2013年电子设计竞赛D题射频宽带放大器(国家二等奖)

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本设计以低噪声、低功耗、的THS3001 和增益可变放大器AD8330 运算放
大器为主控器件， 放大器分别由前级放大、二级增益控制和稳压直流电源等模块。
) [( @  x- P7 U( |2 A3 B: @论文根据放大器系统的特点， 结合相关的电路设计理论， 设计出了几本符合要求
# ~0 ]8 x6 V2 V/ R3 z0 ]; d& p的放大器，系统整体提高电压增益，使电压增益大于 AV 20dB ，放大器 BW - 3 dB
+ w8 z- Y4 m4 s+ D2 |+ i的下限截止频率L f 0.3 MH Z ,上 限 截 至 频 率 f H <20 MH Z ， 并 要 求 在
4 t6 p2 i' b% P4 l1MH Z ~15MH Z 频带内增益起伏 1dB 。
2 c  M  E7 |. v1 [( s: k4 X
一、总体方案的选取及确定
3 B9 @6 S/ K5 o+ }1.1 系统方案的确定
7 s- A6 ]. [: W% {题目 中要 求电 压增 益大 于 AV 20dB ，放大器 BW - 3dB 的下限截止频率
L f 0.3MH Z ,上限截至频率 f H 20MH Z ，并要求在 1MH Z ~15MH Z 频带内增益
起伏 1dB。我们从网上查到 THS3001 的单位增益宽带为 420MH Z ，而且它的
0.1dB的平坦宽带为 115MH Z ，因此我们首先采用 THS3001 来作为首级的电压增
' w( M; A  U. h" [9 y4 g益，但是发挥部分要求 AV 60dB ，因此电压增益还需扩大， 从手册中查到 AD8330
是一款 DC 至 150MH Z的宽带可变增益放大器， 适合要求完全低噪声、 精确定义
' A& k" I$ e* [% M; X增益和适度低失真的应用， 因此我们在第二级增益可控部分采用AD8330 作为主
: n, g: Q5 S+ f, I$ L* h  y/ O控元件来控制电压放大的倍数，最后可直接驱动50 欧姆的负载。系统方案框图
3 k4 y0 F0 X& e) A4 Y
1.2 各级电路方案的确定
1.2.1 前置放大电路部分
方案一：采用场效应管或三极管设计增益放大电路， 主要利用场效应管的可
7 i) i+ U' M1 C0 B  ]) Y9 [- D变电阻区或三极管的放大区可实现电压增益放大， 但是本方案采用了大量的分立
元件，电路复杂， 在设计本放大器的高频功率条件下， 可能会造成电路的稳定性
很差，而且很容易受外界噪声等的因素影响，因此未选此方案。
方案二：根据题目要求，电压增益大于 AV 20dB ，放大器 BW - 3dB的下限截
止频率L f 0.3MH Z ,上限截至频率 f H 20MH Z ，我们查到 THS3001的单位增益
宽带为 420MH Z ，而且它的 0.1dB的平坦宽带为 115MH Z ，非常符合我们题中的
要求，因此我们采用此方案来实现第一级放大电路的增益控制。
1.2.2 电压增益控制设计方案
经过前一级的放大， 电压增益达不到题目的要求。只要信号和干扰比在设定
8 ~6 U4 Z, @# M# {的范围内，则可以实现在电压增益控制的同时保证输出信号的信噪比满足题目要
. q. B# a0 e" d求，我们查到AD8330 具有特性完全差分信号通路，也可使用单端信号，线性
2 k: F% M: D8 J8 I( D$ r& N3 ~dB 和线性幅度增益模式、低噪声、低失真等特点，可以作为该部分的主控元件。
, l3 X" S6 f% w9 W# L因此我们采用次方案来实现电压的增益控制。
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