高效率宽带直流放大器的制作方法

本实用新型属于无线通信领域，尤其涉及一种高效率宽带直流放大器。

背景技术：

宽带直流放大器可以将输出的微弱信号或通信接收端接收到的空中的微弱信号，进行提取、放大，在科研中具有重要作用，广泛应用于A/D转换器、D/A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。

现有的宽带直流放大器，其可控增益放大器部分，常采用场效应管的可变电阻区(或三极管)等效为压控电阻实现增益控制，这种方式由于采用大量分立元件，使电路结构复杂，不易理解和修改，且稳定性差。其功率输出部分，为了实现低成本而采用分立元件，此方式虽易于购置，但是设计、制作、调试难度太大，尤其是短时间内手工制作难以保证可靠性及指标。此外，现有的宽带直流放大器，采用的电源电路分为两种结构，分别为并联型结构和串联型结构。并联型结构的电路很复杂，效率低，仅用于对调整速率和精度要求较高的场合；串联型结构的电路比较简单，效率比并联型结构的电路稍高，但依旧满足不了当前领域对高效率的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高效率宽带直流放大器，旨在解决一般电压反馈型放大器的带宽随增益增加而急剧降低和压摆率不足的问题，同时提高增益带宽积和输出电压幅度，减少放大器的噪声并抑制高频自激。

本实用新型技术方案如下：

一种高效率宽带直流放大器，包括：前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块、电源模块，所述前级放大模块，其输入端与输入信号相连，输出端与增益控制模块相连；所述增益控制模块，其输出端与带宽预置模块相连；所述带宽预置模块，其输出与后级功率放大模块相连；所述后级功率放大模块，其输出端与输出信号相连；所述键盘及显示模块，其输出端与增益控制模块和带宽预置模块相连；所述电源模块，其输出端与其他模块(包括前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块)相连。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述前级放大模块采用差分放大电路，其包含三片高速运算放大器与若干电阻、电容，连接成两个同相放大器和一个差动放大器；U1的1管脚连接电容C5并接地，U1的3管脚连接OUT1，U1的4管脚连接电容C1并接地，U1的5管脚一条路连接电容C2并接地，U1的6管脚一条路连接电阻R3并与运放U3的3管脚相连，另一条路连接电阻R1并与U1的2管脚相连，U2的1管脚连接电容C6并接地，U2的3管脚连接OUT2，U2的4管脚连接电容C3并接地，U2的5管脚连接电容C4并接地，U2的6管脚一条路连接电阻R4并与运放U3的2管脚相连，另一条路连接电阻R2并与U2的2管脚相连，且U1的1管脚与U2的1管脚相连，U1的2管脚与U2的2管脚通过变阻器RV1相连；运放U3即差动放大器部分包含三个电容C7、C8、C9和三个电阻R5、R6、R7，U3的1管脚连接电容C9并接地，U3的2管脚顺次连接两个串联的电阻R5、R6并接地，U3的3管脚连接电阻R7并连接输出OUT，同时输出端OUT也连接U3的6管脚，U3的4管脚连接电容C7后接地，U3的5管脚连接电容C8后接地；该电路输入阻抗高，电压放大倍数容易调节，输出不包含共模信号，同时改变RV1的值就能改变电路的电压放大倍数。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述增益控制模块组成器件有两个运算放大器UA741(U4)和AD603(U5)，一个三极管9014(Q1)，两个二极管4007(D1，D2)，两个电阻(R8，R9),单片机控制继电器JK，和手动控制变阻器RV2；继电器JK的1管脚接手动控制变阻器RV2，RV2与二极管D2并联，D2正极接电阻R9并接-5V电压，D2的负极接地，继电器JK的2管脚接运放U4的5管脚，U4的1管脚接+5V，U4的2管脚接DA，U4的3管脚接地，U4的4管脚接-5V，继电器JK的3管脚接U5的7管脚，运放U5的1管脚接-5V，U5的2管脚接地，U5的3管脚接输入IN，U5的4管脚接+5V，U5的5管脚接输出OUT，U5的6管脚接输出OUT，U5的8管脚接地，继电器JK的4管脚接二极管D1的正极，继电器JK的5管脚接二极管D1的负极，D1的负极接+5V电压，D1的正极接三极管Q1的c端，三极管Q1的e端接地，b端连电阻R8并接输入信号P0.0；本模块用单片机控制继电器选用不同电阻值达到增益控制效果，共分为12级，步进间隔为5dB。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述带宽预置模块的步进调节基本电路组成器件有:8个电阻(R10-R17)，6个电容(C10-C15)，2个运放(U6，U7)，多圈精密电位器A1，三极管Q2，单片机；单片机的1管脚接+2.5V，单片机的2管脚一条路接地，一条路连接电容C10，一条路连接电容C11，电容C10，C11并联后连接电阻R10，R10连接+5V，单片机的DAC_OUT管脚连接R13并连接运放U6的3管脚；运放U6的3管脚连接电阻R14并接地，U6的1管脚一条路接+5V，一条路连接电容C12并接地，U6的2管脚一条路连接电阻R11，R11与R10串联，另一条路连接电阻R12，R12连接多圈精密电位器A1的3管脚和5管脚，U6的4管脚接-5V，并通过旁路电容C13接地，U6的5管脚连接多圈精密电位器A1的3管脚和5管脚；多圈精密电位器A1的7管脚接-5V，A1的8管脚连接电阻R15，R15另一端置空，A1的2管脚连接运放U7的5管脚；运放U7的1管脚一条路接+5V，U7的2管脚连接U7的5管脚，U7的4管脚接+5V，并通过旁路电容C15接地，U7的3管脚连接电阻R17；R17一端接地，一端接三极管Q2的c端，三极管Q2的e端接地，Q2的b端连接电阻R16，R16连接输入信号P3.7；步进调节基本电路之所以可由单片机实现数字程控功能，是因为单片机自带12位D/A转换功能；信号从增益控制模块输出后，进入带宽预置模块的步进调节基本电路，经单片机自带的D/A转换功能后，输出稳定的控制电压，完成数字程控功能；同时，本电路使用了多圈精密电位器，可实现宽带的手动连续调节。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述后级功率放大电路组成器件有两个电流反馈型运放THS3091(U8，U9)，七个电阻(R18，R19，R20，R21，R22，R23，RL)；运放U8的3管脚连接U9的3管脚并接输入信号，U8的2管脚一条路与电阻R18相连并接地，另一条路与电阻R20相连并接到U8的6管脚，U8的4管脚接-18V，U8的7管脚接+18V，U8的6管脚连接电阻R22；运放U9的2管脚一端与电阻R19相连并接地，另一端与电阻R21相连并接到U9的6管脚，U9的4管脚接-18V，U9的7管脚接+18V，U9的6管脚连接电阻R23，R23与R22相连后连接电阻RL，RL接地；两个运放结构完全对称；本模块运用THS3091作5倍功率放大，THS3091具有高达7300V/μs的摆率，带宽不小于200MHz，采用±18V供电，其最大输出电流为250mA,每片THS3091为50Ω负载提供一半电流。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述键盘及显示模块分为三个部分：键盘、单片机、显示，所述键盘，其输出连接单片机；所述单片机，其输出连接显示、增益控制模块、带宽预置模块。

进一步根据本实用新型所述的高效率宽带直流放大器，所述电源模块采用开关稳压电源为整个系统供电，组成器件为：三端稳压芯片7805和7905，LM317和LM337，2200μF电解电容、100μF和0.33μF电容，其中三端稳压芯片7805和7905，LM317和LM337起稳压作用，2200μF电解电容、100μF和0.33μF电容起滤除纹波作用，输出电压分别为±5V、±18V，给各单元供电。

本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：

1.本实用新型可控增益放大器部分选取可调增益的运放实现(运放UA741和AD603)。其特点是以dB为单位进行调节，可调增益±40dB，可以用单片机方便地预置增益。此方式电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。

2.本实用新型输出功率部分选取集成高电压输出的运放THS3091，THS3091是一款高速宽带放大器，其特点是放大器通频带从0到10MHz，能驱动50Ω的负载，可以提供475mA的电流输出，可以做到10V有效值输出。此方式由于采用单芯片，设计、调试难度较小，且可有效的减小系统的体积。

3.本实用新型稳压电源部分采用开关稳压电源。此方式效率高，虽然理论电路复杂，但是如果使用开关电源集成芯片，只需在外围加少量器件，即可达到高效率。

附图说明

图1是本实用新型宽带直流放大器系统框图；

图2是本实用新型前级放大模块电路图；

图3是本实用新型增益控制模块电路图；

图4是本实用新型带宽预置模块的步进调节基本电路图；

图5是本实用新型后级功率放大模块电路图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于压控对数放大器的宽带直流放大器分为六个模块：前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块、电源模块。见附图1。

所述前级放大模块，其输入端与输入信号相连，输出端与增益控制模块相连；所述增益控制模块，其输出端与带宽预置模块相连；所述带宽预置模块，其输出与后级功率放大模块相连；所述后级功率放大模块，其输出端与输出信号相连；所述键盘及显示模块，其输出端与增益控制模块和带宽预置模块相连；所述电源模块，其输出端与其他模块(包括前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块)相连。

所述键盘及显示模块分为三个部分：键盘、单片机、显示。

所述键盘，其输出连接单片机；所述单片机，其输出连接显示、增益控制模块、带宽预置模块。

其原理过程为：控制信息通过键盘输入单片机，单片机处理后，将信息传至增益调节模块和带宽预置模块，完成对其的控制，并通过显示完成友好的人机交互。键盘及显示模块中的键盘输入，采用中断模式，而不是查询模式，这样键盘输入完成后，数据端口处于静态，可以大大降低数字系统对模拟信号的干扰。

前级放大模块采用差分放大电路如附图2所示，其包含三片高速运算放大器与若干电阻、电容，连接成两个同相放大器和一个差动放大器。U1的1管脚连接电容C5并接地，U1的3管脚连接OUT1，U1的4管脚连接电容C1并接地，U1的5管脚一条路连接电容C2并接地。U1的6管脚一条路连接电阻R3并与运放U3的3管脚相连，另一条路连接电阻R1并与U1的2管脚相连。U2的1管脚连接电容C6并接地，U2的3管脚连接OUT2，U2的4管脚连接电容C3并接地，U2的5管脚连接电容C4并接地，U2的6管脚一条路连接电阻R4并与运放U3的2管脚相连，另一条路连接电阻R2并与U2的2管脚相连。且U1的1管脚与U2的1管脚相连，U1的2管脚与U2的2管脚通过变阻器RV1相连。运放U3即差动放大器部分包含三个电容C7、C8、C9和三个电阻R5、R6、R7。U3的1管脚连接电容C9并接地，U3的2管脚顺次连接两个串联的电阻R5、R6并接地，U3的3管脚连接电阻R7并连接输出OUT，同时输出端OUT也连接U3的6管脚，U3的4管脚连接电容C7后接地，U3的5管脚连接电容C8后接地。该电路输入阻抗高，电压放大倍数容易调节，输出不包含共模信号。同时改变RV1的值就能改变电路的电压放大倍数。

增益控制模块的电路结构见附图3。组成器件有两个运算放大器UA741(U4)和AD603(U5)，一个三极管9014(Q1)，两个二极管4007(D1，D2)，两个电阻(R8，R9),单片机控制继电器JK，和手动控制变阻器RV2。继电器JK的1管脚接手动控制变阻器RV2，RV2与二极管D2并联，D2正极接电阻R9并接-5V电压，D2的负极接地。继电器JK的2管脚接运放U4的5管脚，U4的1管脚接+5V，U4的2管脚接DA，U4的3管脚接地，U4的4管脚接-5V。继电器JK的3管脚接U5的7管脚，运放U5的1管脚接-5V，U5的2管脚接地，U5的3管脚接输入IN，U5的4管脚接+5V，U5的5管脚接输出OUT，U5的6管脚接输出OUT，U5的8管脚接地。继电器JK的4管脚接二极管D1的正极，继电器JK的5管脚接二极管D1的负极，D1的负极接+5V电压，D1的正极接三极管Q1的c端，三极管Q1的e端接地，b端连电阻R8并接输入信号P0.0。本模块用单片机控制继电器选用不同电阻值达到增益控制效果，共分为12级，步进间隔为5dB。

带宽预置模块的步进调节基本电路图见附图4。组成器件有:8个电阻(R10-R17)，6个电容(C10-C15)，2个运放(U6，U7)，多圈精密电位器A1，三极管Q2，单片机。单片机的1管脚接+2.5V，单片机的2管脚一条路接地，一条路连接电容C10，一条路连接电容C11，电容C10，C11并联后连接电阻R10，R10连接+5V，单片机的DAC_OUT管脚连接R13并连接运放U6的3管脚。运放U6的3管脚连接电阻R14并接地，U6的1管脚一条路接+5V，一条路连接电容C12并接地，U6的2管脚一条路连接电阻R11，R11与R10串联，另一条路连接电阻R12，R12连接多圈精密电位器A1的3管脚和5管脚，U6的4管脚接-5V，并通过旁路电容C13接地，U6的5管脚连接多圈精密电位器A1的3管脚和5管脚。多圈精密电位器A1的7管脚接-5V，A1的8管脚连接电阻R15，R15另一端置空，A1的2管脚连接运放U7的5管脚。运放U7的1管脚一条路接+5V，U7的2管脚连接U7的5管脚，U7的4管脚接+5V，并通过旁路电容C15接地，U7的3管脚连接电阻R17。R17一端接地，一端接三极管Q2的c端。三极管Q2的e端接地，Q2的b端连接电阻R16，R16连接输入信号P3.7。步进调节基本电路之所以可由单片机实现数字程控功能，是因为单片机自带12位D/A转换功能。信号从增益控制模块输出后，进入带宽预置模块的步进调节基本电路，经单片机自带的D/A转换功能后，输出稳定的控制电压，完成数字程控功能。同时，本电路使用了多圈精密电位器，可实现宽带的手动连续调节。

后级功率放大电路图见附图5。组成器件有两个电流反馈型运放THS3091(U8，U9)，七个电阻(R18，R19，R20，R21，R22，R23，RL)。运放U8的3管脚连接U9的3管脚并接输入信号，U8的2管脚一条路与电阻R18相连并接地，另一条路与电阻R20相连并接到U8的6管脚，U8的4管脚接-18V，U8的7管脚接+18V，U8的6管脚连接电阻R22。运放U9的2管脚一端与电阻R19相连并接地，另一端与电阻R21相连并接到U9的6管脚，U9的4管脚接-18V，U9的7管脚接+18V，U9的6管脚连接电阻R23，R23与R22相连后连接电阻RL，RL接地。两个运放结构完全对称。本模块运用THS3091作5倍功率放大，THS3091具有高达7300V/μs的摆率，带宽不小于200MHz，采用±18V供电。其最大输出电流为250mA,每片THS3091为50Ω负载提供一半电流。

电源模块采用开关稳压电源为整个系统供电。组成器件为：三端稳压芯片7805和7905，LM317和LM337，2200μF电解电容、100μF和0.33μF电容。其中三端稳压芯片7805和7905，LM317和LM337起稳压作用，2200μF电解电容、100μF和0.33μF电容起滤除纹波作用，输出电压分别为±5V、±18V，给各单元供电。

该发明工作时，输入信号进入前级放大模块，输出放大一定倍数的电压后，进入增益控制模块，该模块受单片机的控制，可以达到增益控制效果。信号从增益控制模块输出后，进入带宽预置模块，该模块与单片机相连，完成单片机数字程控功能，输出稳定的控制电压后，进入后级功率放大模块，实现放大功能后输出信号。电源模块为前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块提供稳定的电压。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。