基于AVR單片機的可預置程控寬帶直流功率放大電路設計

　　2 系統硬件設計

　　2.1 程控放大及直流偏置調整電路

　　前級可控增益放大電路采用AD603壓控運放。AD603是一款溫度穩定性高、噪聲低、精密控制的可變增益放大器。其通頻帶為90 MHz，基本增益Gain(dB)=40VG+10。其中，VG是壓控輸入電壓，控制電壓范圍為-O.5～+O.5 V，所以該放大器設計增益為-10～+30 dB。從此式還可以看出，以dB作為單位的對數增益和控制電壓之間是線性的關系，只要單片機進行簡單的線性計算就可以控制對數增益，可以很準確地實現增益步進。

　　AD603的1、2腳為增益控制差分電壓輸入端，最大增益誤差為0.5 dB，壓控電壓由10位D/A轉換器TLC5615提供。TLC5615的2.5 V基準電壓由精密可調電壓源TL431提供，最大輸出電壓為5 V，輸出電壓分辨率是4.9 mV，所以AD603的分辨率約為O.2 dB。因此，通過單片機內預置數據表可以比較容易地實現增益步進1 dB的預置。為了設計方便，實際設計時把AD603的2腳接入0.6 V固定電壓，1腳電壓由D/A轉換器DAC5615提供，因此要求DAC5615輸出的電壓范圍為O.1～1.1 V，即可滿足要求。

　　普通的寬帶放大器一般不包括直流成分，級與級之間通過電容耦合，這樣可以有效地避免各級之間靜態工作點相互影響。本項目要求放大器放大的信號頻率可延伸至直流，由于實際測試發現AD603輸出含有與增益無關的直流電壓，因此需要在AD603之后設置一級直流偏置調整電路。實際電路如圖2所示。電路采用精密運放OPA690構成同相比例放大器，因前級電路的零點漂移電壓為正值，需在放大器的反相輸入端加一可調直流偏壓。

　　2.2 帶寬濾波電路

　　根據項目需要，設計時采用了DC～5MHz和DC～10 MHz兩種帶寬。綜合考慮帶內增益波動、相位特性、設計難度，以及無源濾波器在高速、高階濾波方面相對于有源濾波器有較好性能的特點，濾波電路由分立元件LC組合而成，采用在通頻帶內起伏最小的巴特沃斯低通濾波器。經測試，7階下截止頻率為5 MHz時，0～4 MHz頻帶內起伏小于1 dB;截止頻率為10 MHz時，O～9 MHz頻帶內起伏也小于l dB。歸一化的7階巴特沃斯低通濾波器的電路圖如圖3所示。

　　根據公式，可計算出截止頻率分別為5 MHz、10 MHz，特性阻抗為50 Ω時的濾波器元件參數。其中，L’、C’為計算得到的值，L、C為對應的歸一化數據，f為濾波器的截止頻率。具體計算結果如表1所列。

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