AD603应用电路之可控直流宽带放大器

　　现如今各类型放大器的运用领域不断扩展。在当今科技和通讯高速发展下，各种自动化、智能化仪器装置对信号的要求越来越高，尤其在一些高精度的领域，对小信号的放大与处理要求更为严格。普通的运放存在着本身不可忽略的缺点，用普通的运放设计的放大器一般具有频带窄、噪声系数大、低增益的特点。直流宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事和医用设备上等高科技领域上，具有很好的发展前景。

　　本文介绍一款以AD603为核心，实现高增益、高精度、低噪声、增益可控性高的程控直流宽带放大器。

　　放大器系统组成结构

　　本放大器系统由控制器、主放大电路、DA增益控制、键盘扫描、液晶显示及直流稳压电源六大功能模块。各模块间的关系如图1所示。控制器采用Atmel公司生产MCS51系列的AT89s52单片机，负责对数据的运算处理。DA转换使用TLC5615，TLC5615是带有缓冲基准输入（高阻抗）的10位电压输出串型数字-模拟转换器，器件使用简单，用单5V电源工作。信号经过IO直接驱动DA芯片工作，进行DA转换，输出控制电压，实现对AD603的增益控制。键盘使用常用的4X4键盘，采用LCD12864显示，主要显示增益值，实现人机信息交换。LCD12864液晶屏是由128*64个像素组成，具有显示汉字，图形等功能，使得整个系统显示界面友好、大方。系统需±5V电源供电，电源采用了由三端稳压器LM7809和LM7905组成的直流稳压电源。

　　基于AD603的放大电路介绍

　　1、AD603简介

　　AD603是一种具有程控增益调整功能的芯片，它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。

　　2、基于AD603的放大电路工作原理

　　AD603的放大电路如上图所示。AD603由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。从第3脚输入的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值Vg（1脚和2脚的电压差）有关，由于控制电压1脚和2脚的输入电阻高达50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。当第7和第5两管脚的连接不同电阻时，其放大器的增益范围也不一样，当两脚短接时，增益为40Vg+10，Vg在-500mV～500mV时的增益范围在-10dB～30dB，本设计就应用次性能。

　　选用AD603作为主放大器，两片AD603采用顺序级联形式，充分发挥每一片AD603的增益控制功能。AD603的2脚对地压降固定，从而1、2脚的电压差Vg受1脚电压的控制。AD603的增益可表示为：Gain=40·Vg+10。由此可见，随着1脚电压的增加，Vg也增加，则AD603的增益变大，相反，若1脚电压减小，Vg也减小，则AD603的增益变小，从而使两级AD603的输出恒定在某个信号强度上。

　　两片AD603采用顺序级联模式有利于控制精度和信噪比的提高。而顺序级联模式要求在放大信号时先启用第一片AD603的增益，用尽后再用第二片的增益。由AD603的增益计算公式可知，当Vg在-500mV～500mV之间时，其增益在-10～30dB范围内变化，则两片AD603的Vg之间应有1V的电压差，在图2中可见，即两片AD603的2脚之间有1V的压降。将第一片AD603的增益范围定为-10～30dB，则相应的Vg为-500mV～500mV，而其2脚已固定在2V，故1脚的控制电压应为1V～2.5V。第二片AD603的增益范围也应定为-10～30dB，则相应的Vg与第一片AD603相同，而其2脚已固定在3V，故1脚的控制电压即应为2.5V～3.5V，两片顺序级联后的总增益范围为-20～60dB。

　　由以上分析可知，当DA转换器电压V从1V到3.5V变化控制1脚时，两级AD603的总增益将从-20dB～60dB线性增加。

　　由于AD603的输入阻抗仅为100Ω，要能很好的匹配信号源输出阻抗，必须加入输入缓冲部分以提高输入阻抗。前级电路对整个电路的影响非常大，必须尽量减少噪声。故应采用高速低噪声的运放。系统采用高速低噪声运算放大器OPA642作前级缓冲，它的电源电压范围为±4V～±22V，具有40M的带宽范围，输入阻抗可以达到3G，能够很好的匹配前后级阻抗。这样信号先进入前级的缓冲级进行了除噪处理，信号缓冲，阻抗匹配后方从AD603的3脚进入，经过两级AD603放大组合进行放大，电路级间没有容性元器件，故可以实现对直流交流信号的处理。

　　3、抗干扰措施

　　在进行高频小信号的放大的时候，频带比较宽，当电路工作于较高的频带时很容易引起自激等不良现象，因此要采取各种抗干扰措施。本设计抗干扰主要措施如下：第一，在电路布线是应尽可能使数字电路部分与模拟电路部分隔离；第二，信号传输屏蔽，信号之间尽量用焊接法，减少用夹子夹或是插拔接头，信号传输使用同轴线，接头使用SMA接头；第三，整个系统除信号输入、输出接口外全部用金属外壳屏蔽。

　　系统软件设计

　　系统软件主要包含了系统初始化程序、LCD12864显示程序、键盘程序、DA转换程序等。系统初始化程序主要对系统的I\O和液晶显示的初始化。液晶显示程序对单片机处理的数据进行显示处理，实现友好人机界面的信息交换。DA转换主要将键盘输入的键值经过相应的处理以后，转换成二进制数据输送给DA芯片的数据口进行转换，经过转换后输出连续可调的模拟电压，用以控制AD603的1脚电压，实现程序控制。程序流程如下图所示。

　　总结

　　本文所描述的放大器系统利用数字技术实现增益的步进和预置，放大器的通频带在0Hz～10MHz时能稳定输出，增益范围在-20dB到60dB内可以实现连续和步进可调，增益误差小于1dB，放大器噪声小于20mV。放大器具有宽频带、低噪声、高增益、高抗干扰、性能稳定。系统控制简单，界面友好，已投入使用。