射频宽带放大器的设计与实现
本文以“射频宽带放大器的设计与实现”作为研究对象,将设计一款能够实现100MHz频率输入范围的放大器系统,该系统不仅能够实现交流信号放大,更能够对直流信号进行放大,在输出方面,输出电压摆动范围可以达到3V峰峰值,能够非常稳健的对50欧姆负载进行驱动,并且能够实现最大90mA的电流输出。在输入输出阻抗上,为了与常用的射频器件相兼容,将阻抗值设定在50欧姆,这样在将该放大器其他射频系统进行信号放大时,能够以最小的射频信号反射量进行增益。值得一提的是,本放大器系统能够实现手动的增益控制,控制精度可以达到0.01dB的变化,另外本文将通过Multisim仿真软件实现对该直流宽带放大器的仿真,通过该平台设计一个该放大器的软件文件,通过运行可以直接看到放大器系统的实际现象,最终通过实物制作实现了所有预期的功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 射频宽带放大器的发展背景 1
（二） 设计内容 1
二、 方案设计 2
三、 硬件电路设计 3
（一） THS3201高速电流反馈型运算放大器设计 3
1. 低噪声放大器方案选择及电流反馈型概念简介 3
2. 低噪声放大器电路设计 4
（二） VCA821压控增益放大器子电路设计 5
1. VCA821压控增益放大器芯片简介 5
2. 压控增益放大器电路设计 5
（三） 功率放大电路设计 7
1. THS3001功率放大器芯片简介 7
2. THS3001电路设计 7
（四） 系统电源管理电路设计 8
1. LM7805/LM7905三端稳压器芯片简介 8
2. 降压稳压电路设计 9
（五） 整体电路设计 10
四、 Multisim仿真设计 12
（一） THS3201高速电流反馈型运算放大电路仿真设计 12
（二） VCA821压控增益放大电路仿真设计 13
（三） 功率放大电路仿真设计 14
总结 16
参考文献 17
致谢 18
引言
射频宽带放 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
大器的发展背景
本课题将对射频宽带放大器系统作为研究目标并应用了集成放大器来作为这种系统的主控核心部分，通过软硬件系统的配置实现了一种能够对射频信号进行电压放大、功率放大和压控增益放大效果的电子系统，本论文构建的这种类型的射频宽带放大器系统是对当前市场上现有产品成果的一次或多或少的增加，这次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对目前相关射频宽带放大器系统研究现状的改进和增加。以集成芯片作为核心的射频宽带放大器系统里面高性能运放以及压控增益放大器芯片作为最为关键的一部分，通过合理的布局设计以及电路的设计，将对射频信号表现出优秀的增益效果。由于传统射频宽带放大器系统在长时间的使用过程中出现了很多无法避免的问题，研究人员正在不断积极探究解决这些存在问题的有效措施和可行办法，其中应用集成芯片来作为核心的射频宽带放大器系统是最为妥善的一套措施。
设计内容
本文以“射频宽带放大器的设计与实现”作为研究课题,设计了一款能够手控增益的放大器系统,通过器件选择、电路设计、PCB设计以及系统仿真,最终实现了如下指标：
1、输入输出阻抗为50欧姆；
2、最大增益为60dB,并且可以实现增益的手动调节,调节范围为0至60dB；
3、输入信号最大值为1mV有效值,输出最大为1V峰峰值；
4、放大器—3dB带宽为100MHz,能够实现直流信号放大；
5、输出噪声有效值小于50mV。
方案设计
本章对放大器硬件系统的原理框图进行设计，如下图21所示，直流宽带放大器系统的前置放大器部分由THS3201运算放大器构成的负反馈环路组成，实现20dB的固定增益；第二级为增益可控级，由VCA821芯片构成，通过电位器构成的直流分压模块来进行第二级放大器的增益控制，控制范围为—20dB至40dB。
稳压电源部分采用LM7805和LM7905两款稳压芯片构成，为放大器芯片提供稳定的正负5V电压，确保放大器稳定工作。
图21 整体系统框图
硬件电路设计
THS3201高速电流反馈型运算放大器设计
低噪声放大器方案选择及电流反馈型概念简介
由于系统要实现在最大增益为60dB时输出噪声有效值小于50mV的指标，因此这个指标对于放大器电路的设计方案要求极高，近似于苛刻，而作为整个射频放大器的第一级电路来说，对于其噪声参数性能要求最高，在一些精密的射频放大器中第一级放大器电路通常以低噪声放大器作为输入，通过资料的查阅，目前性能较高的射频放大器的第一级电路噪声增益不会大于8dB，并且第一级电路通常不会采用集成式运算放大器等芯片来作为核心部分，相反采用结构更为简单的分立式射频三极管来搭建放大器电路结构，这样带来的好处是使得第一级放大器电路中有源器件数量大幅度减少，而根据模拟电子知识我们知道电路中噪声的最大来源就是有源器件（三极管等）在工作时自身产生的电压电流噪声，所以低噪声放大器电路中的三极管等有源器件不会超过5个，而单片普通的运算放大器芯片中的有源器件则由几十甚至上百个之多。
经过上述分析，虽然在本课题设计的这款射频宽带放大器系统中采用分立式放大器电路来作为第一级更能有效的降低噪声大小，提升系统对噪声的抑制能力，然后本系统最终要实现0~100MHz宽频带范围内的射频信号放大，要实现一个这么宽频带的分立式放大器，难度极高，射频三极管不易挑选，并且其设计难度非常大，要综合多门射频电路、微波电路的知识才能够设计出来，所以非常不适合本系统。而通过对目前各大模拟半导体芯片公司最新技术的查阅，可以发现德州仪器、亚德诺等公司最新推出的高速电流负反馈型运算放大器的噪声性能已经得到了大幅度的优化，大部分这种类型的运放芯片在实现高增益的同时，噪声增益不会大于12dB，德州仪器公司推出的THS3201型1.8GHz的低失真型电流反馈型运放芯片的噪声增益已经可以做到11dB。
其增益带宽积为1.8GHz，即在放大一倍时截止频率可以达到1.8GHz，而在放大10倍时的频率带宽可以达到520MHz以上，这里需要说明的是电流反馈型运放的概念是一种崭新的运放生产技术，我们过去接触到的运放全部是电压反馈型运放，普通运放有增益带宽积的概念，举个最简单的例子，假如一款电压反馈型运放的增益带宽积为1.8GHz，在通过这款芯片对输入信号进行10倍放大时，其3dB带宽（截止频率）最大可以达到180MHz（1.8G/10）；而若一款电流反馈型运放的增益带宽积为1.8GHz，在通过这款芯片对输入信号进行10倍放大时，其3dB带宽（截止频率）最大可以达到520MHz以上，可见电流反馈型运放已经没有了增益带宽积的概念，这种运放特别适合处理高频信号。
低噪声放大器电路设计
目录
一、 引言 1
（一） 射频宽带放大器的发展背景 1
（二） 设计内容 1
二、 方案设计 2
三、 硬件电路设计 3
（一） THS3201高速电流反馈型运算放大器设计 3
1. 低噪声放大器方案选择及电流反馈型概念简介 3
2. 低噪声放大器电路设计 4
（二） VCA821压控增益放大器子电路设计 5
1. VCA821压控增益放大器芯片简介 5
2. 压控增益放大器电路设计 5
（三） 功率放大电路设计 7
1. THS3001功率放大器芯片简介 7
2. THS3001电路设计 7
（四） 系统电源管理电路设计 8
1. LM7805/LM7905三端稳压器芯片简介 8
2. 降压稳压电路设计 9
（五） 整体电路设计 10
四、 Multisim仿真设计 12
（一） THS3201高速电流反馈型运算放大电路仿真设计 12
（二） VCA821压控增益放大电路仿真设计 13
（三） 功率放大电路仿真设计 14
总结 16
参考文献 17
致谢 18
引言
射频宽带放 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
大器的发展背景
本课题将对射频宽带放大器系统作为研究目标并应用了集成放大器来作为这种系统的主控核心部分，通过软硬件系统的配置实现了一种能够对射频信号进行电压放大、功率放大和压控增益放大效果的电子系统，本论文构建的这种类型的射频宽带放大器系统是对当前市场上现有产品成果的一次或多或少的增加，这次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对目前相关射频宽带放大器系统研究现状的改进和增加。以集成芯片作为核心的射频宽带放大器系统里面高性能运放以及压控增益放大器芯片作为最为关键的一部分，通过合理的布局设计以及电路的设计，将对射频信号表现出优秀的增益效果。由于传统射频宽带放大器系统在长时间的使用过程中出现了很多无法避免的问题，研究人员正在不断积极探究解决这些存在问题的有效措施和可行办法，其中应用集成芯片来作为核心的射频宽带放大器系统是最为妥善的一套措施。
设计内容
本文以“射频宽带放大器的设计与实现”作为研究课题,设计了一款能够手控增益的放大器系统,通过器件选择、电路设计、PCB设计以及系统仿真,最终实现了如下指标：
1、输入输出阻抗为50欧姆；
2、最大增益为60dB,并且可以实现增益的手动调节,调节范围为0至60dB；
3、输入信号最大值为1mV有效值,输出最大为1V峰峰值；
4、放大器—3dB带宽为100MHz,能够实现直流信号放大；
5、输出噪声有效值小于50mV。
方案设计
本章对放大器硬件系统的原理框图进行设计，如下图21所示，直流宽带放大器系统的前置放大器部分由THS3201运算放大器构成的负反馈环路组成，实现20dB的固定增益；第二级为增益可控级，由VCA821芯片构成，通过电位器构成的直流分压模块来进行第二级放大器的增益控制，控制范围为—20dB至40dB。
稳压电源部分采用LM7805和LM7905两款稳压芯片构成，为放大器芯片提供稳定的正负5V电压，确保放大器稳定工作。
图21 整体系统框图
硬件电路设计
THS3201高速电流反馈型运算放大器设计
低噪声放大器方案选择及电流反馈型概念简介
由于系统要实现在最大增益为60dB时输出噪声有效值小于50mV的指标，因此这个指标对于放大器电路的设计方案要求极高，近似于苛刻，而作为整个射频放大器的第一级电路来说，对于其噪声参数性能要求最高，在一些精密的射频放大器中第一级放大器电路通常以低噪声放大器作为输入，通过资料的查阅，目前性能较高的射频放大器的第一级电路噪声增益不会大于8dB，并且第一级电路通常不会采用集成式运算放大器等芯片来作为核心部分，相反采用结构更为简单的分立式射频三极管来搭建放大器电路结构，这样带来的好处是使得第一级放大器电路中有源器件数量大幅度减少，而根据模拟电子知识我们知道电路中噪声的最大来源就是有源器件（三极管等）在工作时自身产生的电压电流噪声，所以低噪声放大器电路中的三极管等有源器件不会超过5个，而单片普通的运算放大器芯片中的有源器件则由几十甚至上百个之多。
经过上述分析，虽然在本课题设计的这款射频宽带放大器系统中采用分立式放大器电路来作为第一级更能有效的降低噪声大小，提升系统对噪声的抑制能力，然后本系统最终要实现0~100MHz宽频带范围内的射频信号放大，要实现一个这么宽频带的分立式放大器，难度极高，射频三极管不易挑选，并且其设计难度非常大，要综合多门射频电路、微波电路的知识才能够设计出来，所以非常不适合本系统。而通过对目前各大模拟半导体芯片公司最新技术的查阅，可以发现德州仪器、亚德诺等公司最新推出的高速电流负反馈型运算放大器的噪声性能已经得到了大幅度的优化，大部分这种类型的运放芯片在实现高增益的同时，噪声增益不会大于12dB，德州仪器公司推出的THS3201型1.8GHz的低失真型电流反馈型运放芯片的噪声增益已经可以做到11dB。
其增益带宽积为1.8GHz，即在放大一倍时截止频率可以达到1.8GHz，而在放大10倍时的频率带宽可以达到520MHz以上，这里需要说明的是电流反馈型运放的概念是一种崭新的运放生产技术，我们过去接触到的运放全部是电压反馈型运放，普通运放有增益带宽积的概念，举个最简单的例子，假如一款电压反馈型运放的增益带宽积为1.8GHz，在通过这款芯片对输入信号进行10倍放大时，其3dB带宽（截止频率）最大可以达到180MHz（1.8G/10）；而若一款电流反馈型运放的增益带宽积为1.8GHz，在通过这款芯片对输入信号进行10倍放大时，其3dB带宽（截止频率）最大可以达到520MHz以上，可见电流反馈型运放已经没有了增益带宽积的概念，这种运放特别适合处理高频信号。
低噪声放大器电路设计
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