基于基于JFET 的高精度可程控放大电路设计的高精度可程控放大电路设计
本文基于结型场效应管的程控放大器以压控放大电路为核心，通过单片机C8051F020控制12位D/A输出，改变
工作在可变电阻区的结型场效应管的栅极电压以改变反馈电阻，从而实现放大倍数精确调节，使整个系统操作
起来更加简单、方便。
微弱信号常常伴随大量的噪声且驱动能力较弱，给精确测量带来很大难度。基于结型场效应管的程控
对微弱信号的程控放大，传统的方法是采用可软件设置增益的放大器如AD8321 芯片，但该类放大器价格较高且选择档位
较少。采用数字电位器或者模拟开关和AD* 组成的多档位、低成本的程控放大器可克服以上缺点，但是模拟开关具有较大的噪
声且存在偏置电阻，精度不高使用D/A 内部电阻实现可变电阻也是较为常用的方法， 利用DAC 内部精密电阻网络作为运放的
反馈电阻提高了放大精度，但这种方案难以实现连续调节。基于结型场效应管的程控放大器采用时钟频率为100MHz 的
C8051F020 单片机实现闭环控制， 能实时调节输出，实现对输入信号的精确放大。通过D/A改变场效应管的栅源极之间的电
压以调节压控电阻，可变电阻范围大，噪声低，采用较复杂的软件系统弥补了线性度不高的问题，较高的精度满足实际应用需
要。
1 程控放大器原理程控放大器原理
压控放大模块要求实现1~100 倍放大，然后与前置放大模块组合实现100~1000 倍的信号放大。
采用D/A 控制以场效应管为核心的可变电阻可实现该设计要求。场效应管的源漏极电压UDS 小于1V，UGS 不变时，ID
随UDS 的增加而增加， 与电阻的特性一致，并且UGS 改变时ID－UDS 曲线的斜率跟着改变。这就是说， 场效应管可以用作
一个受UGS 控制的压控电阻。
本设计将场效应管接入运放的T 型反馈网络，使运放的等效反馈电阻随场效应管的DS 间电阻的变化而变化，如图1 所
示。
图1 压控放大电路
反馈电阻为：
为了确保场效应管DS 之间的电压小于1V，取R1＝R2：
压控放大电路放大倍数为：
经过多次试验，选取R1＝200，R2＝200，R3＝1，R4＝390。改变场效应管栅极电压，测量输入、输出，并计较得到放
大倍数AV 的范围为1 ~112 之间， 对20Hz~20kHz 的正弦信号进行多次测量和分析，栅级电压与增益的具体对应关系如表1 所
示。
表1 场效应管GS 电压值与增益关系
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