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第9课 基于VCA821的压控增益放大器设计技巧
VCA821是TI公司推出的直流耦合、宽频带、低噪声、低畸变、线性dB、高增益精度的压控VGA芯片。本课重点介绍VCA821的压控增益放大电路的设计技巧。 VCA821压控增益放大电路如下图所示。图中省去输入输出的50Ω阻抗，OUT1为输入，OUT2为输出，R3为增益电阻，R5为反馈电阻，供电电压为±5V。 图2.3.1 VCA821压控增益放大电路 按照官方芯片手册的连接方式来设计电路，增益控制引脚接一个增益电阻，实现最大增益的设置，其增益值（放大倍数A）由R5和R3的比值来确定，即A=2×（R5/R3）。如果提高增益，那会降低带宽。另外，提高增益电阻的电阻阻值，可以提高VCA821的输入电压范围。根据官方芯片手册可知，R6和C17起到了避免振荡的作用。 以下重点强调设计中的几个要点。 反馈电阻和增益电阻只是设定了电路的最大增益，实际的增益是通过VG的电压来进行控制的，如下图所示。 图2.3.2 VCA821增益的控制电压 另外像这种高速芯片，布线的时候特别注意电源引脚的去耦处理，最小化各引脚走线的分布电容，电感（开窗处理，短走线）等。 增益电阻不仅决定模块的增益，还决定着模块的最大输入电压，如下图所示。 图2.3.3 增益电阻和允许输入最大电压的关系 VCA821模块输出需要50Ω抗匹配，否则在放大倍数过大（如100倍）的时候会出现信号反射现象，导致波形严重失真。加了50Ω负载虽失真现象得到改善，但是依然会出现顶部失真现象。 结论：放大倍数不能太大，虽然增益电阻阻值也会影响，但是放大倍数起主导因素。 当波形出现失真时，减小反馈电阻阻值对失真度没多大改善。而适当的增加增益电阻阻值，可以解决波形失真的问题。增益电阻阻值不能取太小,应该大于20Ω. 结论：图2.3.3的前提条件是,流过增益电阻的电流最大为2.6mA，过小的增益电阻阻值会使其流经电流超过最大值，影响输出幅频特性。 当想通过增大增益电阻的阻值来减小放大倍数从而提高带宽的时候，会出现放大倍数减小。但是，在-3dB带宽不变的情况，此时适当的减小反馈电阻阻值会提高带宽。 失真的另一个原因是：由芯片手册知VCA821信号频率和输出摆幅越大，谐波失真越大。 图2.3.4 VCA821谐波失真 | 
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