程控寬帶直流功率放大器的設(shè)計(jì)

功率放大電路如圖4所示。采用2片THS3092構(gòu)成兩級同相電壓放大電路和一級運(yùn)放并聯(lián)輸出擴(kuò)流電路。每級放大電路增益A=R1／R2+1=2倍(6dB)，3級共18dB，最大可輸出峰峰值電壓28V。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要包括3部分：放大器增益及截止頻率的設(shè)置、增益校準(zhǔn)、人機(jī)交互。系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。程序開始運(yùn)行后可通過按鍵選擇增益校準(zhǔn)、電壓增益設(shè)置、截止頻率設(shè)置等。

4 系統(tǒng)測試分析
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證寬帶直流功率放大器的指標(biāo)，采用SKl731型直流穩(wěn)壓電源、PM5139型20 MHz數(shù)字信號源、TDS1012型300 MHz數(shù)字示波器、VC9806型4位半數(shù)字萬用表等，對該系統(tǒng)的增益設(shè)置、通頻帶內(nèi)增益起伏、帶寬頻率特性、輸出噪聲電壓、放大器效率等進(jìn)行了測試。
4．1 增益測試
輸入有效值10 mV、頻率為1 MHz的正弦波信號，輸出接50Ω負(fù)載，從0 dB開始增大放大器增益，步進(jìn)為1 dB。用示波器測試輸出電壓，計(jì)算增益誤差。測試可得，輸出增益在0～60 dB內(nèi)連續(xù)可調(diào)，增益誤差最大為0．4 dB，最大輸出有效值為10．1 V。
4．2 通頻帶內(nèi)增益起伏測試
輸入有效值為10 mV的正弦波信號，輸出接50Ω負(fù)載，將放大器增益設(shè)置為60 dB，從0 Hz開始增大輸入信號頻率，步進(jìn)為1 MHz，用示波器測試輸出電壓，計(jì)算增益誤差。測試可得，在0～10 MHz頻帶內(nèi)最大增益起伏為0．5 dB。
4．3 帶寬頻率特性測試
輸入有效值為10 mV的正弦波，輸出接50 Ω負(fù)載，將放大器增益設(shè)置為60 dB，分別預(yù)置截止頻率為5 MHz、10 MHz，從0 Hz開始增大輸人信號頻率，步進(jìn)為1 MHz。用示波器測試輸出電壓，計(jì)算增益誤差。測試可得：在預(yù)置5 MHz通頻帶時(shí)5 MHz頻帶處增益衰減為2．9 dB，O～4 MHz內(nèi)最大增益起伏為O．5 dB；在預(yù)置10 MHz通頻帶時(shí)10 MHz頻帶處增益衰減為2．8 dB，0～9 MHz內(nèi)最大增益起伏為O．5 dB。
4．4 放大器效率測試
輸入有效值為10 mV的正弦波，輸出接50 Ω負(fù)載，調(diào)節(jié)放大增益為60 dB，將放大器正負(fù)供電電源均串入直流電流表，測得負(fù)載兩端電壓有效值為10 V，正電源電流為O．133 A，負(fù)電源電流為0．063 A。可計(jì)算出效率為68．O％。
4．5 測試結(jié)果分析
通過以上測試，可以看出該放大器成功解決了現(xiàn)有放大器在寬帶、直流、功率放大很難兼顧的問題，完全達(dá)到了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。究其原因，以下幾點(diǎn)很重要：在設(shè)計(jì)放大器供電電源去耦時(shí)采用π型電感、電容網(wǎng)絡(luò)，該去耦網(wǎng)絡(luò)對各頻段的電源噪聲都有良好的抑制效果；精心考慮放大電路的PCB布板，采取部分敷銅而不是全部敷銅，減小了寄生電容，使電路工作更穩(wěn)定；電路板間信號傳輸采用帶高頻屏蔽線的線纜，減小了信號的串?dāng)_；在信號輸入端采用SMA頭加高頻屏蔽罩進(jìn)行信號的連接，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。

結(jié)語
本文結(jié)合現(xiàn)在一般放大器的設(shè)計(jì)方案及存在的問題，論述了程控寬帶直流功率放大器各單元電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，提出大動態(tài)范圍、低失真的程控寬帶直流放大器的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。測試結(jié)果表明：該方案較好地解決了增益、直流寬帶、功率等放大器關(guān)鍵參數(shù)的矛盾，實(shí)測的系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。