输出幅值可数控的放大电路论文

张衍波

在信号测量时，可能需要对信号进行特殊处理，以满足测量的需要。本文提出一种能将一定范围内变化的输入信号转换为一稳定输出，并能实现输出幅度
可调的放大电路，其充分利用TI公司压控放大器VCA822 的电压调整能力，进行增益自动调整，实现稳定输出，数控简单可靠。
关键词：VCA822 放大电路 数控
方案设计
2.1 系统分析与理论计算
输入 增整定益电自动路 数输大出控电电级路放路 输出
图1 系统分析
该系统主要由增益自动整定电路、数控电路和输出级放大电路三部分组成。
要实现20mVpp~2Vpp 输入，则增益调整范围应不小于40dB。根据器件的能力
不同，经过整定后的输出信号范围为：20mVpp~2Vpp，此信号送入后级放大电
路。增益的自动控制可引入适当的反馈实现，可根据工作环境选用适当的运放。
输出级放大电路的输入为前级整定后的信号，要求输出能达到5Vpp，根据
输入信号的情况，其放大倍数范围可确定如下：
- 2 -
倍250
0.020
5
=
pp
pp
V
V
（最大倍数） 倍2.5
2
5
=
pp
pp
V
V
（最小倍数）
具体的放大倍数可由整定后信号的实际大小确定。
数控实现0~5Vpp范围内可调，其中包括细调100级以0.05V步进、粗调10
级以0.5V 步进。选用适当的器件将输出信号线性划分为100 等份，并通过脉冲
信号控制。根据设计要求，需要脉冲信号发生电路能输出单脉冲和10 个脉冲为
一组的组脉冲。
2.2 设计方案论证
（1）增益自动整定电路
根据电压控制范围40dB的要求可选用TI公司的压控放大器VCA822，其整
定后的信号较小，不利于进一步处理，所以采用TI 公司的压控放大器VCA810
进一步放大，以提高系统性能。
反馈信号进入压控放大器VCA822的VG端可实现自动增益调节，反馈信号
可通过反馈电路检测压控放大器VCA810 的峰值，经比较器输出到VCA822 的
VG端。
考虑所选检波电路的特点，峰值检波的效果要达到最佳，信号峰值应大于
2Vpp ，如果形成闭环后VCA810的输出能力受到的稳定性的制约，应首先考虑
电路的稳定性，牺牲输出能力，此时若VCA810 的输出不足2Vpp，可再增加一
级放大，在此可选择TI公司的OPA300[3]
。
（2）输出级电路
根据设计要求，输出级放大电路的输出要达到5Vpp
，可选用
TI 公司的压控
放大器VCA822。根据前级整定电路的信号变化，可通过调节增益电阻 (RG) 与
反馈电阻 (RF) 设置最大增益，配合VG端信号，可灵活的修正因电阻器误差所
引起的误差，提高设计精度。
（3）数控电路
根据设计要求，要在0~5Vpp范围内实现细调100级以0.05V步进、粗调10
级以0.5V步进，可选用数字电位器X9C102P将整定输出电压线性细分为100级，
其受脉冲信号发生电路的单脉冲和10 个脉冲为一组的组脉冲输出控制，分别实
现100级细调及10级粗调。
（4）器件介绍
VCA822是一种 DC 耦合、宽频带、V/V 线性、持续可变压控增益放大器，
可以利用外置电阻器在0dB(1V/V)至40dB(100V/V)的范围内设置最大增益。通过
对外部提供的增益电压进行动态调整，设计人员可实施超过40dB的增益调整范
- 3 -
围，同时，还能在dB/V或V/V的线性增益间进行选择。并且其采用节省空间的
小型封装，实现了引脚兼容，从而能够轻松升级至更高带宽。VCA822的典型应
用包括差动线路接收机与均衡器、脉冲幅度衰减、可调衰减器、电压调谐有源滤
波器、线性 V/V 增益控制。
VCA810是一种宽带电压控制放大器，具有高增益调整范围，低噪音，高带
宽和高增益精度等特点。它的增益连续可变，可调范围80dB，增益精度+/-0.5dB，
信号带宽35MHz。VCA810 提供差分输入到单端输出放大器，主要用在脉冲或
时域系统的模拟信号处理。VCA810的典型应用包括光接收器时间增益控制和远
距离测量，声纳系统，电压可调有源滤波器，对数放大器功能和差分接收器。
OPA300是一种低噪声高速CMOS 运算放大器，具有高带宽(180MHz) 、低
噪声(3nV/rtHz) 、极短的建立时间(150ns 到 0.0015%)以及低谐波失真等特性，
可驱动最高性能16 位模数转换器(ADC)，包括超过1MSPS(1.25MSPS)的16 位
SAR 数据转换器 ADS8401与ADS8402。