运算放大器电路 第45课 可变增益放大器与压频转换器
美国AD公司两款常用的控制电压和增益呈线性关系的可变增益放大(VGA)芯片AD600和AD603，可以通过控制电压来控制放大器的增益，从而实现增益自动控制。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。
AD603是继AD600后推出的单通道、宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的VGA芯片，可用于BF/IF系统中的AGC电路、视频增益控制、A/D范围扩展和信号测量等系统中，其内部结构框图如图8-7所示。引脚功能如表8-1所示。
AD603输入衰减器由7组R-2R梯形网络组成，信号从精密3N94无源梯形网络的输入端输入，对输入信号的衰减量由高阻(50MQ)低偏流差分输入的增益控制电路控制电压UG（UGPOS-UGNEG）决定，即由UG控制梯形网络的“滑动触点”至相应的“结点”处，可实现0～-42.14dB的衰减。固定增益放大器的增益GF通过VOUT与FDBK端的连接形式确定，当VOUT与FDBK端短路连接时，GF为40Uc+lOdB，增益范围为-11～+31dB;当VOUT与FDBK之间开路时，FDBK串联一个18pF的电容接地时，GF为40UG+30dB，增益范围为+9～+51dB;如果在VOUT与FDBK之间外接电阻REXT，FDBK串联一个56pF的电容接地用于频率补偿时，其增益最大值由电阻REXT确定，电阻REXT与最大增益之间的关系如图8-8所示。
值得注意的是，在该模式下其增益精度有所隆低，当外接电阻为2kQ左右时，增益误差最大。若在VOUT与FDBK端连接一个电阻可获得一个稍高的增益，最大增益约为60dB。
控制电压在-500mV与+500mV之间变化，控制放大器增益G的大小，两者呈线性关系：
G／dB=40Uo+Gof(8-4)式中，GO/(/=1，2，3)分别为VOUT与FDBK短接、开路和外接电阻时的增益常数，即lOdB、30dB、10～30dB中的某个常数。
AD603使用时有以下几点值得注意：
①输入信号必须直接接在3、4脚上，否则影响精度。在+5V电源供电时，最大信号输入为1V（有效值）。
②信号输入阻抗为100Q，在某些应用场合下，需要在输入端加一级缓冲器或预放大器进行阻抗匹配。
③容易自激，电源和地之间加去耦电容，各级电源之间加电感线圈隔离。
④对容性负载敏感，当用同轴电缆连接输出时，宜加缓冲器隔离。
⑤在5脚上加接4.7LtF电容接地，可适当提升高频分量，改善幅频特性。
采用双电源供电的AB603并利用反馈控制技术实现的AGC电路如图8-9所示，该方式具有负增益和最宽的频带。
电路增益由l脚和2脚间的电压差UG控制，二者之间的关系为：2脚接固定参考电压，l脚电压由后级峰值检测电路提供。2N3906和几个外围电阻组成—-『个/=300UA左右的恒流源，2N3904用于半波检测。流入电容C2昀电流厶就是VTi和VT2集电极电流之差。当输出信号幅度较小时，VT2集电极电流/VT2减小，/c=/VT,-/VI.2增大，反馈电压增大，AD603的l、2脚间的电压差增大，电路增益提高。当输出信号幅度增大时，VT2集电极电流/VT2增大，/c=/VT,-/VT2减小，反馈电压减小，电路增益也随之降低。如此反复，最终电路将进入到稳定状态，输出信号幅度恒定。电路输出信号的幅度由R4、Rs确定，为了使电路的频带达到较大值，设计时降低了信号输出幅度。经测试，该电路信号无明显失真的通带范围为50～13MHz，输出信号有效值为500mV。信号在6MHz以下时输出幅度平坦，到10MHz时信号有效值上扬30mV，到15MHz时信号有效值上扬60mV。这是由AD603的频率响应特性决定的。当输入信号峰一峰值在400mV～7V时，输出幅度很稳定。
在要求高增益的场合，可采用两片或多片AD603级联的形式，级间通常采用电容耦合。
在级联应用中，有两种增益控制连接方式，即顺序控制方式和并联控制方式，可根据实际应用情况选择，其选择取决于是要获得最高即时信噪比还是优化增益误差波动。本节结合实际应用给出了一种利用AD590与一只三极管等组成宽范围温度补偿的半波检测电路和两片AD603级联（并联控制方式）而构成的AGC实用电路，如图8-10所示。
宽范围温度补偿的半波检测电路由温度传感器AD590（典型值为1A）、VT、R2和CAV构成。基本原理为：在VOUT为正半周时VT截止，在VOUT为负半周时VT导通，流入CAV的平均电流/CAV=/AD590-/q。（温度在300K时，/AD590=300L1A）。当增益控制电压UCAV处于稳定状态时，在一个周期内VT中的整流电流的平均值必须与/AD590保持平衡，如果AD603的输出幅度太小以至于不满足此条件，则UCAV将迅速上升，引起增益提高，最终使VT充分导通。R2的选取由带隙基准原理所确定，适当选择R2使之满足UOUT=Ube+‰：21.2(V)(即V，=500mV)时，UOUT在较宽的温度范围内将是稳定的。对方波而言，在输入信号稳定时，UCAV应保持稳定，则VT在导通的半个周期内发射极电流应为600htA，于是R2=833Q，实际应用中是正弦波而并非方波，R2的推荐值为806Q。由于AD590、R2和VT的配合使用，在很宽的温度范围内将使UOUT保持稳定。C2用于改善频率特性。另外，改变CAV的值可改变AGC的时间常数，CAV的取值一般为O.l～lyF。
两级GNEG端并联接于0.5V酌电平上，GPOS端并联，由半波检测电路控制。两级的VOUT与FBDK之间均接lOkQ电阻，电路工作在模式二状态下，输出幅度为1.2V(有效值)，增益范围为3～75dB，频带不小于20MHz
