电压控制增益可变放大器（VGA）设计
摘 要
本设计以VCA822芯片为核心，加以其它辅助电路实现对宽带电压放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制。放大器的电压放大倍数从0.1倍到10倍变更，通过电压跟随器确保输入阻抗＞1012Ω。选用高增益带宽积的运放保证放大器的带宽大于15MHz。 关键词：宽带直流放大器；控制电压；电压变换；VCA822；
ABSTRACT
This experiment is designed with VCA822 chip as the core, with other auxiliary circuit to realize the voltage gain of the broadband voltage magnification, as well as the accurate control of the output voltage. Amplifier voltage magnification changes from 0.1 times to 0.1 times through the voltage follower to ensure that the input impedance > 1012Ω. At the same time, the selection of high gain bandwidth product of the op-amp is to ensure the bandwidth of the amplifier greater than 15 MHZ.
目录
1.系统方案比较与设计 2.理论分析与计算 3.单元电路设计与计算
3.1一级同相放大电路 3.2二级可控放大电路 3.3三级同相放大电路 3.4四级反向放大电路 3.5甲乙类功率放大电路
4.系统测试 5.结论 6.参考文献
1.系统方案比较与设计
本设计采用手动调节的方法对宽带直流放大器的电压放大倍数进行控制。由于要实现
对该宽带直流放大器的电压增益可调的目的，经过分析，电压增益可控制部分的设计得到如下的三种方案。
方案一：利用场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管的分压的这个原理。控制场效应管可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移都会引起分压比的变化。用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压， 此时D/A为一个程控衰减器，因此要求D/A的速度够快、精度够高，故难以实现。而且控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。
方案三：直接选取可调增益的芯片实现，如VCA822。由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过可调电阻分压得来。此外VCA822能提供由直流到130MHz以上的工作带宽，可得到40dB以上的电压增益，通过后级放大器放大输出。这种方法的优点是电路集成度高、控制方便。综合以上考虑，所以选择方案三。整体方案框图如图1所示。
图1 系统整体方案框图
2.理论分析与计算
因VCA822增益带宽积为150MHz，故采用四级放大电路使系统带宽不低于15MHz。 各级放大电路增益分配如下：第一级用AD818构成同相放大器以满足题目对输入阻抗
的要求，放大倍数设计为两倍，第二级VCA822放大倍数0.1-10倍可调；二级OPA699因其增益带宽积较高，可以承担较大的放大倍数，故设计放大20倍；三级AD811设计放大8倍以满足题目要求的放大倍数。
各级同相放大器之间加接51Ω电阻进行阻抗匹配，防止自激振荡。
由于各级之间阻抗匹配电阻的分压影响，系统整体放大倍数为8-800倍（18-58dB）可调，基本满足题目要求。
3.单元电路设计与计算
3.1 一级放大电路
一级放大电路由AD818构成同相放大器。同相放大电路的输入阻抗比反向放大器大得多，可以满足题目对输入阻抗的要求。AD818的130 MHz增益带宽积满足题目对带宽的要求。
电路原理图如图1。同相放大器的放大倍数计算公式为Av1实现设计的2倍放大。
R2
，两电阻均取1kΩ，R1
图1 一级放大电路原理图
3.2 二级放大电路
使用VCA822构成的增益控制放大器电路，它的一种典型应用电路如图2所示。VCA822是宽带、电压控制增益可变放大器，最高频率达150 MHz，工作电压±5V。VG是控制电压的输入端，其控制电压范围为-1～+1V。电压放大倍数表达式为：A2RFVG1 ,在该电
v
RG
2
路中设计RF与RG，并通过调节电位器的阻值，来改变VG分得的电压，从而调整该电压放大器的电压放大倍数。实际电路如图3所示。选取RF=1k，RG=200Ω，从而使得最大放大倍
数达到10倍。
图2 VCA822的一种典型应用电路
图3 二级放大电路原理图
3.3 三级放大电路
采用OPA699运放构成同相放大电路。
电路原理如图4所示。R15和R16呈20倍关系，满足设计的20倍放大。在反馈回路并联一小电容防止自激振荡。
图4 二级放大电路原理图
3.4 四级放大电路
采用AD811运放构成反相放大电路。电路原理如图5所示。 设计两电阻呈8倍关系以达到8倍放大。
图5 三级放大电路原理图
3.5 功率放大电路
采用甲乙类功率放大电路，甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。实际电路原理图如图5所示。
图5 功率放大电路原理图
4.系统测试
功率放大模块：通过函数信号发生器输入20Vpp信号，经功放模块放大后，通过示波器观察输入输出波形，改变信号频率，测量通频带。 5.结论 6.参考文献
[1]康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版）[M]. 高等教育出版社，2005 [2]康华光. 电子技术基础数字部分（第五版）[M]. 高等教育出版社，2005
[3]黄争. 德州仪器高性能单片机和模拟器件在高校中的应用和选型指南[M]. 德州仪器半导体技术（上海）有限公司大学计划部，2012
附录
1.系统操作说明 2.元器件明细表
3.仪器设备
3.1函数信号发生器； 3.2示波器； 3.3万用表； 3.4直流稳压电源。
4.电原理图
电压控制增益可变放大器（VGA）设计
摘 要
本设计以VCA822芯片为核心，加以其它辅助电路实现对宽带电压放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制。放大器的电压放大倍数从0.1倍到10倍变更，通过电压跟随器确保输入阻抗＞1012Ω。选用高增益带宽积的运放保证放大器的带宽大于15MHz。 关键词：宽带直流放大器；控制电压；电压变换；VCA822；
ABSTRACT
This experiment is designed with VCA822 chip as the core, with other auxiliary circuit to realize the voltage gain of the broadband voltage magnification, as well as the accurate control of the output voltage. Amplifier voltage magnification changes from 0.1 times to 0.1 times through the voltage follower to ensure that the input impedance > 1012Ω. At the same time, the selection of high gain bandwidth product of the op-amp is to ensure the bandwidth of the amplifier greater than 15 MHZ.
目录
1.系统方案比较与设计 2.理论分析与计算 3.单元电路设计与计算
3.1一级同相放大电路 3.2二级可控放大电路 3.3三级同相放大电路 3.4四级反向放大电路 3.5甲乙类功率放大电路
4.系统测试 5.结论 6.参考文献
1.系统方案比较与设计
本设计采用手动调节的方法对宽带直流放大器的电压放大倍数进行控制。由于要实现
对该宽带直流放大器的电压增益可调的目的，经过分析，电压增益可控制部分的设计得到如下的三种方案。
方案一：利用场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管的分压的这个原理。控制场效应管可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移都会引起分压比的变化。用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压， 此时D/A为一个程控衰减器，因此要求D/A的速度够快、精度够高，故难以实现。而且控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。
方案三：直接选取可调增益的芯片实现，如VCA822。由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过可调电阻分压得来。此外VCA822能提供由直流到130MHz以上的工作带宽，可得到40dB以上的电压增益，通过后级放大器放大输出。这种方法的优点是电路集成度高、控制方便。综合以上考虑，所以选择方案三。整体方案框图如图1所示。
图1 系统整体方案框图
2.理论分析与计算
因VCA822增益带宽积为150MHz，故采用四级放大电路使系统带宽不低于15MHz。 各级放大电路增益分配如下：第一级用AD818构成同相放大器以满足题目对输入阻抗
的要求，放大倍数设计为两倍，第二级VCA822放大倍数0.1-10倍可调；二级OPA699因其增益带宽积较高，可以承担较大的放大倍数，故设计放大20倍；三级AD811设计放大8倍以满足题目要求的放大倍数。
各级同相放大器之间加接51Ω电阻进行阻抗匹配，防止自激振荡。
由于各级之间阻抗匹配电阻的分压影响，系统整体放大倍数为8-800倍（18-58dB）可调，基本满足题目要求。
3.单元电路设计与计算
3.1 一级放大电路
一级放大电路由AD818构成同相放大器。同相放大电路的输入阻抗比反向放大器大得多，可以满足题目对输入阻抗的要求。AD818的130 MHz增益带宽积满足题目对带宽的要求。
电路原理图如图1。同相放大器的放大倍数计算公式为Av1实现设计的2倍放大。
R2
，两电阻均取1kΩ，R1
图1 一级放大电路原理图
3.2 二级放大电路
使用VCA822构成的增益控制放大器电路，它的一种典型应用电路如图2所示。VCA822是宽带、电压控制增益可变放大器，最高频率达150 MHz，工作电压±5V。VG是控制电压的输入端，其控制电压范围为-1～+1V。电压放大倍数表达式为：A2RFVG1 ,在该电
v
RG
2
路中设计RF与RG，并通过调节电位器的阻值，来改变VG分得的电压，从而调整该电压放大器的电压放大倍数。实际电路如图3所示。选取RF=1k，RG=200Ω，从而使得最大放大倍
数达到10倍。
图2 VCA822的一种典型应用电路
图3 二级放大电路原理图
3.3 三级放大电路
采用OPA699运放构成同相放大电路。
电路原理如图4所示。R15和R16呈20倍关系，满足设计的20倍放大。在反馈回路并联一小电容防止自激振荡。
图4 二级放大电路原理图
3.4 四级放大电路
采用AD811运放构成反相放大电路。电路原理如图5所示。 设计两电阻呈8倍关系以达到8倍放大。
图5 三级放大电路原理图
3.5 功率放大电路
采用甲乙类功率放大电路，甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。实际电路原理图如图5所示。
图5 功率放大电路原理图
4.系统测试
功率放大模块：通过函数信号发生器输入20Vpp信号，经功放模块放大后，通过示波器观察输入输出波形，改变信号频率，测量通频带。 5.结论 6.参考文献
[1]康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版）[M]. 高等教育出版社，2005 [2]康华光. 电子技术基础数字部分（第五版）[M]. 高等教育出版社，2005
[3]黄争. 德州仪器高性能单片机和模拟器件在高校中的应用和选型指南[M]. 德州仪器半导体技术（上海）有限公司大学计划部，2012
附录
1.系统操作说明 2.元器件明细表
3.仪器设备
3.1函数信号发生器； 3.2示波器； 3.3万用表； 3.4直流稳压电源。
4.电原理图