全国大学生电子设计大赛：宽带直流放大器设计与实现

"中间级放大电路是放大器设计中的关键环节，尤其是宽带直流放大器，其在电子设计大赛中有着重要应用。这类放大器需要具备高增益、宽频带以及良好的线性特性。2009年全国大学生电子设计大赛的C题要求参赛者设计一款具有多种功能的宽带直流放大器，包括可调增益、宽频带、低噪声以及高输出电压能力。" 在设计宽带直流放大器时，有几个核心知识点需要掌握： 1. **电压增益**：电压增益AV是衡量放大器放大能力的指标，定义为输出电压有效值Vo与输入电压有效值Vi的比值的对数形式，即AV = 20LOG（Vo/Vi）。在大赛要求中，最低增益需达到40dB，意味着输出电压是输入电压的100倍。更高的增益60dB则要求输入电压更低，而输出电压更大。 2. **通频带**：通频带是放大器能够保持规定增益的频率范围。对于宽带直流放大器，要求3dB通频带从0Hz开始，这意味着放大器必须能处理从直流到一定高频的信号。在基本要求中，通频带要求为0-5MHz，而在发挥部分则扩展到了0-10MHz，要求在通频带内增益起伏不超过1dB，确保频率响应的平坦性。 3. **输入和输出电阻**：放大器的输入电阻决定了它对信号源的影响，应尽可能大以减少负载效应。在这里，要求输入电阻大于或等于50Ω。负载电阻则定义了放大器驱动后续电路的能力，要求为50Ω±2Ω。 4. **噪声性能**：在AV=60dB时，要求输出端噪声电压的峰-峰值VONPP≤0.3V，这涉及到放大器的噪声抑制能力。 5. **增益控制**：大赛要求增益可预置并显示，范围0-60dB，步距5dB，这需要设计一个增益控制模块，可能采用数字电位器或数字控制的运算放大器实现。 6. **电源效率与成本**：降低放大器的制作成本和提高电源效率是设计时需要考虑的经济因素，这可能涉及选用成本效益高的元器件和优化电源设计。 7. **其他性能指标**：除了上述要求，还可能需要改进放大器的其他性能，如线性度、稳定性、抗干扰能力等。 在实现这样的放大器时，设计者通常会结合固定增益模块和增益控制模块，采用多级放大架构，每级负责不同的任务，如输入缓冲、中间级放大和输出驱动。同时，滤波网络和负反馈技术会被用来改善频率响应和稳定性。电路设计需要综合考虑元器件的选择、布局和PCB布线，以实现最佳性能。