什麽是寬帶直流放大器？
1 系統設計方案
1．1 可控增益放大
可控增益放大由可變增益放大器(VGA)AD603實現的。AD603具有單通道、寬頻帶、低噪音、低畸變、高增益精度等特性，其內部是由R-2R梯形電阻網絡和固定增益放大器構成，施加在其梯型網絡輸入端的信號經衰減後，由固定增益放大器輸出，增益量是由增益控制接口參考電壓決定；而該參考電壓是通過單片機進行運算並控制D／A轉換器輸出其控制電壓來獲得的，從而實現較精確的數字控制。此外AD603能提供由直流到30 MHz以上的工作帶寬。電路集成度高，易於單片機控制，穩定性好，滿足系統要求。
1．2 後級功率放大
采用多片集成運算放大器並聯組成後級功率放大電路，通過改變放大器的增益實現不同倍數放大，多片放大器並聯可提供較大的輸出電流。多片集成運算放大器並聯放大電路結構較為簡單，易於實現，且輸出波形可無明顯失真。該系統選用高壓低失真電流反饋型放大器THS-3091，最大驅動電流可達350 mA，3片THS3091最大可提供為l050mA的電流，完全滿足系統設計要求。
1．3 濾波電路
根據系統設計要求，需要壹個5 MHz和10 MHz的低通濾波器，壹般集成濾波器和有源濾波電路都難以達到上述帶寬要求，且價格高。因此，該方案采用七階無源橢圓濾波器，該濾波器具有結構簡單、成本低廉、帶寬大，穩定性好，波動小等特點。並利用濾波器設計軟件filter solution快速設計出通帶波動小阻帶衰減大的濾波器。
2 系統硬件電路設計
系統總體設計方案如圖1所示，該系統由前級信號調理電路、可控增益電路、加法器電路、濾波選擇電路、後級程控放大電路和後級功率放大電路組成。
該系統設計的前級信號調理電路可對輸入信號進行阻抗匹配以及10倍放大，以提高輸入信號的信噪比；可控增益放大電路是以AD603為核心組成的，可對輸入信號實現-10～+30 dB的放大；加法器電路可實現對信號的零點漂移的有效調節，從而抑制零點漂移；以繼電器為核心的濾波器選擇電路可實現對信號的帶寬為5 MHz或1O MHz的選擇；由MAX309和THS309l組成的後級程控放大電路可對信號分別實現0．01，0．5，5，10倍的放大；功率放大電路由3片THS3091並聯構成，驅動50 Ω負載，輸出信號峰-峰值可達20 V且無明顯失真。
2．1 可控增益放大電路
可控增益放大電路是以可變增益放大器AD603為核心，信號直接輸入AD603的引腳3，引腳2輸入偏置電壓，並聯10 μF電容構成低通濾波器濾除輸入電壓噪音，引腳1的電平通過16位高精度D／A轉換器MAX541來調節增益放大，該的基準電壓是MAX6225的輸出電壓。AD603的5引腳與7引腳短接使其工作增益範圍為-10～+30 dB，帶寬為90 MHz狀態下，而其供電電壓通過10μF和0．1μF並聯接地去耦，提高系統穩定，抑制自激，如圖2所示。
2．2 後級程控放大電路
後級程控放大電路主要由模擬開關MAX309和THS3091構成，MAX309導通電阻約100Ω，可通過10 MHz以上的信號，容性負載小，使用方便，易於編程，可通過FPGA對MAx309進行開關選通，前級為同相放大，放大倍數為2倍，有利於信號隔離和傳輸，提高驅動負載能力，該電路可對輸入信號實現0．01、0．1、1、10倍的放大，如圖3所示。
2．3 後級功率放大電路
後級功率放大電路由3片THS3091並聯構成，±15V供電時，最大輸出電壓峰峰值可達20 V，根據該器件數據資料，THS3091輸出電流最大可達350 mA，為了達到輸出功率的要求，使用3個THS309l進行並聯，負載電阻由4只200Ω電阻並聯組成。信號由同相端輸入，增益設置為3．8倍，起到隔離和放大信號的作用。如圖4所示。
3 系統軟件設計
本系統軟件部分由以單片機為核心的最小系統構成，進入歡迎界面後通過ENTER鍵可進入主菜單界面。通過不同的按鍵可選擇不同的軟件設置，系統軟件設計有兩檔校準放大電路中零點漂移，自動校準和手動校準。按鍵2可對放大系統帶寬進行選擇，按鍵3可選擇增益調節方式為手動連續調節，按鍵4可對電壓增益進行預置，預置範圍為0～75 dB，步距為5 dB。對系統所有設置可實時顯示，人機交互界面友好，軟件設計詳細流程如圖5所示。
4 測試方案與測試結果
4．1 測試條件
對該帶寬直流放大器在28℃室溫的環境下進行測試，其而測試儀器及型號如下：直流穩壓電源，SGl733SB3A；60 M示波器，Tektronix TDS1002；數字信號源，Tektronix AFG310；PC機，聯想WindOWS XP；仿真機，E51／S偉福仿真機。
4．2 測試結果
表1給出在放大器的通頻帶為5 MHz，輸入信號有效值為20 mV，預置增益放大為40 dB的測試條件下，改變其輸入信號的頻率，所測得的輸出信號的峰峰值；表2給出在放大器的通頻帶為10 MHz，輸入信號有效值為5 mV，預置增益放大為60 dB的測試條件下，改變其輸入信號的頻率，所測得的輸出信號的峰峰值。其最大輸出電壓峰峰值為20 V。
5 結束語
以VGA AD603為放大器核心的寬帶直流放大器，實現了對0～10 MHz正弦信號的0～75 dB放大，帶寬可設置為5 MHz或10 MHz兩種，在50Ω負載下最大輸出電壓峰峰值為20 V。如果采用MSP430F449代替以單片機AT89C55WD和FPGA構成的最小系統的控制可以增加性價比，同時可進壹步減小噪聲。後級功率放大電路可采用±18 V代替±15 V，可進壹步將信號的峰峰值提高到28 V以上，同時後級應采取壹些保護措施(如加風扇)減小後級電路的溫度，增強系統穩定性。該系統設計采用PCB制作，可增加抗幹擾性，抑制自激，具有廣泛的市場空間。