《射頻寬帶放大器設計與實現(xiàn)》11000字（論文）

射頻寬帶放大器設計與實現(xiàn)摘要：隨著信息技術的快速發(fā)展，對電子系統(tǒng)頻帶、增益及工作穩(wěn)定性等性能指標要求愈來愈高，基于此設計一款射頻寬帶放大器。該放大器主要由前置放大級、增益控制級及輸出級三大模塊組成，前置放大級與增益控制級分別采用OPA690、VCA810集成運放芯片進行設計，實現(xiàn)放大系統(tǒng)對頻帶及增益可調要求，輸出級采用BUF634集成運放進一步提高系統(tǒng)放大能力及帶負載能力。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，各級之間采用阻容耦合、增加隔離級、各模塊供電電路均加有去耦電路及相應抗干擾措施。經(jīng)測試放大器增益大于40dB且連續(xù)可調，1MHz～15MHz頻帶內增益起伏＜1dB，基本滿足設計要求。關鍵詞：寬帶放大；增益控制；零點漂移；屏蔽目錄TOC\o"1-3"\h\u172921緒論 緒論1.1射頻寬帶放大器研究意義射頻寬帶放大通常廣泛應用在測試設備上（如：寬帶示波器、射頻信號發(fā)生器）、廣播、有線電視、無線通信系統(tǒng)甚至雷達等等諸多與我們生活及科技發(fā)展息息相關的領域中，其主要特點是增益高、頻帶寬且要求帶內起伏小、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。高性能示波器不但要求頻帶寬同時要求測試靈敏高，就決定了系統(tǒng)必須有高增益；在電視接收機系統(tǒng)中，圖像信號頻帶寬度0~6MHz，為提高電視接收機靈敏度，要求視頻放大器除帶寬滿足圖像信號傳輸要求外，增益必須大于60dB；雷達和通信系統(tǒng)中，同樣需傳輸并放大寬頻帶的信號。例如，在傳輸一路電視信號的同時，傳輸幾百路電話信號的微波多路通信設備，放大器通頻帶大概需要二百兆。如果設備的中頻選用70MHz，那么相對的通頻帶達到30%左右，因此需要寬頻帶的中頻放大器。而在雷達系統(tǒng)中，信號的頻帶甚至達到幾千兆赫茲。要想放大這樣的信號，必須采用寬帶放大器。隨著無線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，要達到調制后信號更長距離的傳輸，射頻信號在整個無線網(wǎng)絡接收系統(tǒng)中都需要首先把信號加以放大之后才能進行長距離傳播，所以功率放大的帶寬大小與效率對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性、散熱成本等起著舉足輕重的影響。綜上所述，射頻寬帶放大器在我們生活中的應用范圍很廣，對社會發(fā)展也有起到舉足輕重的作用，因此對于射頻寬帶放大器的研究至關重要。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國內研究現(xiàn)狀在2008年，張磊和孟曉君利用薄膜電阻負載的枝節(jié)諧振器，制造出一種微小體積的微帶均衡器子框架集成電路。同時，他們還使用CST仿真軟件設計并模仿了基于該框架的寬帶增益平衡器，并得出了模擬結論。在2014年，鄭月軍和高軍等人成功研制和生產(chǎn)了一款同時具備高增益和低雷達技術散射截面(radarcrosssection，RCS)的微帶天線，通過給原有微帶天線加以雙屏頻率選擇表面(frequencyselectivesurface，F(xiàn)SS)包層，使之同時具備高增寬的3dB增益帶寬以及寬帶技術，寬角度的低RCS特性。2021年，林少鑫和張志浩等人根據(jù)5G移動通信系統(tǒng)中頻段，采用了InGaP/GaAs異質結雙極晶體管(HBT)工藝，成功研制出了一款寬頻帶高增益的驅動放大器。該放大器利用并聯(lián)式負反饋的二級放大技術，經(jīng)過運用等Q值法建立寬頻帶的輸入，級間的輸入與輸出匹配網(wǎng)絡，從而達到了可實現(xiàn)2.5~5GHz工作頻段的目標和25dB以上的小信號增益。PAGEREF_Ref14476\h[1]同年秦宇研制了一款10-18GHz的寬帶功率放大器，用于Ku波段幅相多功能芯片的末級發(fā)射電路，按照RC有耗匹配網(wǎng)絡的基本原理設計了一款放大電路。設計結果顯示在10-18GHz頻率段，輸出功率超過22dBm，功率附加效率將超過30%。[2]1.2.2國外研究現(xiàn)狀相對于國內研究現(xiàn)狀而言，國外相關領域的專家和學者們也做出了大量的研究成果。2010年YusoffNM和AbuBakarMH等人用柔性選擇帶方法演示了30nm帶寬以上平坦增益的摻鉺光纖放大器。設計了一種適用于4nm波段44個波分復用通道的帶式光放大器。在不通過使用任何增益平坦濾波器的情況下，盡管輸入信號功率在-19到-6dBm之間，光放大器的增益變化仍然保持在19dB，最大增益變化＜1.6dB。該放大器工作在1530至1565nm波長范圍內，在4nm的任意選擇性波段上保持1dB增益平坦度的概率為83%。[3]2016年BouzidB和AbuKhadraF通過實驗證明了一種覆蓋C波段和L波段的高寬增益設計方法。結果表明，在C波段和L波段，在1520~1600nm范圍內展寬80nm，在1525~1580nm范圍內展寬45dB，在1580~1600nm范圍內展寬較低。[4]同年YangJR和MengXY等人通過綜合測試和比較，找到了適合放大信號的增益鉗位區(qū)域，在FBG的中心波長匹配下，L波段的增益得到了精確控制和平坦化。實驗結果表明所設計的L波段EDFA實現(xiàn)了輸出增益、平坦度和穩(wěn)定性之間的權衡。[5]2018年，PaoloValerioTesta和CorradoCarta等人在JSSC上撰寫發(fā)布了一篇論文，論文中提出了一種新型的分布式放大器拓撲。該新型分布式放大器將二個級聯(lián)單級分布式放大器（CascadedSngle-StageDistributedAmplifier，CSSDA）以均衡式結構連接起來，該拓撲既保持了CSSDA所擁有較寬的工作帶寬、設計面積緊湊等優(yōu)勢，同時也明顯提高了放大器輸入輸出間的匹配程度和線性度，通過均衡式結構。均衡式結構采用了兩個Lange耦合器來實現(xiàn)，該新型分布式放大器采用了130nm的SiGe工藝進行設計制作，該芯片在片試驗結果如下：在30GHz–220GHz的信號頻帶范圍內平均小信號的增益超過了10dB，最大1dB的壓縮輸出功率也有4.5dBm。最大增益帶寬積也超過了1102GHz。在現(xiàn)有的CSSDA中，該放大電路也取得了良優(yōu)的線性度。2020年ChiuTY和WangYS等人介紹了一種用于超寬帶相控陣系統(tǒng)Rx路徑的可變增益分布式放大器（VGDA）在90納米CMOS工藝中實現(xiàn)。實驗結果證明了所設計的VGDA實現(xiàn)了21dB的峰值增益，40GHz的3dB帶寬（3.7-43.7GHz），18dB的增益控制范圍（GCR）最大相位變化。[6]1.3系統(tǒng)設計要求（1）輸入電壓有效值≤20MV，電壓增益≥40dB且滿足0-40dB范圍內可調；（2）放大器輸入、輸出阻抗為50Ω時，最大輸出正弦波電壓有效值大于2V，且信號無明顯失真；（3）放大器通頻帶0.3MHz～20MHz，且在1MHz～15MHz頻帶內增益起伏＜1dB。

2系統(tǒng)設計理論及關鍵技術2.1射頻寬帶放大器理論分析本設計要求射頻寬帶放大器的增益需要滿足Av＞40dB，且在0-40dB范圍內可調，因此射頻寬帶放大器的電壓放大倍數(shù)應不小于100倍?？梢圆捎枚嗉壏糯箅娐穪韺崿F(xiàn)此要求，比如前置放大電路和增益控制電路相結合。將電壓放大倍數(shù)初步設置為10+X10+，即每級放大電路對電壓至少要放大20dB來滿足增益＞40dB。同時需要滿足0-40dB范圍內可調，因此有一個放大電路需要設置為增益可調電路，增益控制電路可以引入負反饋，通過調節(jié)可調反饋電阻阻值或使用差分電路控制引腳之間的壓差來實現(xiàn)增益控制。最終經(jīng)過對倆級電路之間的電壓放大倍數(shù)的協(xié)調來達到0-40dB范圍內增益可調。本設計要求射頻寬帶放大器的通頻帶需要滿足0.3MHz-20MHz。由放大器的頻率特性可得知，當信號處于低頻段或者高頻段的時候，電壓的放大倍數(shù)均出現(xiàn)相應下降的現(xiàn)象。信號電壓的放大倍數(shù)在某一高頻率時降低到0.707倍，我們稱這個高頻率為上限截止頻率。信號電壓的放大倍數(shù)，在一個較低頻率時會下降到0.707倍，我們稱這個較低頻率為下限截止頻率，而上限截止頻率與下限截止頻率的差值便是放大電路的通頻帶，即fBW=fH?2.2射頻寬帶放大器穩(wěn)定性分析放大器的穩(wěn)定性一直是設計放大器時重點考慮的問題。本系統(tǒng)設計為射頻寬帶放大器，它的頻率比較高、放大倍數(shù)也比較大。由于運放的頻帶與增益呈反比關系，即頻帶越高增益越低，頻帶越低增益越高，它們之間的關系是運放的增益帶寬積。這就意味著系統(tǒng)可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。因此在設計過程中需充分權衡電壓增益與頻帶的關系。通常導致放大器不穩(wěn)定的原因，大多源于電路內部形成的正反饋以及外部耦合形成的干擾，針對前者而言，可能是因為集成電路的布線不太合理、對放大電路的反饋設計不合理、對單級放大的增益設計太高，又或是因為各級的信號之間通過公共網(wǎng)絡(如饋電網(wǎng)絡)進行的串擾等原因導致。所以，在對放大器的設計過程中首先必須考慮到要限制單級放大的增益設計，具體怎樣去實現(xiàn)，可以參照有關器件的手冊資料中所提供的建議反饋電阻。為了避免由于饋電網(wǎng)絡而所產(chǎn)生的串擾，可以使用電源模塊來對每一級放大電路進行獨立供電。在集成電路的設計實現(xiàn)中，要合理進行布局布線，同時采取各種的抗干擾手段。例如，在焊接時采用銅板的大面積接地或接地線加租等方式來減小接地的回路；把多級放大器置于屏蔽盒內，并且用屏蔽材料將各級放大器隔開，極大程度避免級間的雜散耦合；在各級供電中加入去耦電路，同時阻容分立器件采用貼片式封裝，用來減小元器件對整體電路的影響。2.3關鍵技術2.3.1增益帶寬積增益帶寬積概念：增益帶寬積是一個可以用來評估放大器的特性的固有參數(shù)。增益帶寬積是電壓增益G與通頻帶BW的乘積，GBP=G×BW。增益提高時，相應帶寬會變窄；增益降低時，相應帶寬會變寬。電壓反饋型運放：通過對放大電路的頻率特性進行分析，可以得知，無反饋和電壓反饋（反饋系數(shù)為F）時電壓的放大倍數(shù)有以下關系：Av式（2-1）中，Avm為通帶范圍內的電壓增益，f?Avmf=Avm/(1+Avm·F），f?f=從式（2-2）得到，引入電壓負反饋時，GBP=Avm·f電流反饋型運放：電流反饋型運放模型如圖2-1所示。由反饋理論可得出下列公式：Vo/Vi=(1+R2/R1)/[1+jωC且R0?R1，R0?R式（2-3）說明電路的通頻帶只和反饋電阻和內部電路有關系，而和電路的增益無關。圖2-1電流反饋型運放模型圖在本次射頻寬帶放大器的設計中，對于帶寬積的選取盡量選大以此來保證設計任務要求中基礎功能的實現(xiàn)，但不能太大，因為過大容易引起自激，會對信號的完整度和全系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。2.3.2增益控制增益控制，通過設置可調增益電路去平衡整體電路的電壓增益使得系統(tǒng)達到想要的增益變化范圍。常見的有倆種方式，分別是改變反饋電阻和壓控。反饋電阻增益控制，在帶負反饋的運放電路中，有這樣關系：Uout=-Uin(Rf/Rin)。電阻Rf與Rin的比值就是放大倍數(shù)，將這個反饋電阻Rf替換成一個可調式電阻，增益就可以實現(xiàn)控制調節(jié)。可調電阻的標稱值是標準的能夠調節(jié)到最大電阻的阻值。理論上，可調電阻的阻值能夠調節(jié)到零到標稱值這個范圍內的任意數(shù)值上，不過因為其自身實際結構以及設計的精度要求等原因，在調節(jié)的時候常常也不容易100%滿足上述的任意要求，只是能夠基本上完成在相對允許的范圍內進行調節(jié)，從而來改變增益效果。壓控增益控制，主要通過改變管腳電壓形成壓差實現(xiàn)增益控制。例如：AD603運放中差動輸入端GPOS和GNEG之間的電壓差就是控制電壓，若一端固定0.5V，另一端設置0-1V可調，壓差為-0.5到0.5，增益可變范圍為-10dB到30dB；VCA810第3管腳Gain端口也是通過改變壓差實現(xiàn)增益控制，在±5V電源工作，把調整為VCA810的增益控制電壓在0V，輸入-40dB增益，壓控在-2V，輸入到+40dB。增加地面以上的控制電壓，會衰減超過80dB的信號路徑。2.3.3轉換速率轉換速率（SlewRate），也稱壓擺率，是表示運算放大器工作速度的參數(shù)。是指當輸入信號出現(xiàn)一個跳變時，運放輸出對這個跳變的響應速度。如圖2-2所示，當輸入信號Vin出現(xiàn)一個跳變時，輸出信號Vout并不能立刻也跟著來一個完美的跳變，而是經(jīng)過一小段時間Δt后才能從原來的電平跳變到新的電平上。輸入信號VinSR=ΔVout圖2-2運放的轉換速率SR2.3.4零點漂移零點漂移是指當放大電路輸入信號為零時，因受到溫度變化，電源電壓不穩(wěn)定等因素的影響，使其靜態(tài)工作點發(fā)生變化，并被逐級放大并傳輸，導致電路的輸出端電壓偏離原固定值出現(xiàn)上下飄動的現(xiàn)象。放大電路的級數(shù)越多、放大的倍數(shù)越大，輸出端的漂移現(xiàn)象就越嚴重?？梢酝ㄟ^級與級之間的阻容耦合來防止零點漂移。2.3.5干擾抑制干擾抑制是對電路或系統(tǒng)中存在的干擾進行抑制的一門技術。工作頻率較高的模擬電路在工作中很容易受到?jīng)]用的雜散信號的干擾，尤其在放大電路中，如果電路中存在干擾或自激振蕩，即便輸入端接地，干擾信號也會經(jīng)過多級放大電路，輸出端仍會有很大交流信號輸出，嚴重時會導致電路無法正常工作，因此必須采取有效的措施進行消除，抑制干擾。放大電路常見干擾抑制的措施如下：合理布局：各級電路的連線要盡量縮短，以便盡量減小分布電容和分布電感。特別是在高頻電路中，更是要避免平行排列導線。各級電路需按照電路原理圖的順序去排列布置，要盡可能避免各級電路的交叉排列布置。完善工藝：在安裝元器件的時候要避免虛焊，接地線要短，如此可以減少接電線的分布電感和電阻。對于接地工藝，要求接地線粗而且盡量短，接地線環(huán)繞式布置在印刷版邊緣位置。提高電源質量和濾波性能：采用質量較高的穩(wěn)壓電源或提高電源的濾波性能，在濾波電容旁并聯(lián)接入一個小容量的無感電容，使得高、低頻的濾波效果更佳。屏蔽：將頻率較高的放大電路，分別獨立放置在屏蔽箱內，再通過屏蔽材料將各級放大電路分隔，以最大程度減少級間的雜散耦合。阻抗匹配：信號源或傳輸線與負載間達到合適的搭配，由此來調整負載功率和抑制信號反射。確保信號有效由信號源傳輸至負載。

3系統(tǒng)方案設計3.1方案論證依據(jù)設計任務，要求放大器輸出電壓高，頻帶寬及增益需可調。設計的難點一是需解決好增益與帶寬之間的矛盾，即增益高帶寬就降低，否則頻帶寬增益就低；第二需處理好系統(tǒng)穩(wěn)定性問題；第三還需考慮放大器增益可調問題?；谝陨蠁栴}綜合考慮，滿足設計要求有三種方案可供選擇。方案一：采用分立元器件進行設計該方案優(yōu)點：設計原理相對簡單，帯載能力強，器件易購置。但存在較大缺點：（1）所需的器件數(shù)目多，電路繁瑣（2）增益調整電路復雜且精度低(3)放大電路穩(wěn)定性較差(4)裝配調試困難,維修不方便。方案二：采用集成電路與分立器件相結合進行設計前級及中間級采用增益帶寬積大，轉換速率高的集成運放，輸出級采用分立器件構成OCL或OTL推挽電路。該方案優(yōu)點：（1）所需器件數(shù)目少，設計簡單（2）增益調整方便且精度高（3）輸出帯載能力較強，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。缺點：（1）成本高，器件不易購買（2）系統(tǒng)供電需采用不同的供電電壓。方案三：采用集成電路進行設計系統(tǒng)設計均采用集成電路進行設計，所需器件數(shù)目少，設計簡單，系統(tǒng)性能指標高，穩(wěn)定性好，裝配調試容易，不足之處，放大器帯載能力弱。3.2方案選擇對以上三種方案進行分析，結合設計任務要求，選擇方案三，總體設計方案如圖3-1所示。被放大信號送至由集成運算OPA690構成的射極跟隨電路，防止后級電路對前級電路的影響及盡可能把被放大信號送至跟隨電路輸入端，經(jīng)跟隨電路輸出信號送至集成運算OPA690構成的前置放大電路，為滿足系統(tǒng)增益要求及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性可采用兩級進行放大，其輸出信號送到VCA810構成增益控制電路，對信號大小進行調節(jié)，以滿足0～40DB范圍內可調要求，再通過輸出級電路進一步放大，以提高放大器的帶負載能力，同時確保放大器對輸出信號大小要求。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低零點漂移，各級放大電路之間采用阻容耦合。圖3-1系統(tǒng)總體設計框圖

4系統(tǒng)電路設計4.1射級跟隨及前置放大電路4.1.1OPA690放大器件OPA690是由TI公司推出的一款寬帶電壓反饋運算放大器?？梢杂糜诟哳l小信號放大、信號前級處理部分。它的管腳布置與普通芯基本相同，唯一不同的是第8管腳為低功耗模式控制端口，當此管腳懸空或處于高電平時則處于正常工作狀態(tài)，如果置低則供電電流下降至100uA以下，芯片停止工作，處于省電模式。OPA690特征參數(shù)如下：單電源：+5V到+12V雙電源：±2.5V到±5V單位增益穩(wěn)定：500MHz（G=1）高輸出電流：190mA輸出電壓擺幅：±4.0v高轉換速率：1800v/μs低電源電流：5.5mA低電源電流：100uA帶寬+5v工作：200MHz（G=2）OPA690增益平坦度如圖4-1所示：圖4-1OPA690增益與頻率關系曲線圖OPA690引腳圖及管腳說明，如圖4-2、表4-1所示：圖4-2OPA690引腳圖表4-1OPA690放大器件引腳說明表腳號代號描述1NC空腳2-INPUT反相輸入端3+INPUT同相輸入端4-VS負電源5NC空腳6OUTPUT輸出端7+VS正電源8DIS低功耗模式控制端4.1.2射級跟隨電路OPA690是電壓反饋型運放，由OPA690組建的反相放大器抑制噪聲的能力很強，并且容易實現(xiàn)阻抗匹配，因此在前置放大電路前引入射級跟隨電路對輸入信號進行緩沖，避免引入噪聲，可以起到良好的隔離效果。信號由第3引腳同相輸入端進入跟隨電路，經(jīng)緩沖后由第6引腳輸出端輸出進入放大電路，其中C1、C2是去耦電容，其作用是去除芯片電源管腳上由芯片自身工作所產(chǎn)生的噪聲。為防止輸入信號電流過大，加以R1電阻對電路起到保護作用。射級跟隨電路原理圖如圖4-3所示：圖4-3射級跟隨電路原理圖4.1.3前置放大電路系統(tǒng)前置放大電路采用寬帶放大器OPA690構建倆級負反饋電路實現(xiàn)電壓增益放大，OPA690帶寬為150MHz，壓擺率為1800v/μs，達到指標要求。信號由第一級放大電路的第2管腳輸入端進入前置放大電路，首先經(jīng)第一級同相負反饋放大電路放大電壓約5倍，從第6管腳輸出。其中R2、C3并聯(lián)起到濾波作用，R5反饋電阻與C6電容串聯(lián)，起到限制放大倍速作用。然后進入第二級反相負反饋電路放大電壓8倍，從第6管腳輸出端輸出。其中R9為反饋電阻，C7、C8去耦電容。經(jīng)倆級負反饋（同相負反饋放大、反相負反饋放大）電路構建的前置放大電路可以將信號電壓實現(xiàn)30dB左右增益放大。其原理圖如圖4-4所示：圖4-4前置放大電路原理圖4.2增益控制電路4.2.1VCA810增益控制器件VCA810是一款由TI公司推出，具備高增益調節(jié)范圍（80dB）、寬寬帶（35MHz）、高增益精度（±0.5dB)性能的寬帶電壓控制放大器。由于VCA810提供了精密的可調dB/V增益特性，AGC回路可以使用增益控制電壓作為接收信號強度的指示器，有極高的精確度。當VCA810用來補償可變的信道損耗，群時延在整個增益設定有最小的變化，會保留嚴格的脈沖邊沿信息。改善后的輸出級可以提供足夠大的輸出電流，能驅動大多數(shù)需求的負載。VCA810提供了差分輸入單端輸出轉換，用來改變高阻抗的增益控制輸入超過-40dB增益至+40dB范圍內呈dB/V的線性變化。在±5V電源工作，把調整為VCA810的增益控制電壓在0V輸入-40dB增益，在-2V輸入到+40dB。增加地面以上的控制電壓，會衰減超過80dB的信號路徑。主要參數(shù)：高增益調節(jié)范圍：±40分貝微分/單端輸出低輸入噪聲電壓：2.4nV/rtHz恒定帶寬與增益：達到35MHz較高的分貝/V的增益線性度：±0.3分貝增益控制帶寬：25MHz低輸出直流誤差：<±40mv高輸出電流：±60毫安低電源電流：24.8毫安（最大為-40°C至+85°C溫度范圍）VCA810增益平坦度，如圖4-5所示：圖4-5VCA810增益與頻率關系曲線圖VCA810管腳圖及管腳說明，如圖4-6、表4-2所示：圖4-6VCA810管腳圖表4-2VCA810管腳說明腳號代號描述1+In同相輸入端2GND接地端3Gain增益控制端4NC空腳5Vout輸出端6+Vs正電源7-VS負電源8-In反相輸入端4.2.2增益控制電路增益控制電路采用VCA810寬帶電路控制放大器構建壓控電路實現(xiàn)增益控制可調。由于前置放大電路所使用運放帶寬積達到150MHz，因此該電路的帶寬積35MHz可以滿足要求。電路工作電壓為±5V，信號經(jīng)由VCA810的第1管腳輸入端進入電路，通過調節(jié)第3管腳增益控制端上的可調電阻，通過電阻分壓使第3管腳的電壓發(fā)生變化形成壓差。當壓差達到0V時，輸入-40DB增益，此時相當于增益衰減網(wǎng)絡，對前置放大電路所產(chǎn)生的增益效果進行相應衰減抵消，壓差達到某一數(shù)值時，系統(tǒng)增益為0dB；當壓差在-2V時，輸入+40dB增益，與前置放大電路共同進行電壓增益放大。經(jīng)上述增益調節(jié)后，信號由第5管腳輸出端輸出。其中R10、R12、R13為阻抗匹配電阻，C9、C10為去耦電容，去除管腳上由于芯片工作所產(chǎn)生的噪聲。增益控制電路原理圖如圖4-7所示：圖4-7增益控制電路原理圖4.3輸出級電路4.3.1BUF634輸出級器件BUF634是一款高速單位增益緩沖器，適用于運算放大器的反饋環(huán)路內，增加輸出電流，消除熱反饋，并提高負載驅動。主要參數(shù)：高輸出電流：250mA轉換速度：2000v/μsPIN所選帶寬：30MHz到180MHz低靜態(tài)電流：1.5mA（30MHz帶寬）電源范圍：±2.25V到±18VBUF634有多種封裝形式，常見類型有8引腳DIP、SO-8表面貼裝和5引腳TO-220。其中BUF634的8引腳DIP管腳圖如圖4-9所示：圖4-9BUF634管腳圖BUF634的8引腳DIP管腳功能如表4-3所示：表4-3VUF634管教說明表腳號代號描述1BW寬帶調整引腳2NC空腳3Vin輸入端4V-負電源5NC空腳6Vo輸出端7V+正電源8NC空腳4.3.2輸出級電路采用BUF634構成輸出緩沖級電路，BUF634作為一款高速單位增益緩沖器，轉換速度為2000v/μs，輸出電流可達250mA，作為輸出級可以滿足輸出有效值＞2V.。其原理圖如圖4-5所示。它的功能是增加輸出電流，提升放大器的帶負載能力，即功率放大。信號由第2管腳輸入端進入緩沖電路，經(jīng)R14、C11構成回路擴大輸出電流后，信號由第4引腳輸出端輸出。其中C12、C13為去耦電容，R15作用是輸出級阻抗匹配。輸出級電路原理圖如圖4-10所示：圖4-10輸出級電路原理圖4.4穩(wěn)定性設計為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，做出以下設計：在跟隨電路、前置放大電路、增益控制電路以及輸出緩沖電路的供電部分均增加去耦電路，如圖4-3.、圖4-4、圖4-7、圖4-10，該電路用于是去除芯片電源管腳上的噪聲。在級與級之間使用阻容耦合，可以有效去抑制零點漂移。將微弱的信號耦合到放大電路進行放大，經(jīng)放大后的信號同樣可以通過耦合輸出。電阻為三極管設置工作點，以保證放大電路工作穩(wěn)定。電容起到隔離直流，通過交流的作用，減少系統(tǒng)中直流信號，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。把前置放大電路和增益控制放大器分別獨立置于不同屏蔽盒內，并在各級電路間均使用隔離材料形成隔離層，避免各級間的干擾。4.5系統(tǒng)實現(xiàn)原理電路系統(tǒng)由跟隨電路、前置放大電路、增益控制電路、輸出級電路組成，依次將各電路原理圖連接得出系統(tǒng)總原理圖，如圖4-11所示，輸入信號（正弦波）經(jīng)由函數(shù)信號發(fā)生器發(fā)送進入射極跟隨器搭建的前置緩沖電路進行緩沖，避免引入噪聲，起到良好的隔離作用。信號進入放大環(huán)節(jié)，前置放大部分采用OPA690電壓型運算放大器構成的放大電路通過負反饋電路實現(xiàn)電壓固定放大30dB。信號經(jīng)前置放大電路放大后進入增益控制電路，再通過改變VCA810第3引腳的電壓形成壓差實現(xiàn)增益控制及一定范圍內可調，當壓差達到0V時，輸入-40dB增益，此時相當于增益衰減網(wǎng)絡，對前置放大電路所產(chǎn)生的增益效果進行相應衰減抵消；當壓差在-2V時，輸入+40dB增益，和前置放大電路一起實現(xiàn)電壓增益放大。經(jīng)上述增益調節(jié)后，信號由第5管腳輸出。信號經(jīng)由BUF634構成的輸出緩沖電路增加了輸出電流，從而提升放大器的帶負載能力，后輸出。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，各級間均加阻容耦合電路。經(jīng)理論分析，輸入信號經(jīng)過這一系列處理后，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，基本可以達到范圍內增益可調，且低失真。圖4-11系統(tǒng)實現(xiàn)電路原理圖

5系統(tǒng)測試5.1測試方案系統(tǒng)測試方案如圖5-1所示。測試儀器:F40型函數(shù)信號發(fā)生器一臺，TDS3054500MHZ5GS/s泰克示波器一部，SG2270超高頻毫伏表一臺，兆信PS-305D-Ⅱ雙路輸出直流電源倆臺。調整穩(wěn)壓電源輸出使其輸出±5V和±12V分別加到被測放大器的相應供電端，函數(shù)信號發(fā)生器接到放大器輸入端，示波器和毫伏表分別接到被測放大器的輸出端。圖5-1系統(tǒng)測試方案5.2測試方法（1）幅頻特性及帶內平坦度測量測試條件與方法：信號源輸出電壓保持不變，確保放大器輸出信號不失真，改變信號源的輸出頻率，測出對應不同頻率時的輸出電壓大小，用描點法繪制其幅頻特性曲線，并計算出帶內平坦度。（2）通頻帶測量測試條件與方法：信號源輸出電壓保持不變，逐步增加信號源輸出頻率，同時觀察放大器輸出波形（不產(chǎn)生失真）及測量輸出電壓大小，當輸出電壓下降到中頻時電壓的0.707倍時，此時信號源對應的頻率值為放大器通頻帶的上限頻率點（fh），同理逐步降低信號源輸出頻率，當放大器輸出電壓下降到中頻時電壓的0.707倍時，此時信號源對應的頻率值為放大器通頻帶的下限頻率點（fl），其通頻帶Bw=fh-fl。5.3測試結果及分析（1）幅頻特性信號源輸出電壓20mv，改變信號源輸出頻率，測量對應不同頻率值時輸出電壓大小，其測量值如表5-1所示:表5-1頻率特性測試結果頻率∕Mhz0.20.513510152025輸出∕mv219522782289229322982300229522902225增益∕dB40.841.1241.1841.1841.241.241.1941.1840.9從測試數(shù)據(jù)分析，輸入信號頻率在200Khz～25Mhz變化范圍內，放大器增益大于40dB，其帶內起伏小于1dB滿足設計要求。（2）通頻帶信號源輸出電壓20mv，改變信號源輸出頻率，測量對應不同頻率值時輸出電壓大小，當信號源輸出頻率為165hz和28.3Mhz時對應輸出電壓為最大值的0.707倍，測量值如表5-2所示(放大器最大輸出2350mv，此時對應頻率近似在9Mhz附近)。表5-2通頻帶測試結果頻率∕Mhz0.1650.20.51351015202528.3輸出∕mv16612195227822892293229823002295229022251661通過測量數(shù)據(jù)計算其通頻帶Bw=28.3-0.165=28.135Mhz，滿足通頻帶設計要求。但在測試過程中發(fā)現(xiàn)，有時會出現(xiàn)系統(tǒng)不夠穩(wěn)定發(fā)生自激情況，經(jīng)分析主要原因是裝配過程抗干擾措施還不夠，如布線不夠規(guī)范，接地不夠合理，級間阻抗匹配性考慮不夠周全等。

6結論與展望6.1設計總結該系統(tǒng)設計經(jīng)過測試數(shù)據(jù)后表明，在信號源輸出20mV電壓時，輸出端電壓增益＞40dB，且在0-40dB范圍內可以實現(xiàn)連續(xù)調節(jié)。其通頻帶為28.135MHz，且增益起伏＜1dB。基本實現(xiàn)了既定設計要求。經(jīng)過本次設計，我從中學到了許多知識。在題目設計時要特別重視布局與布線，由于布線不合理會產(chǎn)生串擾噪聲，造成信號不穩(wěn)定。并且在運放放大器的使用中，電源的去耦對系統(tǒng)穩(wěn)定性很重要。在本次設計過程中我體會到了實踐檢驗真理的重要性，只有在實踐中驗證真理才能夠有所收獲。我們需要端正態(tài)度、積極主動的去學習，在學習中不斷創(chuàng)新自己，并且培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)自己缺點的能力，鞏固知識，提升自我，在實踐中證明自己的價值。6.2分析展望本課題設計是為了符合日常生活需求，設計高頻率、寬帶寬并且成本較低的電路完成射頻寬帶放大器，使我們在體會信號放大的過程中，更有效、更直觀地切身體會到射頻寬帶放大器為我們生活所帶來方便和實際存在意義以及后續(xù)研究價值。由于能力有限，系統(tǒng)存在著許多有待后續(xù)去研究和優(yōu)化的地方：加以大量抗干擾手段的初衷是盡可能去展現(xiàn)出一個完美的輸出波形。測試結果顯示信號雖然能夠呈現(xiàn)出較高的完整性，但在不同頻率端均存在一定噪聲，降噪效果還遠遠不夠。在制作電路板時，采取更合理的布局以及采用大面積鋪銅等措施，可以使噪聲電壓降低更多，系統(tǒng)穩(wěn)定性就會更好。參考文獻林少鑫,張志浩,劉子林,等.2.5~5GHz寬帶高增益驅動放大器[J].半導體技術,2021,46(10):6.秦宇.一種寬帶高效率功率放大器的設計[J].電子制作,2021(21):4.YusoffNM,BakarM