程控增益低噪聲寬帶直流放大器的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了程控增益低噪聲寬帶直流放大器的設(shè)計(jì)原理及流程。采用低噪聲增益可程控集成運(yùn)算放大器AD603和高頻三極管2N2219和2N2905等器件設(shè)計(jì)了程控增益低噪聲寬帶直流放大器，實(shí)現(xiàn)了輸入電壓有效值小于10 mV，輸出信號(hào)有效值最大可達(dá)10 V，通頻帶為0～8 MHz，增益可在0～50 dB之間5 dB的步進(jìn)進(jìn)行控制，最高增益達(dá)到53 dB，且寬帶內(nèi)增益起伏遠(yuǎn)小于1 dB的兩級(jí)寬帶直流低噪聲放大器的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：低噪聲；程控增益；功率放大；寬帶直流放大器

0 引言
低噪聲寬帶直流放大器位于接收機(jī)前端，放大微弱信號(hào)是其主要作用，對(duì)于降低噪聲干擾，提高整個(gè)接收機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。因此，低噪聲寬帶直流放大器一直是雷達(dá)、通信和電子對(duì)抗等電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，有著廣泛的軍用和民用價(jià)值。本文介紹的寬帶直流低噪聲放大器，通頻帶為0～8 MHz，增益可在0～50 dB之間以5 dB的步進(jìn)進(jìn)行控制，最高增益達(dá)到53 dB，且寬帶內(nèi)增益起伏遠(yuǎn)小于1 dB。

1 總體設(shè)計(jì)方案
該設(shè)計(jì)主要包含輸入緩沖級(jí)、可控增益放大模塊、功率放大輸出模塊以及單片機(jī)控制模塊。可控增益放大器負(fù)責(zé)信號(hào)放大并與單片機(jī)電路配合實(shí)現(xiàn)了增益控制。后級(jí)功率輸出模塊進(jìn)一步進(jìn)行功率放大，得到較高的輸出電壓范圍。整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 單元電路設(shè)計(jì)
2．1 輸入緩沖級(jí)
輸入電壓有效值小于10 mV，當(dāng)輸入小信號(hào)時(shí)AD603的放大性能很差，所以在輸入端采用AD4031構(gòu)成輸入緩沖級(jí)，對(duì)小信號(hào)輸入信號(hào)進(jìn)行一定放大，同時(shí)對(duì)后續(xù)的AGC調(diào)零。
2．2 可控增益放大器
單級(jí)AD603的電壓增益可按以下公式計(jì)算：
Gain(dB)=40VG+10
式中VG為差分輸入電壓。
可見，AD603的增益與其控制電壓成線性關(guān)系，也就是說，只要用單片機(jī)控制D／A輸出線性變化的控制電壓，便可得到線性變化的電壓增益輸出。假設(shè)鍵盤輸入預(yù)置電壓增益GF，則D／A輸出電壓的理論值應(yīng)為：
VG=(GF-10)／40。又由于D／A的輸出電壓VOUT=DIN／212VREF，可算出DIN的理論值DIN=VOUT／VREF×212。因此，只要利用單片機(jī)向D／A送12位的DIN，在D／A的輸出端便可得到所需的控制電壓VG，從而控制AD603產(chǎn)生GF大小的電壓增益。
由于單級(jí)AD603只能實(shí)現(xiàn)31．07 dB增益，要設(shè)計(jì)出電壓增益大于等于50 dB，所以必須采用2片AD603級(jí)聯(lián)。AD603有兩種方式增益連接方式：順序級(jí)聯(lián)和并聯(lián)級(jí)聯(lián)。為了控制精度、提高性噪比，該設(shè)計(jì)采用順序級(jí)聯(lián)方式。