程控增益低噪聲寬帶直流放大器的設計

摘要：介紹了程控增益低噪聲寬帶直流放大器的設計原理及流程。采用低噪聲增益可程控集成運算放大器AD603和高頻三極管2N2219和2N2905等器件設計了程控增益低噪聲寬帶直流放大器，實現了輸入電壓有效值小于10 mV，輸出信號有效值最大可達10 V，通頻帶為0～8 MHz，增益可在0～50 dB之間5 dB的步進進行控制，最高增益達到53 dB，且寬帶內增益起伏遠小于1 dB的兩級寬帶直流低噪聲放大器的設計。
關鍵詞：低噪聲；程控增益；功率放大；寬帶直流放大器

0 引言
低噪聲寬帶直流放大器位于接收機前端，放大微弱信號是其主要作用，對于降低噪聲干擾，提高整個接收機的性能起著至關重要的作用。因此，低噪聲寬帶直流放大器一直是雷達、通信和電子對抗等電子系統中的關鍵部件，有著廣泛的軍用和民用價值。本文介紹的寬帶直流低噪聲放大器，通頻帶為0～8 MHz，增益可在0～50 dB之間以5 dB的步進進行控制，最高增益達到53 dB，且寬帶內增益起伏遠小于1 dB。

1 總體設計方案
該設計主要包含輸入緩沖級、可控增益放大模塊、功率放大輸出模塊以及單片機控制模塊。可控增益放大器負責信號放大并與單片機電路配合實現了增益控制。后級功率輸出模塊進一步進行功率放大，得到較高的輸出電壓范圍。整體結構框圖如圖1所示。

2 單元電路設計
2．1 輸入緩沖級
輸入電壓有效值小于10 mV，當輸入小信號時AD603的放大性能很差，所以在輸入端采用AD4031構成輸入緩沖級，對小信號輸入信號進行一定放大，同時對后續的AGC調零。
2．2 可控增益放大器
單級AD603的電壓增益可按以下公式計算：
Gain(dB)=40VG+10
式中VG為差分輸入電壓。
可見，AD603的增益與其控制電壓成線性關系，也就是說，只要用單片機控制D／A輸出線性變化的控制電壓，便可得到線性變化的電壓增益輸出。假設鍵盤輸入預置電壓增益GF，則D／A輸出電壓的理論值應為：
VG=(GF-10)／40。又由于D／A的輸出電壓VOUT=DIN／212VREF，可算出DIN的理論值DIN=VOUT／VREF×212。因此，只要利用單片機向D／A送12位的DIN，在D／A的輸出端便可得到所需的控制電壓VG，從而控制AD603產生GF大小的電壓增益。
由于單級AD603只能實現31．07 dB增益，要設計出電壓增益大于等于50 dB，所以必須采用2片AD603級聯。AD603有兩種方式增益連接方式：順序級聯和并聯級聯。為了控制精度、提高性噪比，該設計采用順序級聯方式。