一種微弱信號的寬帶程控高增益放大器設(shè)計

THS3001具有高達(dá)6 500 V／μs的轉(zhuǎn)換速率，420 MHz的-3 dB帶寬和良好的帶內(nèi)平坦度，在110 MHz時，增益僅下降0．1 dB；大信號應(yīng)用時具有40 ns的建立時間；差分增益誤差小于0．01％，差分相位誤差小于0．02％；非線性失真小于-96 dB；電源電壓可在±4．5～±15 V之間選擇。
電流放大部分采用MOSFET IRF9610和IRF610搭建的甲乙類放大器放大THS3001輸出的信號，電路如圖6所示。IRF610、IRF9610屬于Vishay公司的第3代Power MOSFET，為設(shè)計者提供了轉(zhuǎn)換快速、堅固耐用、低導(dǎo)通阻抗和高效益的強力組合。

3 測試
3．1 測試條件
在室溫25℃，普通實驗室條件下，采用掃頻儀對系統(tǒng)進行幅頻特性測試，采用信號源、示波器對系統(tǒng)的放大倍數(shù)進行測試。
3．2 測試方案及數(shù)據(jù)
通過函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生0～15 MHz有效值1 V的正弦波，然后經(jīng)過-40 dB衰減器，產(chǎn)生有效值為10 mV的待測信號。通過按鍵輸入放大器預(yù)設(shè)增益，用雙蹤示波器分別觀測系統(tǒng)輸入和輸出信號的大小。圖7為部分測試結(jié)果的折線圖，系統(tǒng)最大增益達(dá)80dB，帶內(nèi)增益起伏小于1dB。

在增益為40 dB時，增大輸入信號幅度，觀察50 Ω負(fù)載上的最大不失真輸出信號幅度，經(jīng)測試，最大不失真電壓峰峰值為42 V。
在增益為60 dB時，將輸入端與地短接，測出輸出端噪聲電壓的峰峰值為0．2 V。
3．3 測試結(jié)果分析
由以上數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)在輸出功率方面有良好的性能，輸出功率可達(dá)4．41 W，超過設(shè)計指標(biāo)2 W的要求。最大不失真輸出電壓為峰峰值42 V，比Multisim軟件仿真最大不失真輸出電壓峰峰值48 V小6 V，考慮到三極管參數(shù)不完全對稱等器件的實際情況，此結(jié)果可證明改進型運放供電電路切實有效?？勺冊鲆娣秶鸀?～80dB，若在VCA810模塊中增加頻率補償和前后匹配等相關(guān)措施，增益動態(tài)范圍仍可進一步擴展，80 dB時失真度仍然很小，有進一步提高增益的可能性。0～60dB增益范圍內(nèi)系統(tǒng)的噪聲抑制特性良好。測試過程中的誤差主要來源于電磁干擾，以及信號源的噪聲電平。

結(jié)語
寬帶放大器以壓控增益放大器VCA810和超高速電流反饋放大器THS3001為核心，利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)增益的預(yù)設(shè)，總增益范圍為0～80dB，通頻帶為0～15 MHz，最大輸出電壓峰峰值達(dá)42 V。前置放大器采用低噪聲電壓反饋寬帶放大器OPA2690，大大提高輸入電阻。后級功率放大采用運放擴壓和擴流輸出電路，有效地提高了系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。