一种可编程宽带放大器的设计

### 一种可编程宽带放大器的设计 #### 一、引言 随着微电子技术的不断发展，宽带放大器在科学研究和技术应用领域发挥着越来越重要的作用。这类放大器因其宽广的频率响应范围，能够处理从音频到射频的各种信号，因此在A/D转换器、D/A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等多种电路中有广泛应用。为了满足这些电路对高频带宽度和高电压增益的需求，本设计提出了一种基于可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603的新型可编程宽带放大器。 #### 二、系统总体设计方案 该可编程宽带放大器系统主要包括三个关键模块：可控增益放大器、功率放大与峰值检波模块以及单片机显示和控制模块。其中： - **可控增益放大器**：以THS7001和AD603为核心，通过单片机控制THS7001实现增益的粗调，并利用D/A转换控制AD603实现增益的细调，确保总增益可以在-6~70dB的范围内线性变化。 - **功率放大与峰值检波模块**：采用THS4011构成射极跟随器作为输入级，提高输入电阻并减少噪声；后级功率放大器采用AD811提高系统的带负载能力。同时，利用二极管峰值检波电路进行峰值测量，通过A/D转换和D/A转换实现自动增益控制(AGC)。 - **单片机显示和控制模块**：采用AT89C51单片机和FPGA作为控制系统的核心，通过矩阵键盘设置增益值和步进，点阵液晶显示器显示实时电压有效值，使得用户界面友好且易于操作。 #### 三、器件选型及理论分析 ##### 3.1 输入级电路运放选型 在设计过程中，考虑到第一级放大器对于整个系统的噪声性能至关重要，因此选择了THS4011作为电压反馈型运算放大器。THS4011具有以下特点： - 同相和反相输入端阻抗基本相同（均为高阻）； - 低噪声，更好的直流特性； - 增益带宽积为常数，反馈电阻的取值自由； - 高速低噪声，带宽为290MHz，压摆率为310V/μs，输入噪声为7.5nV/√Hz。 这些特性使其非常适合用于需要低噪声和良好直流特性的电路中。THS4011构成的射极跟随器可以有效地提高输入阻抗，降低噪声。 ##### 3.2 增益控制的器件选型 - **AD603简介**：AD603是一款宽频带、低噪声、高增益精度的可变增益放大器。它具备宽频带（可达DC至50MHz）、低噪声（输入噪声电压密度为2.5nV/√Hz）、高增益精度（±0.25dB）等特点。此外，AD603支持模拟或数字控制，可通过外部电阻设定增益范围，也可以通过数字控制信号实现增益的连续调整。 通过结合THS7001和AD603的功能，可以实现宽范围的增益控制，满足不同应用场景的需求。 #### 四、结论 本设计提出的可编程宽带放大器具有宽频带（40Hz~15MHz）、宽增益范围（-6~70dB）、低噪声的特点，并且具备自动增益控制功能，动态范围可达60dB。该放大器不仅可以用于科学研究中的信号处理，还可以广泛应用于工业自动化、通信设备等领域，具有很高的实用价值和广阔的市场前景。