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1、摘 要本作品分为两大部分，前级两个高频晶体管级联放大，后级也是两个高频晶体管级联放。采用手动调节 1k 线绕电位器来完成对增益的控制，实现在040dB 范围内连续可调和预置，电路结构比较简单，测试表明可以满足在通频带内增益起伏1dB 的基本要求。本系统最大特点是利用两个 BFG67 超高频晶体管级联构成一级放大来代替昂贵的放大器集成芯片，两级放大级联，不但简化了电路，指标平稳，功耗低，同时也降低了放大器制作成本。一、系统方案及论证- 2 -1、总体方案设计采用分立元件的系统结构既可满足系统的指标要求，又能降低成本，总体设计结构如下：频补式衰减器匹配网络直流稳压电源前置级 输出级输出匹配网络图
2、1 整机系统框图输入信号经由频补式衰减器和匹配网络，加至前置级放大，再由输出级放大后，从输出匹配网络输出。2、方案论证（1） 、前置级方案一：采用可控增益放大器 AD603 芯片。该芯片噪声低，温度稳定性高，增益可调，频带宽，增益误差小，满足题目要求。但由于它是微功耗器件，在电路的装配、调试时比较困难。方案二：采用分立器件和集成芯片。用超高频晶体管与集成芯片的级联电路做前置级，优点是成本较低，频带较宽；缺点是电路匹配困难。方案三：使用分立器件超高频微波三极管作为前置级。优点是频带宽、噪声低、级联方便、并且成本低。（2） 、输出级方案一：采用高速集成块 AD844。频带宽，可是与前置级级联比较困
3、难。方案二：采用超高频微波三极管。同样用分立器件来构成输出级，与前级级联比较容易，并且成本比较低。结论：考虑到指标要求和成本低等主要因素，决定采用分立器件。二、单元电路设计1、直流稳压电源电源原理图见附图 1，系统的整个供电8V，都是由我们自己设计并制作的直流稳压电源供出的（见实物） 。2、频补式输入衰减器图 2 为频补式输入衰减器原理图该电路需满足的关系：R1*C1=R2*C2 ，全通网络。否则，则会呈现高通或低通特性。- 3 -1V2R0kCp5vio84110 10 1K 10K 10K 1MEG 10MEGWFM.1 VDB(VO) vs. FREQUENCY in Hz-17.5-1
4、7.5-17.5-17.5-17.5VDB(VO) in dB(Volts)13M13M13M13M13Mvo inVolts图 2 频补式输入衰减器 图 3 频补式输入衰减器频响特性仿真图该单元电路的频响特性见图 3，曲线 1：全通幅频特性。曲线 8：高通特性。曲线 4：低通特性。3、前置级由图 4 可见，采用双管级联直耦电路，前级主要完成放大，第二级主要完成跟随器输出，从而增加负载能力。 图 5 前置级时域响应波形仿真图21310 10 1K 10K 10K 1MEG 10MEGWFM.3 PHASE(VO1) vs. FREQUENCY in Hz-48.5-8.5-129-169-20
5、9PHASE(VO1) in Deg-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0VDB(VIN) in dB (Volts)图 4 前置级原理图 图 6 前置级频域响应波形仿真图前置级时域响应波形仿真图为图 5，曲线 1：输入信号，20mv 峰- 峰值。曲线 2：输入信号，417mv 峰-峰值,本机增益 20.85。前置级频域响应波形仿真图为图 6，曲线 1：输入幅频特性。曲线 2：输出幅频特性，本级频响从 0-100Mhz。曲线 3：输出相频特性4、输出级由图 7 可见输出级的工作原理，本级主要保证足够大的动态范围，以满足题目 2v 有效值的要求。该级时域仿真波形为图 8，曲线 1：输
6、入信号，200mv 峰- 峰值。曲线 2：输出动态范围：6.41v p-p，可满足输出电压要求。本机增益 30.25。21500N 1.50U 2.50U 3.50U 4.50UWFM.1 VIN vs. TIME in Secs7.00M-3.00M-13.0M-23.0M-33.0MVIN in Volts3.603.403.203.002.80VO1 inVolts192XFG7Rkvivc5c8nC0u3.6.- 4 -该级频域响应波形为图 9，曲线 1：输入幅频特性。曲线 2：输出幅频特性，本级-3dB 带宽 100Mhz。 曲线 3：输出相频特性。192X6BFG7R03vik48
7、vcnoC u.8.图 7 输出级原理图图 8 输出级时域响应波形仿真图12310 100 1K 10KWFM.3 PHASE(VO1) vs. FREQUENCY in Hz-40.0-80.0-120-160-200PHASE(VO1) in Deg11.010.610.29.809.40VDB(VO1) in dB (Volts)图 9 输出级频域相应波形仿真图三、理论分析与计算1、带宽增益积（GBP）GBP=B*Au=5Mhz*100=0.5G2、 通频带内增益起伏控制本电路未采用频率补偿，测试结果显示带内比较平坦，如图 6 和图 9 的曲线 2 所示。3、线性相位电路中若运用了惯性元
8、件，就会影响相位，图 6 和图 9 的曲线 3 为本系统的仿真相位变化。结果基本满足要求。5、放大器稳定性由测试结果可见，放大器比较稳定。四、调试采用分级调试方式，先调试前置级，该级在 05MHz 内增益大约 20dB,再调试输出级，同样在 05MHz 内增益大约 20dB。两级级联后，能在 05 MHz 内增益大约 40dB。并且在前置级输出端设置一个 1k 线绕电位器，实现增益手动可调。四、 测试方案和测试结果1、测试条件(仪器)M0S4152 10MHz 双踪示波器，F40 型数字合成函数信号发生器/计数器，VC9807A+万用表。2、测试方案及结果12500N 1.50U 2.50U
9、3.50U 4.50UWFM.2 VO1 vs. TIME in Secs16.612.68.624.62622MVO1 in Volts217M16.6M-183M-383M-583MVIN inVolts- 5 -运用 F40 型数字合成函数信号发生器/计数器、M0S4152 10MHz 双踪示波器和 VC9807A+万用表组合的静态法测量。测试结果如下：(1)、通过示波器观察，通频带为 05MHz,并且在该频带范围内增益比较平坦,增益起伏1dB。示波器的两路同时显示输入波形和输出波形，根据Av=20*lgUo/Ui,达到电压增益为 40dB。(2)、输入电压有效值通过信号源给出信号峰值，
10、由 U=0.707*Up 计算得到；输出电压有效值也是通过示波器观察信号的峰值，由 U=0.707*Up 计算得到。 (3)、Av 可在 040dB 范围内调节电位器来实现手动连续调节。(4)、我们基本做到了降低放大器的制作成本，简化电路，提高电源效率。六、心得体会我们三人在整个系统的从方案设计并确定到最终的电路装配，结果测试，感受到了宽带直流放大器的难点之处。仿真能做到但是实际装配的时候却做不到，充分体现出高频器件对电路装配的苛刻性，高性能芯片的低功耗让我们在级联时着实苦闷很久，最终找到了合适的方案。本方案的确定始终遵循大赛倡导的降低制作成本、减少功耗的原则，还有一定的改进空间，比如可以用数
11、字电位器代替 1k 线绕电位器实现整机数控及增益显示。参考文献1 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2007）.北京：北京理工大学出版社，2008.2 谢自美.电子线路设计实验测试（第二版）.武汉：华中理工出版社，2000.- 6 -1 2 3 4ABCD4321DCBA12345678910111213141516 U11234D11234D2vi1G2vo3U27809vi1G2vo3U37805G1vi2vo3U47909 G1vi2vo3U57905C11000uC31000uC6470u C11100uC9470uC2104C4104C5104C8104C7104C10104C12104C14104C13100u12J1S?SW-PBR?SW-PBR1LED?SW-PBD1 vo1G2vi3LED?SW-PBC16104 C15104+9V +5V 3.3VGND-5V-9V123J1123J2+5VGND-5V+9V-9VGND12J312J43.3VGND+5VGND附图 1 电源原理图二九 年 九 月
