程控增益低噪声宽带直流放大器的设计

摘要：介绍了程控增益低噪声宽带直流放大器的设计原理及流程。采用低噪声增益可程控集成运算放大器AD603和高频三极管2N2219和2N2905等器件设计了程控增益低噪声宽带直流放大器，实现了输入电压有效值小于10 mV，输出信号有效值最大可达10 V，通频带为0～8 MHz，增益可在0～50 dB之间5 dB的步进进行控制，最高增益达到53 dB，且宽带内增益起伏远小于1 dB的两级宽带直流低噪声放大器的设计。
关键词：低噪声；程控增益；功率放大；宽带直流放大器

0 引言
低噪声宽带直流放大器位于接收机前端，放大微弱信号是其主要作用，对于降低噪声干扰，提高整个接收机的性能起着至关重要的作用。因此，低噪声宽带直流放大器一直是雷达、通信和电子对抗等电子系统中的关键部件，有着广泛的军用和民用价值。本文介绍的宽带直流低噪声放大器，通频带为0～8 MHz，增益可在0～50 dB之间以5 dB的步进进行控制，最高增益达到53 dB，且宽带内增益起伏远小于1 dB。

1 总体设计方案
该设计主要包含输入缓冲级、可控增益放大模块、功率放大输出模块以及单片机控制模块。可控增益放大器负责信号放大并与单片机电路配合实现了增益控制。后级功率输出模块进一步进行功率放大，得到较高的输出电压范围。整体结构框图如图1所示。

2 单元电路设计
2．1 输入缓冲级
输入电压有效值小于10 mV，当输入小信号时AD603的放大性能很差，所以在输入端采用AD4031构成输入缓冲级，对小信号输入信号进行一定放大，同时对后续的AGC调零。
2．2 可控增益放大器
单级AD603的电压增益可按以下公式计算：
Gain(dB)=40VG+10
式中VG为差分输入电压。
可见，AD603的增益与其控制电压成线性关系，也就是说，只要用单片机控制D／A输出线性变化的控制电压，便可得到线性变化的电压增益输出。假设键盘输入预置电压增益GF，则D／A输出电压的理论值应为：
VG=(GF-10)／40。又由于D／A的输出电压VOUT=DIN／212VREF，可算出DIN的理论值DIN=VOUT／VREF×212。因此，只要利用单片机向D／A送12位的DIN，在D／A的输出端便可得到所需的控制电压VG，从而控制AD603产生GF大小的电压增益。
由于单级AD603只能实现31．07 dB增益，要设计出电压增益大于等于50 dB，所以必须采用2片AD603级联。AD603有两种方式增益连接方式：顺序级联和并联级联。为了控制精度、提高性噪比，该设计采用顺序级联方式。