本實用新型屬于無線通信領域，尤其涉及一種高效率寬帶直流放大器。

背景技術：

寬帶直流放大器可以將輸出的微弱信號或通信接收端接收到的空中的微弱信號，進行提取、放大，在科研中具有重要作用，廣泛應用于A/D轉換器、D/A轉換器、有源濾波器、波形發(fā)生器、視頻放大器等電路。

現有的寬帶直流放大器，其可控增益放大器部分，常采用場效應管的可變電阻區(qū)(或三極管)等效為壓控電阻實現增益控制，這種方式由于采用大量分立元件，使電路結構復雜，不易理解和修改，且穩(wěn)定性差。其功率輸出部分，為了實現低成本而采用分立元件，此方式雖易于購置，但是設計、制作、調試難度太大，尤其是短時間內手工制作難以保證可靠性及指標。此外，現有的寬帶直流放大器，采用的電源電路分為兩種結構，分別為并聯型結構和串聯型結構。并聯型結構的電路很復雜，效率低，僅用于對調整速率和精度要求較高的場合；串聯型結構的電路比較簡單，效率比并聯型結構的電路稍高，但依舊滿足不了當前領域對高效率的要求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種高效率寬帶直流放大器，旨在解決一般電壓反饋型放大器的帶寬隨增益增加而急劇降低和壓擺率不足的問題，同時提高增益帶寬積和輸出電壓幅度，減少放大器的噪聲并抑制高頻自激。

本實用新型技術方案如下：

一種高效率寬帶直流放大器，包括：前級放大模塊、增益控制模塊、帶寬預置模塊、后級功率放大模塊、鍵盤及顯示模塊、電源模塊，所述前級放大模塊，其輸入端與輸入信號相連，輸出端與增益控制模塊相連；所述增益控制模塊，其輸出端與帶寬預置模塊相連；所述帶寬預置模塊，其輸出與后級功率放大模塊相連；所述后級功率放大模塊，其輸出端與輸出信號相連；所述鍵盤及顯示模塊，其輸出端與增益控制模塊和帶寬預置模塊相連；所述電源模塊，其輸出端與其他模塊(包括前級放大模塊、增益控制模塊、帶寬預置模塊、后級功率放大模塊、鍵盤及顯示模塊)相連。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述前級放大模塊采用差分放大電路，其包含三片高速運算放大器與若干電阻、電容，連接成兩個同相放大器和一個差動放大器；U1的1管腳連接電容C5并接地，U1的3管腳連接OUT1，U1的4管腳連接電容C1并接地，U1的5管腳一條路連接電容C2并接地，U1的6管腳一條路連接電阻R3并與運放U3的3管腳相連，另一條路連接電阻R1并與U1的2管腳相連，U2的1管腳連接電容C6并接地，U2的3管腳連接OUT2，U2的4管腳連接電容C3并接地，U2的5管腳連接電容C4并接地，U2的6管腳一條路連接電阻R4并與運放U3的2管腳相連，另一條路連接電阻R2并與U2的2管腳相連，且U1的1管腳與U2的1管腳相連，U1的2管腳與U2的2管腳通過變阻器RV1相連；運放U3即差動放大器部分包含三個電容C7、C8、C9和三個電阻R5、R6、R7，U3的1管腳連接電容C9并接地，U3的2管腳順次連接兩個串聯的電阻R5、R6并接地，U3的3管腳連接電阻R7并連接輸出OUT，同時輸出端OUT也連接U3的6管腳，U3的4管腳連接電容C7后接地，U3的5管腳連接電容C8后接地；該電路輸入阻抗高，電壓放大倍數容易調節(jié)，輸出不包含共模信號，同時改變RV1的值就能改變電路的電壓放大倍數。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述增益控制模塊組成器件有兩個運算放大器UA741(U4)和AD603(U5)，一個三極管9014(Q1)，兩個二極管4007(D1，D2)，兩個電阻(R8，R9),單片機控制繼電器JK，和手動控制變阻器RV2；繼電器JK的1管腳接手動控制變阻器RV2，RV2與二極管D2并聯，D2正極接電阻R9并接-5V電壓，D2的負極接地，繼電器JK的2管腳接運放U4的5管腳，U4的1管腳接+5V，U4的2管腳接DA，U4的3管腳接地，U4的4管腳接-5V，繼電器JK的3管腳接U5的7管腳，運放U5的1管腳接-5V，U5的2管腳接地，U5的3管腳接輸入IN，U5的4管腳接+5V，U5的5管腳接輸出OUT，U5的6管腳接輸出OUT，U5的8管腳接地，繼電器JK的4管腳接二極管D1的正極，繼電器JK的5管腳接二極管D1的負極，D1的負極接+5V電壓，D1的正極接三極管Q1的c端，三極管Q1的e端接地，b端連電阻R8并接輸入信號P0.0；本模塊用單片機控制繼電器選用不同電阻值達到增益控制效果，共分為12級，步進間隔為5dB。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述帶寬預置模塊的步進調節(jié)基本電路組成器件有:8個電阻(R10-R17)，6個電容(C10-C15)，2個運放(U6，U7)，多圈精密電位器A1，三極管Q2，單片機；單片機的1管腳接+2.5V，單片機的2管腳一條路接地，一條路連接電容C10，一條路連接電容C11，電容C10，C11并聯后連接電阻R10，R10連接+5V，單片機的DAC_OUT管腳連接R13并連接運放U6的3管腳；運放U6的3管腳連接電阻R14并接地，U6的1管腳一條路接+5V，一條路連接電容C12并接地，U6的2管腳一條路連接電阻R11，R11與R10串聯，另一條路連接電阻R12，R12連接多圈精密電位器A1的3管腳和5管腳，U6的4管腳接-5V，并通過旁路電容C13接地，U6的5管腳連接多圈精密電位器A1的3管腳和5管腳；多圈精密電位器A1的7管腳接-5V，A1的8管腳連接電阻R15，R15另一端置空，A1的2管腳連接運放U7的5管腳；運放U7的1管腳一條路接+5V，U7的2管腳連接U7的5管腳，U7的4管腳接+5V，并通過旁路電容C15接地，U7的3管腳連接電阻R17；R17一端接地，一端接三極管Q2的c端，三極管Q2的e端接地，Q2的b端連接電阻R16，R16連接輸入信號P3.7；步進調節(jié)基本電路之所以可由單片機實現數字程控功能，是因為單片機自帶12位D/A轉換功能；信號從增益控制模塊輸出后，進入帶寬預置模塊的步進調節(jié)基本電路，經單片機自帶的D/A轉換功能后，輸出穩(wěn)定的控制電壓，完成數字程控功能；同時，本電路使用了多圈精密電位器，可實現寬帶的手動連續(xù)調節(jié)。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述后級功率放大電路組成器件有兩個電流反饋型運放THS3091(U8，U9)，七個電阻(R18，R19，R20，R21，R22，R23，RL)；運放U8的3管腳連接U9的3管腳并接輸入信號，U8的2管腳一條路與電阻R18相連并接地，另一條路與電阻R20相連并接到U8的6管腳，U8的4管腳接-18V，U8的7管腳接+18V，U8的6管腳連接電阻R22；運放U9的2管腳一端與電阻R19相連并接地，另一端與電阻R21相連并接到U9的6管腳，U9的4管腳接-18V，U9的7管腳接+18V，U9的6管腳連接電阻R23，R23與R22相連后連接電阻RL，RL接地；兩個運放結構完全對稱；本模塊運用THS3091作5倍功率放大，THS3091具有高達7300V/μs的擺率，帶寬不小于200MHz，采用±18V供電，其最大輸出電流為250mA,每片THS3091為50Ω負載提供一半電流。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述鍵盤及顯示模塊分為三個部分：鍵盤、單片機、顯示，所述鍵盤，其輸出連接單片機；所述單片機，其輸出連接顯示、增益控制模塊、帶寬預置模塊。

進一步根據本實用新型所述的高效率寬帶直流放大器，所述電源模塊采用開關穩(wěn)壓電源為整個系統供電，組成器件為：三端穩(wěn)壓芯片7805和7905，LM317和LM337，2200μF電解電容、100μF和0.33μF電容，其中三端穩(wěn)壓芯片7805和7905，LM317和LM337起穩(wěn)壓作用，2200μF電解電容、100μF和0.33μF電容起濾除紋波作用，輸出電壓分別為±5V、±18V，給各單元供電。

本實用新型與現在技術相比，其有益效果在于：

1.本實用新型可控增益放大器部分選取可調增益的運放實現(運放UA741和AD603)。其特點是以dB為單位進行調節(jié)，可調增益±40dB，可以用單片機方便地預置增益。此方式電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易于數字化用單片機處理。

2.本實用新型輸出功率部分選取集成高電壓輸出的運放THS3091，THS3091是一款高速寬帶放大器，其特點是放大器通頻帶從0到10MHz，能驅動50Ω的負載，可以提供475mA的電流輸出，可以做到10V有效值輸出。此方式由于采用單芯片，設計、調試難度較小，且可有效的減小系統的體積。

3.本實用新型穩(wěn)壓電源部分采用開關穩(wěn)壓電源。此方式效率高，雖然理論電路復雜，但是如果使用開關電源集成芯片，只需在外圍加少量器件，即可達到高效率。

附圖說明

圖1是本實用新型寬帶直流放大器系統框圖；

圖2是本實用新型前級放大模塊電路圖；

圖3是本實用新型增益控制模塊電路圖；

圖4是本實用新型帶寬預置模塊的步進調節(jié)基本電路圖；

圖5是本實用新型后級功率放大模塊電路圖；

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

基于壓控對數放大器的寬帶直流放大器分為六個模塊：前級放大模塊、增益控制模塊、帶寬預置模塊、后級功率放大模塊、鍵盤及顯示模塊、電源模塊。見附圖1。

所述前級放大模塊，其輸入端與輸入信號相連，輸出端與增益控制模塊相連；所述增益控制模塊，其輸出端與帶寬預置模塊相連；所述帶寬預置模塊，其輸出與后級功率放大模塊相連；所述后級功率放大模塊，其輸出端與輸出信號相連；所述鍵盤及顯示模塊，其輸出端與增益控制模塊和帶寬預置模塊相連；所述電源模塊，其輸出端與其他模塊(包括前級放大模塊、增益控制模塊、帶寬預置模塊、后級功率放大模塊、鍵盤及顯示模塊)相連。

所述鍵盤及顯示模塊分為三個部分：鍵盤、單片機、顯示。

所述鍵盤，其輸出連接單片機；所述單片機，其輸出連接顯示、增益控制模塊、帶寬預置模塊。

其原理過程為：控制信息通過鍵盤輸入單片機，單片機處理后，將信息傳至增益調節(jié)模塊和帶寬預置模塊，完成對其的控制，并通過顯示完成友好的人機交互。鍵盤及顯示模塊中的鍵盤輸入，采用中斷模式，而不是查詢模式，這樣鍵盤輸入完成后，數據端口處于靜態(tài)，可以大大降低數字系統對模擬信號的干擾。

前級放大模塊采用差分放大電路如附圖2所示，其包含三片高速運算放大器與若干電阻、電容，連接成兩個同相放大器和一個差動放大器。U1的1管腳連接電容C5并接地，U1的3管腳連接OUT1，U1的4管腳連接電容C1并接地，U1的5管腳一條路連接電容C2并接地。U1的6管腳一條路連接電阻R3并與運放U3的3管腳相連，另一條路連接電阻R1并與U1的2管腳相連。U2的1管腳連接電容C6并接地，U2的3管腳連接OUT2，U2的4管腳連接電容C3并接地，U2的5管腳連接電容C4并接地，U2的6管腳一條路連接電阻R4并與運放U3的2管腳相連，另一條路連接電阻R2并與U2的2管腳相連。且U1的1管腳與U2的1管腳相連，U1的2管腳與U2的2管腳通過變阻器RV1相連。運放U3即差動放大器部分包含三個電容C7、C8、C9和三個電阻R5、R6、R7。U3的1管腳連接電容C9并接地，U3的2管腳順次連接兩個串聯的電阻R5、R6并接地，U3的3管腳連接電阻R7并連接輸出OUT，同時輸出端OUT也連接U3的6管腳，U3的4管腳連接電容C7后接地，U3的5管腳連接電容C8后接地。該電路輸入阻抗高，電壓放大倍數容易調節(jié)，輸出不包含共模信號。同時改變RV1的值就能改變電路的電壓放大倍數。

增益控制模塊的電路結構見附圖3。組成器件有兩個運算放大器UA741(U4)和AD603(U5)，一個三極管9014(Q1)，兩個二極管4007(D1，D2)，兩個電阻(R8，R9),單片機控制繼電器JK，和手動控制變阻器RV2。繼電器JK的1管腳接手動控制變阻器RV2，RV2與二極管D2并聯，D2正極接電阻R9并接-5V電壓，D2的負極接地。繼電器JK的2管腳接運放U4的5管腳，U4的1管腳接+5V，U4的2管腳接DA，U4的3管腳接地，U4的4管腳接-5V。繼電器JK的3管腳接U5的7管腳，運放U5的1管腳接-5V，U5的2管腳接地，U5的3管腳接輸入IN，U5的4管腳接+5V，U5的5管腳接輸出OUT，U5的6管腳接輸出OUT，U5的8管腳接地。繼電器JK的4管腳接二極管D1的正極，繼電器JK的5管腳接二極管D1的負極，D1的負極接+5V電壓，D1的正極接三極管Q1的c端，三極管Q1的e端接地，b端連電阻R8并接輸入信號P0.0。本模塊用單片機控制繼電器選用不同電阻值達到增益控制效果，共分為12級，步進間隔為5dB。

帶寬預置模塊的步進調節(jié)基本電路圖見附圖4。組成器件有:8個電阻(R10-R17)，6個電容(C10-C15)，2個運放(U6，U7)，多圈精密電位器A1，三極管Q2，單片機。單片機的1管腳接+2.5V，單片機的2管腳一條路接地，一條路連接電容C10，一條路連接電容C11，電容C10，C11并聯后連接電阻R10，R10連接+5V，單片機的DAC_OUT管腳連接R13并連接運放U6的3管腳。運放U6的3管腳連接電阻R14并接地，U6的1管腳一條路接+5V，一條路連接電容C12并接地，U6的2管腳一條路連接電阻R11，R11與R10串聯，另一條路連接電阻R12，R12連接多圈精密電位器A1的3管腳和5管腳，U6的4管腳接-5V，并通過旁路電容C13接地，U6的5管腳連接多圈精密電位器A1的3管腳和5管腳。多圈精密電位器A1的7管腳接-5V，A1的8管腳連接電阻R15，R15另一端置空，A1的2管腳連接運放U7的5管腳。運放U7的1管腳一條路接+5V，U7的2管腳連接U7的5管腳，U7的4管腳接+5V，并通過旁路電容C15接地，U7的3管腳連接電阻R17。R17一端接地，一端接三極管Q2的c端。三極管Q2的e端接地，Q2的b端連接電阻R16，R16連接輸入信號P3.7。步進調節(jié)基本電路之所以可由單片機實現數字程控功能，是因為單片機自帶12位D/A轉換功能。信號從增益控制模塊輸出后，進入帶寬預置模塊的步進調節(jié)基本電路，經單片機自帶的D/A轉換功能后，輸出穩(wěn)定的控制電壓，完成數字程控功能。同時，本電路使用了多圈精密電位器，可實現寬帶的手動連續(xù)調節(jié)。

后級功率放大電路圖見附圖5。組成器件有兩個電流反饋型運放THS3091(U8，U9)，七個電阻(R18，R19，R20，R21，R22，R23，RL)。運放U8的3管腳連接U9的3管腳并接輸入信號，U8的2管腳一條路與電阻R18相連并接地，另一條路與電阻R20相連并接到U8的6管腳，U8的4管腳接-18V，U8的7管腳接+18V，U8的6管腳連接電阻R22。運放U9的2管腳一端與電阻R19相連并接地，另一端與電阻R21相連并接到U9的6管腳，U9的4管腳接-18V，U9的7管腳接+18V，U9的6管腳連接電阻R23，R23與R22相連后連接電阻RL，RL接地。兩個運放結構完全對稱。本模塊運用THS3091作5倍功率放大，THS3091具有高達7300V/μs的擺率，帶寬不小于200MHz，采用±18V供電。其最大輸出電流為250mA,每片THS3091為50Ω負載提供一半電流。

電源模塊采用開關穩(wěn)壓電源為整個系統供電。組成器件為：三端穩(wěn)壓芯片7805和7905，LM317和LM337，2200μF電解電容、100μF和0.33μF電容。其中三端穩(wěn)壓芯片7805和7905，LM317和LM337起穩(wěn)壓作用，2200μF電解電容、100μF和0.33μF電容起濾除紋波作用，輸出電壓分別為±5V、±18V，給各單元供電。

該發(fā)明工作時，輸入信號進入前級放大模塊，輸出放大一定倍數的電壓后，進入增益控制模塊，該模塊受單片機的控制，可以達到增益控制效果。信號從增益控制模塊輸出后，進入帶寬預置模塊，該模塊與單片機相連，完成單片機數字程控功能，輸出穩(wěn)定的控制電壓后，進入后級功率放大模塊，實現放大功能后輸出信號。電源模塊為前級放大模塊、增益控制模塊、帶寬預置模塊、后級功率放大模塊、鍵盤及顯示模塊提供穩(wěn)定的電壓。

以上僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行了描述，并不將本實用新型的技術方案限制于此，本領域人員在本實用新型的主要技術構思的基礎上所作的任何公知變形都屬于本實用新型所要保護的技術范疇，本實用新型具體的保護范圍以權利要求書的記載為準。