣： 宽带运算放大器频带特性增益１方案论证与比较１．１宽带放大器方案一：用两个ＳＬ５５０串联构成一个宽带高增益放大器， 第一级按共发射级电路连接，第二级接成共基级电路。适当选择电阻、电容，可以获得６５ｄＢ的稳定增益。宽带为５－１３０ＭＨｚ ，由单级电路确定的噪声特性，仅在边界部分大于２．０ ｄＢ，但此方案的下限频率较高，若使其下限频率减小到ｌＯｋＨｚ，在电路中需增大有关电容的值，使高频特性变差。另外，该电路实现步进间隔为６ ｄＢ的增益调节不方便，同时市面上买不到ＳＩ５５０集成运放。方案二： 采用宽带可变增益ＦＥＴ放大电路，如图１所示。抽入ＺＫ３９０ Ｉ ２０Ｋ图１可变增益ＦＥＴ放大电路图２万方数据器。电阻性Ｔ型网络中有ＭＯｓ晶体管作为接地点，电阻值的选择要使晶体管在电性能上接近于求和结，自动总的信号电压。电压控制反馈的排列和补偿，可以做成具有良好线性的可变增益放大器，它对所有增益电平都有恒定的宽带宽度。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２０ｋＨｚ－５ＭＨｚ频带内增益起伏较大，不能满足设计要求。方案三： 用高频特性好的运放ＯＰ３７及其外围电路组成电压负反馈宽带放大器，如图２所示。电路中，通过多刀开关Ｓ，选择反馈电阻，以实现增益值６级可调，在每个反馈电阻中并联补偿电容，用于清除高频脉冲尖峰，从而获得在整个频带内增益起伏小于１ ｄＢ的平滑的频率特性。该电路输人阻抗大于１千欧，单端输入，单端输出，满足设计要求。经比较， 方案三满足题目设计要求，电路又不太繁琐，成本又不高，所以采用该方案。１．２稳压电源方案一： 采用分离元件的串联型稳压电源，其框图如图３所示。 该电路复杂，且电源的稳定度不够高，制作费材，费时。方案二： 用三端稳压器ＬＭ７８１５， ＬＭ７９巧分别产生稳定的士巧电源，如图４所示。该电源电路电源对称性好，稳定度高，可以作为宽带放大器的电源。通过比较， 方案二电路简单，电源稳定，所以本设计采用方案二。２主要电路的设计与计算２．１电源电路的设计电源电路如图４所示。 图４电源电路 滤波电容的选择，需考虑：①整流管的压降②７８１５／７９１５最小允许压降Ｕｄ③电网波动１０％５９ 从而允许纹波峰峰值△ｕ＝１８ｘ （１－１０％）－０．７－Ｕｄ－１５＝４．９Ｖ，按近似电流放电计算，并设Ｑ＝Ｏｏ（通角），则Ｃ＝Ｉ ＸＡｔ／Ｏｕ＝（０．７ｘ １／１００）／４．９＝ １４３０ｐ，Ｆ选取滤波电容Ｃ＝２２００ｐ ．Ｆ／５０Ｖｏ 另外，为了消除高频杂散信号对电源的干扰，在７８１５（７９１５）的输人，输出并联０．１ ｐ，Ｆ的电容。２．２宽带放大器的设计（ １）选择运算放大器本设计要求宽带放大器的频带宽度为 ｌＯｋＨｚ－６ＭＨｚ，为了满足设计要求，必须选择特征频率高的运放。ＯＰ３７集成运放的参数如下： Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ，８０ｎＶｐ－ｐ （０．１１１ｚ ｔｏ ＩＯＨｚ）３ｎｖ／＼ ／Ｈｚ＠ １ｋＨｚＬｏ ｗ Ｄｉｒｆｔ，０．２ｐ．ｖ／０ＣＨｉ ｇｈｔ Ｓｐｅｅｄ，１７ｖ／ｐ．ｓ Ｓｌｏｗ Ｒａｔｅ６３ＭＨｚ Ｇａｉｎ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｌｏｗ Ｉｎｐｕｔ Ｏｆｆｓｅｔ Ｖｏｌｔａｇｅ，１Ｏｐ．ＶＥｘｃｅｌ ｌｅｎｔ ＣＭＲＲ，１２６ｄＢ （Ｃｏｍｍｏｎ－Ｖｏｔａｇｅ＠ １１ Ｖ）Ｈｉ ｇｈ Ｏｐｅｎ－Ｌｏｏｐ Ｇａｉｎ，１．８ ＭｉｌｉｌｏｎＡｖａｉ ｌａｂｌｅ ｉｎ Ｄｉｅ Ｆｏｒｍ． （２）电路图及元件选择由ＯＰ３７组成的宽带放大器， 如图５所示。图中， Ｃ４，Ｃｌｌ，Ｃ５，Ｃ１２组成频率补偿电路。Ｃ４，Ｃ１１的大小由低频截止频率决定，其容量：Ｃ ３１／２７ｒｆｅＲ图５表１放大器的幅频特性５０ｋ一２２枷６ｋ－２１２Ｍ２４咖Ｚｋ－２１砚２４若取ｆ ｃ＝２ｋＨｚ，Ｒ＝１Ｗ ，１５ＨＺ２００ＨＺ７００ＨＺ２０ｋ，妇尸‘碑‘‘Ｕ妇创６０ｋ２２Ｖｏｆｍｖ）ｆｖｏｆｍｖ）ｆｖｄｍｖ）２１７０２２另！０． 则Ｃ，１／２ａｒｆｅＲ－８０ｐ．Ｆ所以电容Ｃ取１ ００ｐ，Ｆ的铝电解电容，由于Ｃ的加人会使高频阻抗上升，可在其两端并联一个０．１ ｐ．Ｆ的陶瓷电容对阻抗进行修正。２１ ８０ｋ ２０ ２１． １３００ｋ２０ ２１．８二．５Ｍ厂补『矛１〕门性月『‘．压； 旧’．”ＩＪ．．１ ．ｋ‘１，山飞曰门‘‘．．４．５Ｍ２１８．５７２２．８５． ３Ｍ１８． ３５．５Ｍ１７． ６５．８Ｍ１７．３６．５Ｍ１５．２８Ｍ１０．３Ｗ１为Ｉ Ｏｋｆ１的调零电阻。巧．６Ｃ１ ７，Ｃ１８为ＩＯｗＦ的电源退祸电容，使运放电源稳定。Ｒ１ －Ｒ６为电压负反馈电阻，选择Ｒ１－Ｒ６可改变放大器的增益。 Ｒ１０为６００５２限流电阻，（ ３）输人电阻，输出电阻及增益图５所示电路的输人电阻为： ３．３增益的步进值输人ｆ ＝１０ＨＺ，ｖｉ＝１０ｍｖ的正弦信号，手动改变开关５１的位置，使放大器接不同的负反馈电阻，得表２所示的增益步进值。表２增益的步进值 增益步进值１２４．３］３８．２４５３２６６７ ｉｒ＝Ｒ７／／Ｒｉ － Ｒ７＝１．２ｋ５２ （Ｒｉ为ＯＰ３７输人电阻）当输出对地短路时， 运放通过Ｒ１０接地，此时放大器的输出对地为６００５２，正常工作时，输出电阻为：ｒＯ＝６００＋Ｒ１ 放大器的增益为：Ａｕ二一Ｒｉ ／Ｒ９ （ｉ＝１，２，．．．．．．，６）预置增益（倍）２．１１６．８ 当Ｒｉ＝９６ｋ５Ｚ时，Ａｕ二一９６／１二一９６倍二一４０ｄＢ当Ｒｉ ＝３ｋ５１时，Ａｕ二一３／１二一３倍。一ｌＯｄＢ３实验方法与数据３．１输入阻抗由图５可知， 放大器输人端对地有１．２Ｋ的硬匹配电阻，由于运放的输人阻抗远大于１．２Ｋ５２，所以信号输人时能保证放大器的输人阻抗大于ＩＭ．３．２通频带在放大器的输出电阻为６００５ ２，反馈电阻为３Ｋ，输人１０ｍｖ的正弦波，改变输人信号频率，测得放大器的输出如表１所示。由表１可以看出，放大器的上限频率为５． ８ＭＨＺ左右。 由表２可以看出，增益的步进值近似为２倍，即６ｄｂｏ３．４最大输出电压输人ｆ ＝ＩＯＨＺ，ｖｉ＝１００ｍｖ的正弦信号，测的放大器的输出电压ＶＯｍａｘ＝１３．８ｖ，大于“发挥部分”最大输出电压是６Ｖ的设计要求。３．５最大增益由（ ４）结果得，放大器的最大电压增益为Ａ， ＝Ｖｍ，ａ／Ｖｉ＝ １３．８／０．１＝１３８（倍）＝４３ｄｂ参考文献：［１］段九州．放大电路使用设计手册［Ｍ］．辽宁科学技术出版社．［２］刘书明，刘斌．高性能数模与模数转换器件【Ｍ］．西安电子科技大学出版社． ［３］杨振江，杜铁军．流行单片机实用子程序及应用实例【Ｍ］．西安电子科技大学出版社． ［４ｌ田良，王尧．综合电子设计与实践［Ｍ］．东南大学出版社．万方数据
