一种增益可控宽带放大器的设计

周永强

摘 要：增益可控宽带放大器是一种改变电路某参数对信号增益进行调节的放大器，是音响、无线通信等系统不可缺少的部分。该文介绍了一种增益可控宽带放大器的设计，OPA820对输入信号固定放大60 dB的增益，增益步进控制由DAC0832完成，最后选用NE5532放大信号的功率。

关键词：增益可控 宽带放大器 OPA820 DAC0832 NE5532

中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0106-02

增益可控宽带放大器是一种改变电路某一参量对信号增益进行调节的放大器，是音响、无线通信等系统中必不可少的部分。为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。宽带放大器在光纤通信、电子设备及微波仪表等方面的应用越来越广泛，这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪声、工作稳定等特点。

1 系统设计

系统由增益放大、增益控制、功率放大、滤波器和控制器等几个部分组成。增益放大器对输入信号进行固定增益放大，增益控制电路完成增益步进控制，功率放大器对信号进行功率放大，提高其带负载的能力，处理器完成信息输入的处理并显示当前的控制增益。系统框图如图1所示。

2 单元电路的设计

2.1 增益放大器

系统最大输出信号要达到60 dB的增益放大能力，所以增益放大器选用两级放大电路比较容易实现。运算放大器引入深度负反馈网络能实现准确的电压放大倍数，两级放大电路都选用同相比例运算电路，使输出信号不用接反相器即可使用。放大器使用固定电压增益放大，可以保证在整个通带内增益不变，稳定性好，也必将容易实现，增益放大电路如图2所示。在考虑各级放大电路电压增益分配时，第一级实现20倍的放大，第二级实现50倍的放大，则两级总放大倍数为1 000倍即60 dB的电压增益。

同相比例运算放大器的增益计算公式：Avf=1+（RF/R1）。A1的放大倍数设定为20倍，当R2取值为10 k时，R3的取值应为190 k；A2的放大倍数设定为50倍，当R4取值为10 k时，R6的值应为490 k。

运算放大器选用高宽带运算放大器OPA820，它提供一种宽频的、单位增益稳定的、有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6 mA供应电流产生高输出电流的电压反馈放大器。在单位增益里，当峰值<1 dB时，OPA820给出一个>800 MHz的带宽。在低功耗情况下，OPA820补充这一高速操作装置具有优良的直流精度。最坏情况下的偏置电压为±750 μV和偏置电流为±400 nA，它们给脉冲放大器应用程序一个优秀的绝对直流精度。最小输入和输出电压摆幅的余量允许OPA820操作一个单一的+5 V电源以供给>2Vpp的输出摆动。虽然它不是一个满摆幅（RR）输出，但它会支持大多数的新兴模数转换器（ADC）输入跻身于比典型的RR输出放大器功耗和噪声低的行列。

2.2 增益控制电路

设计中增益放大器固定为60 dB增益，再经D/A转换器的电阻网络进行分压后输出，从而实现增益控制。D/A转换器的电阻网络可由单片机进行控制，且精度非常高。该次设计使用DAC0832转换器来进行增益控制，增益控制电路如图3所示。

DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，其转换精度可达到1/256，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通3种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

DAC0832转换结果采用电流形式输出。为了获得模拟电压信号，需在外设置一个高输入阻抗的线性运算放大器实现（图3中的A3），运放的反馈电阻直接连接到RFB端引用片内固有电阻。

将增益放大电路的输出电压连接到DAC0832的VREF端，然后利用DAC0832内部的T型电阻网络对放大后的电压进行分压衰减来控制增益。改变单片机P0口输出的数据就可达到控制增益的目的。经计算，0 dB、10 dB、20 dB、30 dB、40 dB、50 dB和60 dB与DI7、DI6、DI5、DI4、DI3、DI2、DI1、DI0对应关系如表1所示。

2.3 功率放大电路

进行增益控制后，系统所带负载能力下降，需对输出信号进行功率放大，提高其带负载的能力。功率放大器也采用两级实现，功率放大电路如图4所示。前级选用电压跟随器，一方面可以避免由于增益控制级的输出阻抗较高，而负载阻抗较小时产生的信号损耗，另一方面利用其输入阻抗高、输出阻抗低的特点将增益控制级和负载隔离开来，以消除它们之间的相互影响；后级进行功率放大，R11選用50 Ω的电阻是为了实现阻抗匹配。

功率放大器选用NE5532，它是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。

3 程序设计

单片机主程序流程如图5所示。首先对键盘进行检测，如果检测到有键盘输入数据就调用延迟程序，然后对输入值与单片机内部存储数据比较，数据正确就将对应的参数调出送入到DAC0832，从而实现增益的调整。

4 结语

该系统完成了增益放大、增益控制以及功率放大部分的设计。增益放大器选用OPA820完成固定电压增益60 dB，增益控制是利用DAC0832内部的T型电阻网络对信号电压分压的方式实现，增益10 dB步进控制，功率放大器对控制后的信号电压进行功率放大，提高其输出功率，增强系统带负载的能力。

参考文献

[1] 王振红.运算放大器应用全图解[M].化学工业出版社，2012.

[2] 钟秉翔，柏俊杰，杨丽清.单片机应用技术与实践[M].重庆大学出版社，2016.

[3] 杜树春.集成运算放大器应用经典实例[M].电子工业出版社，2015.

[4] 黄智伟.射频功率放大器电路设计[M].西安电子科技大学出版社，2009.