一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
王康，胡航宇。耿东睨
（电子科技大学通信与信息工程学院，成都６１１７３１）
摘要：本文设计并制作了Ｏ～１５ＭＨｚ带宽的宽带放大器，放大器可放大不低于１ｍＶ的有效值信号，增益０～８０ｄＢ预
设或手动可调，最大输出电压峰峰值为４２Ｖ，在通频带范围内起伏增益１ｄＢ左右，放大器在增益为６０ｄＢ的时候，输出
噪声电压的峰碑值为２００
ｍＶ，通过单片机控制可以实现电压增益和放大器的带宽可预置并显示的功能。整个系统工
作可靠、稳定，而且成本低、效率高。
关键词：宽带放大器；高增益；可编程；单片机；ＶＣＡ８１０
中图分类号：ＴＮ７２２
文献标识码：Ａ
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档滤波模块，设计有５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ两个低通滤波器，通
引言
在自动控制及自动测量系统中，需要把一些非电量
过低噪声继电器切换，满足带宽可预设的要求；第３部分
为可控增益放大模块，实现８０ｄＢ的动态增益变化；第４部分为功率放大模块，驱动５０Ｑ负载。
本系统的难点在动态增益和功率输出两个方面，下面
（如温度、转速、压力）等参数通过传感器转变成电信号，这些微弱的电信号经放大后就可以推动测量、记录机构或控
制执行机构，从而实现自动控制或自动测量。
本文设计的放大器具有低噪声、高增益的特点。整体设计要求放大器的最大电压增益为８０ｄＢ，输入电压有效
对其进行理论分析。
１．２动态增益的理论分析
设计指标要求增益动态范围为８０ｄＢ，将８０ｄＢ分配在固定增益放大、可控增益放大和功率放大３个模块。先确定可控增益放大模块的增益动态范围，就可以方便地分配另两个模块的增益。
由于ＶＣＡ８ｌＯ的线性增益调节范围为一４０～４０ｄＢ，如图２所示。但经实际电路测试当增益高于３０ｄＢ时，电路容易出现自激振荡，此处采用两级ＶＣＡ８１０级联的方
值ｖ１≤１０ｍＶ。在Ａ、，＝６０ｄＢ时，输出端噪声电压的峰一峰值ＶｏＮＰＰ≤ｏ．３
Ｖ，３
ｄＢ通频带０～５／１０ＭＨｚ可选。在
通频带内增益起伏≤１ｄＢ，负载电阻（５０士２）Ｑ，最大输出电压正弦波有效值ｖｏ≥ｌｏＶ，输出信号波形无明显失真。１１．１
系统总体设计及理论分析系统总体设计
本系统可分为４个模块，如图１所示。第１部分为输
入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输
入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适合后级处理的电压范围；第２部分为分
匝卧＋亡亟ｊ咂圈
Ｌ—１ｉ［—ｊ
２０１
系统难点！
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）
万方数据
７年第１期
羊哼机乌嵌入式系＇毛应内
９
式实现一４０～４０ｄＢ的动态范围。固定增益放大器增益设定为１０ｄＢ。以ＴＨＳ３００１为核心的后级功放电路增益设定为３０ｄＢ。因此，该系统增益调节范围为Ｏ～８０ｄＢ。
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ｄ
冀
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（ａ）运放常规供电模式（ｂ）改进后的电源供电方式
图３
运放常规供电方式和改进后的供电方式
输出电压为±１２Ｖ左右。图４（ａ）为最大不失真输出电压的波形，此时的输入电压为士２．５Ｖ，频率为１ＭＨｚ，图４
图２
ＶＣＡ８１０增益变化范围
（ｂ）为同样输入士２．５Ｖ、１ＭＨｚ信号时的输出波形，可见
１．３运放扩压输出的理论分析
当系统负载电阻为（５０士２）ｎ时，最大输出电压Ｖ。≥
１０
信号已经严重截止失真。
Ｖ，则由公式Ｐ一盯／Ｒ。，可得，系统输出功率的最大值
为Ｐ。，一１０２／（５０一２）一２．０８（Ｗ）。经前置放大和中放电
路放大后，不具备驱动负载的能力，需经末级功率放大电
路放大后才能达到系统对输出功率的要求。
考虑到除高压运放以外，一般运放的最大输出电压在供电电压为士１５Ｖ时仅有士１２Ｖ左右，不能满足输出
ｌｏ
宙铆丑簿
——输出信号………一输入信号
（ａ）改进型电源供电运放最大输出波形
Ｖ有效值的要求。此处采用浮动运放电源电压的方法
将输出电压幅度扩展，利用互补对称功放电路将输出电流增大。
运算放大器的常规电源供电方式如图３（ａ）所示。电源供电直接取自稳压电源如图３（ｂ）所示，运放的供电电压不再直接取自稳压电源，而是由两个三极管的发射机提
图４
——输出信号………～输入信号
（ｂ）普通电源运放输入相同信号时的输出波形
两种供电方式下的运放输出仿真波形
供。Ｒ１一Ｒ２一Ｒ３一Ｒ４，忽略Ｖ。压降，则运放的供电电
压为：
２核心硬件电路设计
（Ｖ＋）一号（ｕ—ｖｏ）＋Ｖ。一１５＋虿Ｖｏ
（Ｖ一）＝寺（一Ｖ。。一Ｖ。）＋Ｖｏ一一１５＋百Ｖ
ｏ
（１）２．１
可变增益电路
可变增益模块选用ＴＩ公司的高增益可调宽带压控放
（２）
大器ＶＣＡ８１０，其特性包括高增益可调范围一４０～＋４０
ｄＢ，增益控制准确度士１．５ｄＢ（高精度型号为士０．９ｄＢ），差分输入单端输出，不变的增益带宽３５
（ｖ＋）一（ｖ一）一１５＋≥一１５＋导一３０Ｖ
（３）
ＭＨｚ，倒Ｖ增益
由于三极管的作用，运算放大器的供电电压随输出电
线性度士０．３ｄＢ，增益控制带宽２５ＭＨｚ，低输出ＩＸ：误差小于４０ｍＶ，高输出电流土６０ｍＡ，低工作电流２４．８ｍＡｃ“。
ＶＣＡ８１０的工作原理是通过对其引脚３施加直流电
压的变化而变化，但是运放的正负供电电压之差则保持
不变。
经Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件仿真，将图３中两种运算放大器的最大输出电压进行比较，两电路均设置为放大１０倍的反相放大器。仿真结果显示，图３（ｂ）电源接法放大器最大输出为士２４Ｖ左右，图３（ａ）常规电源接法放大器的最大
压来控制增益的大小。控制电压与增益的函数关系
式为：
，、，、
ＧＩ音）＝１０－２‘Ｖ十１’
（４）
１０
万方数据
Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ
２０１
１年第１期
ＷＷＷ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
００３
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Ｇ（ｄＢ）一一４０（Ｖ，＋１）ｄＢ（５）
电流放大部分采用ＭＯＳＦＥＴＩＲＦ９６１０和ＩＲＦ６１０搭建的甲乙类放大器放大ＴＨＳ３００１输出的信号，电路如图
６所示。ＩＲＦ６１０、ＩＲＦ９６１０属于Ｖｉｓｈａｙ公司的第３代
ＰｏｗｅｒＭ（）ＳＦＥＴ，为设计者提供了转换快速、坚固耐用、低
当Ｖ。从０Ｖ变化到一２Ｖ时，增益从－－４０ｄＢ线性地变化到＋４０ｄＢ。另外，当ｖｃ电压超过０Ｖ时，增益为
一８０ｄＢ。
ＶＣＡ８１０电路原理图如图５所示，为了系统的稳定性，此处采用两片ＶＣＡ８ｌｏ级联实现８０ｄＢ的动态范围，增益控制方式有手动和预设两种。
导通阻抗和高效益的强力组合。３
３．１
测试
。
测试条件
在室温２５℃，普通实验室条件下，采用扫频仪对系统
进行幅频特性测试，采用信号源、示波器对系统的放大倍
数进行测试。
３．２测试方案及数据
通过函数发生器产生０～１５ＭＨｚ有效值１Ｖ的正弦
波，然后经过－－４０ｄＢ衰减器，产生有效值为１０ｍＶ的待测信号。通过按键输入放大器预设增益，用双踪示波器分别观测系统输入和输出信号的大小。图７为部分测试结果的
图５
ＶＣＡ８１０可控增益放大电路图
折线图，系统最大增益达８０ｄＢ，带内增益起伏小于１ｄＢ。
在增益为４０ｄＢ时，增大输入信号幅度，观察５０ｎ负载上的最大不失真输出信号幅度，经测试，最大不失真电压峰峰值为４２Ｖ。
在增益为６０ｄＢ时，将输入端与地短接，测出输出端噪声电压的峰峰值为０．２Ｖ。
当工作在手动模式时，通过电位器分压来提供Ｖ。信
号，当工作在预设模式时，通过键盘输入增益值，然后经过
单片机Ｄ／Ａ输出提供Ｖ。信号。
２．２功率放大电路
此模块要对前级可控增益放大模块输出的信号进行功率放大，最后驱动５０Ｑ的负载电阻。如图６所示，此处设计利用前文分析到的运放扩压输出电路先对信号进行电压放大，然后进行电流放大，继而完成功率放大的功能。
ＴＨＳ３００１具有高达６
４２０
５００
３．３测试结果分析
由以上数据可知，系统在输出功率方面有良好的性能，输出功率可达４．４１Ｗ，超过设计指标２Ｗ的要求。最大不失真输出电压为峰峰值４２Ｖ，比Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件仿真
Ｖ／ｖｓ的转换速率，
最大不失真输出电压峰峰值４８Ｖ小６Ｖ，考虑到三极管参数不完全对称等器件的实际情况，此结果可证明改进型
ＭＨｚ的一３ｄＢ带宽和良好的带内平坦度，在１１０ＭＨｚ
时，增益仅下降０．１ｄＢ；大信号应用时具有４０ｒｌ￥的建立
时间；差分增益误差小于０．０１％，差分相位误差小于０．０２％；非线性失真小于一９６ｄＢ；电源电压可在士４．５～
运放供电电路切实有效。可变增益范围为Ｏ～８０ｄＢ，若在ＶｃＡ８１０模块中增加频率补偿和前后匹配等相关措施，增
益动态范围仍可进一步扩展，８０ｄＢ时失真度仍然很小，有
进一步提高增益的可能性。Ｏ～６０ｄＢ增益范围内系统的噪声抑制特性良好。测试过程中的误差主
Ｒｌ
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要来源于电磁干扰，以及信号源的噪声电平。
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一
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图６末级功率放大电路
结语
宽带放大器以压控增益放大器ＶＣＡ８１０和
Ｒ８
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Ｒ９
‰上ｓ上６上，上ａ
超高速电流反馈放大器ＴＨＳ３００１为核心，利用数字技术实现增益的预设，总增益范围为０～８０ｄＢ，通频带为０～１５ＭＨｚ，最大输出电压峰峰值达４２Ｖ。前置放大器采用低噪声电压反馈宽带放大器ＯＰＡ２６９０，大大提高输入电阻。后级功率放大采用运放扩压和扩流输出电路，有效地提高了系统的带负载能力。
ｌｍ
Ｄ２
Ｑ２”
ＩＲＦ９６ｌＯ
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）万方数据
２０１１年第１期
羊哼机乌嵌入式系惋应国
１１
圈７同频带内增益测试数据
系统采取多种抗干扰措施，包括接地环、光电耦合隔离数字模拟、屏蔽盒等，实现了较高的精度，具有良好的噪声性能和较低的功耗。系统界面友好，操作简单。＿乏
参考文献
［１］庞佑兵，梁伟．电压反馈和电流反馈运算放大器的比较［Ｊ］．
微电子学，２００３，３３（２）：１３９．
［２］张剑平．程控放大器及其精度研究［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，
２７（６）．
［４］赵碧杉，曾攀，谢桂辉．一种可编程宽带放大器的设计［Ｊ］．电
子设计工程，２００９，１７（７）．
［５］王国伟，施树春．可编程宽带运算放大器的设计与实现［Ｊ］．
武汉理工大学学报，２００８，３０（３）：３７８—３８１．
［６３方元坤，潘仲明，杨涛．Ｃｙｍｂａｌ型复合压电作动器微进给技
术研究［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００５（１２）：５２—５４．
王康、胡航宇，研究方向为通信工程；耿东呢，研宛方向为光电显示。
（收稿辟期；２０１０－０８－１７）
［３］王俊杰，黄心汉．程控增益放大器和自动调整增益放大器的
设计［Ｊ］．电子技术应用，１９９８（４）．
Ｄ第三，媒体是嵌入式系统会议积极的组织者，应积
极探索符合现实情况的办会模式。除了传统的厂商资助
方式外，听众收费参会和大型电子展资助是近年逐渐被认
够再创辉煌。誓
参考文献
［１］天津市计算机学会单片机分会．２００３年全国单片机及嵌入
式系统学术年会论文集［Ｃ］．北京航空航天大学出版社，
２００３．
可的模式。重要的是，媒体应认识到，嵌入式系统会议是媒体在互联网外接触市场和用户、拓展业务的有效途径，而不应把会议简单地看做盈利的手段之一。把握行业动向、企业和用户需求，提高会议质量，是当前的重要工作。
总之，我们有理由相信，在业界携手努力下，以今天几大电子会议为龙头的嵌入式系统会议、政府和行业协会主导的嵌入式系统会议、民间倡导的嵌入式系统会议为基
［２］２００４年第５届嵌入式系统学术交流展示会议和论坛讲义文
稿［Ｊ］．电子产品世界，２００４（９）．
［３］ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｅｍｂｅｄｄｅｄ—ｗｏｒｌｄ．ｄｅ／ｅｎ／ｒｅｖｉｅｗ／．
［４］ｈｔｔｐ：／／ｅｓｅ－ｂｏｓｔｏｎ．ｔｅｃｈｉｎｓｉｇｈｔｓｅｖｅｎｔｓ．ｃｏｍ／．
［５］恩智浦公司．１５０ＭＨｚＬＰＣＩ８００ＭＣＵ具有业界最高的
ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３性能，２０１０．
础，假以时日，会形成一两个最具影响力的中国嵌入式系
统会议。作为在国际电子设计界颇具影响力，曾在中国嵌入式系统发展中起到重要作用的嵌入式系统会议，一定能
［６］何小庆．ＡＲＭ与英特尔之争：超越了半导体技术［ｃ］．嵌入
式软件和软件集成主题讨论会文集，２００９．
（收稿日期１２０１０—１０—１２）
１２
Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ
２０１
１年第１期
ＷＷＷ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ＣＲ
万方数据
一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王康， 胡航宇， 耿东晛， Wang Kang， Hu Hangyu， Geng Dongxian电子科技大学,通信与信息工程学院,成都,611731单片机与嵌入式系统应用
MICROCONTROLLERS & EMBEDDED SYSTEMS2011,11(1)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dpjyqrsxtyy201101004.aspx
一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
王康，胡航宇。耿东睨
（电子科技大学通信与信息工程学院，成都６１１７３１）
摘要：本文设计并制作了Ｏ～１５ＭＨｚ带宽的宽带放大器，放大器可放大不低于１ｍＶ的有效值信号，增益０～８０ｄＢ预
设或手动可调，最大输出电压峰峰值为４２Ｖ，在通频带范围内起伏增益１ｄＢ左右，放大器在增益为６０ｄＢ的时候，输出
噪声电压的峰碑值为２００
ｍＶ，通过单片机控制可以实现电压增益和放大器的带宽可预置并显示的功能。整个系统工
作可靠、稳定，而且成本低、效率高。
关键词：宽带放大器；高增益；可编程；单片机；ＶＣＡ８１０
中图分类号：ＴＮ７２２
文献标识码：Ａ
ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＨｉｇｈ－ｇａｉｎＢｒｏａｄｂａｎｄＡｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒ
Ｗａｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｌｉｆｙ１ｍＶ
Ｋａｎｇ，ＨｕＨａｎｇｙｕ，ＧｅｎｇＤｏｎｇｘｉａｎ
Ｗｅａｋ
Ｓｉｇｎａｌ
ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，６１１７３１Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｃｈｉｎａ）
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ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｗｉｄｅｂａｎｄａｍｐｌｉｆｉｅｒｗｈｏｓｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｓｆｒｏｍＤＣ
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１５
ＭＨｚｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｉｓａｍｐｌｉｆｉｅｒ
ｏｕｔｐｕｔ
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ｆｒｏｍ０ｄＢｔｏ８０ｄＢｄｅｆａｕｌｔ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｏａｄｂａｎｄａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｈｉｇｈ－ｇａｉｎ；ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ；ＭＣＵ；ＶＣＡ８１０
档滤波模块，设计有５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ两个低通滤波器，通
引言
在自动控制及自动测量系统中，需要把一些非电量
过低噪声继电器切换，满足带宽可预设的要求；第３部分
为可控增益放大模块，实现８０ｄＢ的动态增益变化；第４部分为功率放大模块，驱动５０Ｑ负载。
本系统的难点在动态增益和功率输出两个方面，下面
（如温度、转速、压力）等参数通过传感器转变成电信号，这些微弱的电信号经放大后就可以推动测量、记录机构或控
制执行机构，从而实现自动控制或自动测量。
本文设计的放大器具有低噪声、高增益的特点。整体设计要求放大器的最大电压增益为８０ｄＢ，输入电压有效
对其进行理论分析。
１．２动态增益的理论分析
设计指标要求增益动态范围为８０ｄＢ，将８０ｄＢ分配在固定增益放大、可控增益放大和功率放大３个模块。先确定可控增益放大模块的增益动态范围，就可以方便地分配另两个模块的增益。
由于ＶＣＡ８ｌＯ的线性增益调节范围为一４０～４０ｄＢ，如图２所示。但经实际电路测试当增益高于３０ｄＢ时，电路容易出现自激振荡，此处采用两级ＶＣＡ８１０级联的方
值ｖ１≤１０ｍＶ。在Ａ、，＝６０ｄＢ时，输出端噪声电压的峰一峰值ＶｏＮＰＰ≤ｏ．３
Ｖ，３
ｄＢ通频带０～５／１０ＭＨｚ可选。在
通频带内增益起伏≤１ｄＢ，负载电阻（５０士２）Ｑ，最大输出电压正弦波有效值ｖｏ≥ｌｏＶ，输出信号波形无明显失真。１１．１
系统总体设计及理论分析系统总体设计
本系统可分为４个模块，如图１所示。第１部分为输
入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输
入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适合后级处理的电压范围；第２部分为分
匝卧＋亡亟ｊ咂圈
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系统难点！
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）
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羊哼机乌嵌入式系＇毛应内
９
式实现一４０～４０ｄＢ的动态范围。固定增益放大器增益设定为１０ｄＢ。以ＴＨＳ３００１为核心的后级功放电路增益设定为３０ｄＢ。因此，该系统增益调节范围为Ｏ～８０ｄＢ。
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（ａ）运放常规供电模式（ｂ）改进后的电源供电方式
图３
运放常规供电方式和改进后的供电方式
输出电压为±１２Ｖ左右。图４（ａ）为最大不失真输出电压的波形，此时的输入电压为士２．５Ｖ，频率为１ＭＨｚ，图４
图２
ＶＣＡ８１０增益变化范围
（ｂ）为同样输入士２．５Ｖ、１ＭＨｚ信号时的输出波形，可见
１．３运放扩压输出的理论分析
当系统负载电阻为（５０士２）ｎ时，最大输出电压Ｖ。≥
１０
信号已经严重截止失真。
Ｖ，则由公式Ｐ一盯／Ｒ。，可得，系统输出功率的最大值
为Ｐ。，一１０２／（５０一２）一２．０８（Ｗ）。经前置放大和中放电
路放大后，不具备驱动负载的能力，需经末级功率放大电
路放大后才能达到系统对输出功率的要求。
考虑到除高压运放以外，一般运放的最大输出电压在供电电压为士１５Ｖ时仅有士１２Ｖ左右，不能满足输出
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——输出信号………一输入信号
（ａ）改进型电源供电运放最大输出波形
Ｖ有效值的要求。此处采用浮动运放电源电压的方法
将输出电压幅度扩展，利用互补对称功放电路将输出电流增大。
运算放大器的常规电源供电方式如图３（ａ）所示。电源供电直接取自稳压电源如图３（ｂ）所示，运放的供电电压不再直接取自稳压电源，而是由两个三极管的发射机提
图４
——输出信号………～输入信号
（ｂ）普通电源运放输入相同信号时的输出波形
两种供电方式下的运放输出仿真波形
供。Ｒ１一Ｒ２一Ｒ３一Ｒ４，忽略Ｖ。压降，则运放的供电电
压为：
２核心硬件电路设计
（Ｖ＋）一号（ｕ—ｖｏ）＋Ｖ。一１５＋虿Ｖｏ
（Ｖ一）＝寺（一Ｖ。。一Ｖ。）＋Ｖｏ一一１５＋百Ｖ
ｏ
（１）２．１
可变增益电路
可变增益模块选用ＴＩ公司的高增益可调宽带压控放
（２）
大器ＶＣＡ８１０，其特性包括高增益可调范围一４０～＋４０
ｄＢ，增益控制准确度士１．５ｄＢ（高精度型号为士０．９ｄＢ），差分输入单端输出，不变的增益带宽３５
（ｖ＋）一（ｖ一）一１５＋≥一１５＋导一３０Ｖ
（３）
ＭＨｚ，倒Ｖ增益
由于三极管的作用，运算放大器的供电电压随输出电
线性度士０．３ｄＢ，增益控制带宽２５ＭＨｚ，低输出ＩＸ：误差小于４０ｍＶ，高输出电流土６０ｍＡ，低工作电流２４．８ｍＡｃ“。
ＶＣＡ８１０的工作原理是通过对其引脚３施加直流电
压的变化而变化，但是运放的正负供电电压之差则保持
不变。
经Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件仿真，将图３中两种运算放大器的最大输出电压进行比较，两电路均设置为放大１０倍的反相放大器。仿真结果显示，图３（ｂ）电源接法放大器最大输出为士２４Ｖ左右，图３（ａ）常规电源接法放大器的最大
压来控制增益的大小。控制电压与增益的函数关系
式为：
，、，、
ＧＩ音）＝１０－２‘Ｖ十１’
（４）
１０
万方数据
Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ
２０１
１年第１期
ＷＷＷ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
００３
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Ｇ（ｄＢ）一一４０（Ｖ，＋１）ｄＢ（５）
电流放大部分采用ＭＯＳＦＥＴＩＲＦ９６１０和ＩＲＦ６１０搭建的甲乙类放大器放大ＴＨＳ３００１输出的信号，电路如图
６所示。ＩＲＦ６１０、ＩＲＦ９６１０属于Ｖｉｓｈａｙ公司的第３代
ＰｏｗｅｒＭ（）ＳＦＥＴ，为设计者提供了转换快速、坚固耐用、低
当Ｖ。从０Ｖ变化到一２Ｖ时，增益从－－４０ｄＢ线性地变化到＋４０ｄＢ。另外，当ｖｃ电压超过０Ｖ时，增益为
一８０ｄＢ。
ＶＣＡ８１０电路原理图如图５所示，为了系统的稳定性，此处采用两片ＶＣＡ８ｌｏ级联实现８０ｄＢ的动态范围，增益控制方式有手动和预设两种。
导通阻抗和高效益的强力组合。３
３．１
测试
。
测试条件
在室温２５℃，普通实验室条件下，采用扫频仪对系统
进行幅频特性测试，采用信号源、示波器对系统的放大倍
数进行测试。
３．２测试方案及数据
通过函数发生器产生０～１５ＭＨｚ有效值１Ｖ的正弦
波，然后经过－－４０ｄＢ衰减器，产生有效值为１０ｍＶ的待测信号。通过按键输入放大器预设增益，用双踪示波器分别观测系统输入和输出信号的大小。图７为部分测试结果的
图５
ＶＣＡ８１０可控增益放大电路图
折线图，系统最大增益达８０ｄＢ，带内增益起伏小于１ｄＢ。
在增益为４０ｄＢ时，增大输入信号幅度，观察５０ｎ负载上的最大不失真输出信号幅度，经测试，最大不失真电压峰峰值为４２Ｖ。
在增益为６０ｄＢ时，将输入端与地短接，测出输出端噪声电压的峰峰值为０．２Ｖ。
当工作在手动模式时，通过电位器分压来提供Ｖ。信
号，当工作在预设模式时，通过键盘输入增益值，然后经过
单片机Ｄ／Ａ输出提供Ｖ。信号。
２．２功率放大电路
此模块要对前级可控增益放大模块输出的信号进行功率放大，最后驱动５０Ｑ的负载电阻。如图６所示，此处设计利用前文分析到的运放扩压输出电路先对信号进行电压放大，然后进行电流放大，继而完成功率放大的功能。
ＴＨＳ３００１具有高达６
４２０
５００
３．３测试结果分析
由以上数据可知，系统在输出功率方面有良好的性能，输出功率可达４．４１Ｗ，超过设计指标２Ｗ的要求。最大不失真输出电压为峰峰值４２Ｖ，比Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件仿真
Ｖ／ｖｓ的转换速率，
最大不失真输出电压峰峰值４８Ｖ小６Ｖ，考虑到三极管参数不完全对称等器件的实际情况，此结果可证明改进型
ＭＨｚ的一３ｄＢ带宽和良好的带内平坦度，在１１０ＭＨｚ
时，增益仅下降０．１ｄＢ；大信号应用时具有４０ｒｌ￥的建立
时间；差分增益误差小于０．０１％，差分相位误差小于０．０２％；非线性失真小于一９６ｄＢ；电源电压可在士４．５～
运放供电电路切实有效。可变增益范围为Ｏ～８０ｄＢ，若在ＶｃＡ８１０模块中增加频率补偿和前后匹配等相关措施，增
益动态范围仍可进一步扩展，８０ｄＢ时失真度仍然很小，有
进一步提高增益的可能性。Ｏ～６０ｄＢ增益范围内系统的噪声抑制特性良好。测试过程中的误差主
Ｒｌ
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Ｄｌ
要来源于电磁干扰，以及信号源的噪声电平。
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图６末级功率放大电路
结语
宽带放大器以压控增益放大器ＶＣＡ８１０和
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‰上ｓ上６上，上ａ
超高速电流反馈放大器ＴＨＳ３００１为核心，利用数字技术实现增益的预设，总增益范围为０～８０ｄＢ，通频带为０～１５ＭＨｚ，最大输出电压峰峰值达４２Ｖ。前置放大器采用低噪声电压反馈宽带放大器ＯＰＡ２６９０，大大提高输入电阻。后级功率放大采用运放扩压和扩流输出电路，有效地提高了系统的带负载能力。
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ＩＲＦ９６ｌＯ
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）万方数据
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羊哼机乌嵌入式系惋应国
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圈７同频带内增益测试数据
系统采取多种抗干扰措施，包括接地环、光电耦合隔离数字模拟、屏蔽盒等，实现了较高的精度，具有良好的噪声性能和较低的功耗。系统界面友好，操作简单。＿乏
参考文献
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王康、胡航宇，研究方向为通信工程；耿东呢，研宛方向为光电显示。
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［３］王俊杰，黄心汉．程控增益放大器和自动调整增益放大器的
设计［Ｊ］．电子技术应用，１９９８（４）．
Ｄ第三，媒体是嵌入式系统会议积极的组织者，应积
极探索符合现实情况的办会模式。除了传统的厂商资助
方式外，听众收费参会和大型电子展资助是近年逐渐被认
够再创辉煌。誓
参考文献
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式系统学术年会论文集［Ｃ］．北京航空航天大学出版社，
２００３．
可的模式。重要的是，媒体应认识到，嵌入式系统会议是媒体在互联网外接触市场和用户、拓展业务的有效途径，而不应把会议简单地看做盈利的手段之一。把握行业动向、企业和用户需求，提高会议质量，是当前的重要工作。
总之，我们有理由相信，在业界携手努力下，以今天几大电子会议为龙头的嵌入式系统会议、政府和行业协会主导的嵌入式系统会议、民间倡导的嵌入式系统会议为基
［２］２００４年第５届嵌入式系统学术交流展示会议和论坛讲义文
稿［Ｊ］．电子产品世界，２００４（９）．
［３］ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｅｍｂｅｄｄｅｄ—ｗｏｒｌｄ．ｄｅ／ｅｎ／ｒｅｖｉｅｗ／．
［４］ｈｔｔｐ：／／ｅｓｅ－ｂｏｓｔｏｎ．ｔｅｃｈｉｎｓｉｇｈｔｓｅｖｅｎｔｓ．ｃｏｍ／．
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ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３性能，２０１０．
础，假以时日，会形成一两个最具影响力的中国嵌入式系
统会议。作为在国际电子设计界颇具影响力，曾在中国嵌入式系统发展中起到重要作用的嵌入式系统会议，一定能
［６］何小庆．ＡＲＭ与英特尔之争：超越了半导体技术［ｃ］．嵌入
式软件和软件集成主题讨论会文集，２００９．
（收稿日期１２０１０—１０—１２）
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１年第１期
ＷＷＷ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ＣＲ
万方数据
一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王康， 胡航宇， 耿东晛， Wang Kang， Hu Hangyu， Geng Dongxian电子科技大学,通信与信息工程学院,成都,611731单片机与嵌入式系统应用
MICROCONTROLLERS & EMBEDDED SYSTEMS2011,11(1)
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