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1、系主任（或责任教师）签名：年月日29摘要本设计由直流稳压电源、前置放大电路单元、增益控制部分、功率放大部分、单片机自动增益控制部分几个模块构成。输入部分采用高速电压反馈型运放OPA690作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。同时利用可变增益宽带放大器VCA821来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。功率输出部分采用分立元件制作，提高了负载阻值以及输出有效值。控制部分由MSP430系列单片机、A/D和D/A组成。整个系统通频带为1kHz～20MHz，最小增益0dB，最
2、大增益80dB。增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5～5.5V时AGC控制范围为66dB，应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了设计的所有基本要求并做适当的发挥，使设计更完善。关键词：程控；宽带；自动增益控制；AD603；AGC29目录目录摘要2目录31、方案比较与论证41.1前级放大模块部分41.2可控增益放大器部分41.3功率输出部分71.4测量有效值部分72、具体系统设计82.1总体设计思路82.2系统各模块电路的设计与分析92.2.1直流稳压电源92.2.2前
3、置放大电路单元112.2.3增益控制部分112.2.4功率放大部分132.2.5自动增益控制（AGC）143、理论分析与参数计算143.1增益分配的计算143.2AGC介绍153.3正弦电压有效值的计算154、程序设计部分154.1、程序功能描述与设计思路154.2、程序流程图165、抗干扰措施分析166、实验结果17297、误差分析及性能总结187.1误差分析187.2性能总结198、心得与体会19参考文献20附录一整体电路图21附录二整体实物图22附录三MSP430F5438主程序22本科生课程设计成绩评定表29291、方案比较与论证1.1前级放大模块部分方案一：使用分立元件搭建
4、共基级放大器。在三极管搭建的三大放大电路中，共基极放大器有电压增益大、电流增益小、输出电阻小、适合于高频工作等特点。但由于题目中要求的频率范围较大，故对于放大三极管型号的选择以及电路的搭建布线等都要求较大，实行起来比较困难。方案二：使用THS3092芯片搭建同相放大电路。THS3092是TI公司生产的一款电流反馈型放大器。电流反馈型放大器较常见的电压反馈型放大器相比，具有更好的频率特性，没有固定的贷款增益积，在高频电路中对波形的失真较小。该芯片的噪音小，带宽高，适合于前级的小信号放大。方案三：使用OPA846或OPA847芯片，这两种芯片性能相近，都是具有超低输入电压电流噪声，超高增
5、益带宽带积的芯片，OPA846在放大10倍的情况下，有400MHz的带宽，而OPA847具有3.9GHz的增益带宽积，且两种芯片的输入电压噪声也极低，能有效压制噪声。经实践，我们发现OPA846具有0.85nV的噪声电压，同时增益带宽积为3.9GHz，适合高倍数放大，满足题目要求。为追求更高指标，选用OPA847，所以采用方案3.1.2可控增益放大器部分方案一：简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益40dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件,如三
6、极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。29图1分立元件放大器电路图方案二：原理框图如图2所示，场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。图2场效应管放大器电路图方案三：为了易于实现最大4290dB增益的调节,可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D/A转换芯片,
7、其输出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增益调节,满足题目的精度要求。它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV～V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过AD752
