增益可控射頻放大器的設(shè)計(jì)

大連海洋大學(xué)信息工程學(xué)院 張 妍 馬占軍

1.系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

增益可控射頻放大器的基本組成分為四個(gè)模塊：前置放大電路功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益放大，使其滿足中間級(jí)放大的初始要求；增益控制電路是通過對(duì)輸出電壓的調(diào)控實(shí)現(xiàn)增益變化；功率放大電路是實(shí)現(xiàn)功率放大，提升帶負(fù)載能力；穩(wěn)壓電源為三個(gè)模塊提供穩(wěn)定直流電壓。

2.模塊電路設(shè)計(jì)及仿真[2][3]

仿真采用德州儀器的仿真軟件TI-Tina，輸入的正弦波電壓V=20mV，頻率f=1MHz。

2.1 前置放大電路

前置放大電路采用的是兩級(jí)OPA690組成的電壓反饋型運(yùn)算放大器OPA2690以及其外圍電路。設(shè)定第一級(jí)的OPA690的增益僅為6dB，這樣不僅可以抑制共模信號(hào)，還能提高第一級(jí)電路的抗干擾能力。設(shè)定第二級(jí)的OPA690的增益為14dB，前置放大電路的總增益為20dB，雖然增益小，但是已經(jīng)將噪聲以及其他干擾因素消除，還在一定基礎(chǔ)上增加了輸入阻抗。

由圖1所示可以看出，前置放大模塊實(shí)現(xiàn)了20dB的增益，但是Vo1有2.5mV左右的偏置電壓，Vo2有12mV左右的偏置電壓。

2.2 增益控制電路

增益控制模塊使用了高增益控制運(yùn)算放大器VCA610，它的帶寬為25MHz，線性誤差只有0.2dB/V，增益控制范圍為-40dB～40dB，增益控制電壓，范圍為-2V～0V。由仿真知，當(dāng)VC=-1.5V時(shí)，電路實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的增益20dB，但是VCA610有較小的偏置電壓為4mV。

2.3 功率放大電路

功率放大電路的核心是運(yùn)算放大器THS3001和四個(gè)高速緩沖器BUF634。由于THS3001是電流反饋型的，所以在同向輸入端接輸入信號(hào)；反向輸入端為了確保電流高效率的反饋，接反饋環(huán)路。因THS3001的輸出電流小，而電路中要求輸出大的電流和輸出電壓擺幅，所以用四個(gè)并聯(lián)的高速緩沖器BUF634實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流，提高整個(gè)電路的帶負(fù)載能力。

圖1 前置放大電路及仿真圖

圖2 增益控制電路及仿真圖

圖3 功率放大電路及仿真圖

由圖3可知，功放電路可以達(dá)到20dB的增益，但是在Vo1處有37.5mV左右的偏置電壓存在，但是在Vo2處，偏置電壓消失，說明將BUF置于閉環(huán)反饋內(nèi)是非常有效的，可以消除偏置電壓。

2.4 穩(wěn)壓電源電路

為了滿足對(duì)不同芯片的供電要求，將220V交流電轉(zhuǎn)化成18V和5V的直流電，來對(duì)射頻放大器中的不同模塊進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的供電。

3.結(jié)語

隨著現(xiàn)代無線技術(shù)的飛速發(fā)展，射頻放大器在自控以及衛(wèi)星通信局域網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用的越來越廣泛。射頻放大器對(duì)模擬電路處理方面做了偏重研究，因此在得到了高帶寬的同時(shí)也很好的降低了電路中的噪聲。針對(duì)放大器的自激問題、偏置電壓?jiǎn)栴}、測(cè)試增益減少等問題，可以通過設(shè)置補(bǔ)償電阻，增加偏置電路對(duì)偏置電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換性能更加優(yōu)良的示波器和探頭等辦法解決和優(yōu)化。

[1]郭小鳳等.一種增益可控射頻放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)試,2015(19)：19-22.

[2]張誠(chéng).電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)——電路篇[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2014：229-237.

[3]甘國(guó)妹,梁榮才.增益可控射頻放大器設(shè)計(jì)方案的分析[J].玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào),2016(1)：37-41+48.