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1、低频低噪声高增益放大器摘要 本设计共由5个模块构成: 直流电源, 选频网络, 两级放大(次级可控)模块, CPLD控制模块, 显示和键盘. 信号发生器选用自制正弦波发生器, 经过电路自身的正反馈自激产生正弦波. 其放大网络稳幅增益Af为3, 为使其容易起振, 起振增益应大于3, 所以采用二极管自动调整放大增益. 带通滤波器 (3kHz-5kHz)应选用窄带滤波器, 故采用了二阶电压控制有源滤波器. 此种滤波器的频响曲线很对称, 带宽很窄. 放大器分为两级, 前级增益固定为200; 后级从1-15倍可调. 原
2、理都为由反比例放大电路. 后级放大器选通开关由继电器控制. CPLD供给其控制信号, 因其高电平为5V, 逻辑非门需求12V, 故二者之间采用耦合芯片TPL521-4 连接. CPLD 将键盘数字(指示可控放大器的增益)选择信号译码, 送入可控放大器接口, 经过光耦和门逻辑, 进一步控制达林顿管的导通从而控制继电器的吸和, 同时经过显示译码送入数码管显示整体放大倍数. 人机接口共有2位拨码开关, 范围为1-15, 选定后产生脉冲送入CPLD译码. 数码管显示经CPLD译码驱动, 有两位数码管显示总放大倍数的千位和百位值.一,
3、方案论证与比较1), 带通滤波器方案选择方案1: 此方案(图1)是由纯电阻和电容组成的带通滤波网络, 本方案的优点是频率响应对称且中频4kHz可以满足(如图2所示), 但通频带较宽, 并且前后级相互影响较大, 故达不到题目的要求. 图1 图2 方案2:此方案是方案1的改进, 采用集成运放使前后级低通和高通网络隔开, 减弱其互相影响. 而且, 整体
4、输入阻抗大幅度提高, 输出阻抗大幅度减小.但频响曲线对称性较差且通频带依然较宽. 图3 图4方案3: 此方案采用电压控制式二阶带通滤波器(图5), 可以很精确的使通频带变窄为3kHz-5kHz. 且频响曲线对称, 中心频率恰好使4kHz(如图6所示). 故选择此方案. 图5
5、 图62), 中频放大模块. 本题目的核心部分就是电压放大部分,采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标, 是我们成功的关键.a), 第一级放大器本电路需要实现的是200到2000的高放大倍数，而一般的晶体管很难达到这一放大要求。集成运算放大器实质上是一个具有高放大倍数的直接耦合放大器，又有高精密度,低噪声的特点，正符合此电路低噪声高放大倍数的要求，故我们选用反比例运算放大器。其基本公式为：Avo=-Rf/R1, 电路图如下： 现要求此级电路实现增益200，
6、而前级滤波电路有一定的放大或衰减作用，为了满足其整体增益200以及调试的可行性，反馈电阻取可变电阻。b), 次级可控放大器方案一, 由多路选通开关控制的放大单元如下图所示, 此模块是由多路选通开关和电压串联负反馈放大电路组成. 输入为前级200倍放大电路, 选通控制信号由CPLD提供, 输出为需求信号.放大原理亦为反比例放大器, 放大倍数Avf=-Rx/R, 经过2片8选1的多路选通开关, 使其放大倍数从1-15倍变化,步进为200. 4位选通信号A0A1A2A3来自CPLD, 由与其逻辑1电平(5V)不与选通开关4051(12V)兼容,
7、 故二者之间使用耦合芯片TPL521-4调和.但本方案的缺点是多路选通开关的接通时压降比较大, 使电压放大倍数不准确. 图7 方案二, 鉴于以上缺点, 多路选通开关被更换为继电器, 原理亦是反比例放大器. 整体设计思路与方案一基本一致, 可选的反馈电阻由15个1K的精密电阻串联组成，通过继电器来控制阻值大小（控制接入反馈网络电阻个数），选择继电器的开关状态由CPLD输出来决定，其他同方案一。 图83), CPLD控制模块此模块是
8、控制单元, 接受键盘输入, 并进行译码, 送入可控放大单元及显示管. 本模块可由单片机代替(成本较小), 基本步骤为a),由并行口或串口接受开关状态; b),经过查表译码并输入可控放大单元和显
