宽带直流放大器的设计

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时间:2018-07-30

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1、宽带直流放大器的设计电子信息工程专业学生:陈朝霞指导老师:许岳兵摘要:本文以TI公司的压控放大器VCA810为核心,外加ADI公司的运算放大器AD8065作前级,采用ST公司的89C52单片机控制系统增益,通过按键实现对小信号放大增益±6dB步进可调,并通过1602液晶实时显示。系统主要由前级缓冲模块,程控放大模块,人机交换模块,显示模块组成。整个系统结构简单,性能稳定,操作简单可靠。关键词:程控放大;VCA810;STC89C521引言宽带放大器在自动控制系统,电子测量技术,智能仪表等领域应用非常广泛。传统放大器由分立元件器搭建而成,且有的采用电容级间耦合方

2、式,因此不具有直流放大能力,但在仪器仪表的应用中,也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原,因此设计一款具有直流放大功能的宽带直流放大器是很有必要的。而宽带直流放大电路的发展中,为了满足电路的更高性能与控制的便捷性,准确性,程控宽带直流放大电路应时而生。本文就是对程控宽带直流放大器进行研究。2系统方案设计与论证本文所设计的宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为0Hz~6MHz;最大增益≥40dB(100倍),增益值6dB步进可调,并实时显示增益;最大输出电压有效值≥3V;负载电阻600Ω。根据设计功能要求,系统分为信号放大模块,控制模块和人机交换模块。2.1方

3、案比较与选择方案一:采用分立元件构成,利用高频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路,通过负反馈电路来确定增益。但电路比较复杂,且零点漂移严重,难以实现直流信号的放大。方案二:采用集成运放芯片级联。集成运放芯片使用比较简单,但精度高,且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能。而对于实用的放大电路,通常要求其输入电阻大,输出电阻小,集成运放刚好能满足上述要求。方案选定:比较上述的两种方案,决定采用方案二。2.2系统方案描述系统框图如图1所示,系统分为信号处理电路和控制电路两部分。信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成。前级缓冲模块

4、采用AD8065电压反馈型芯片。可变增益放大器采用可控增益放大器VCA810。系统通过STC89C52实现控制,通过STC89C52和按键控制DAC0832的输入数字量,并在LCD1602上实时显示该放大器的增益。图1系统框图3系统硬件电路设计与实现为了实现放大器电压增益≥40dB(100倍),且放大器增益歩进可调,由于总增益比较大,为了更好的增益精度和带宽指标。因此整个系统使用多级放大器级联,且具有压控放大功能。3.1单片机最小系统本文以STC89C52单片机为整个系统控制部分的核心器件,最小系统主要由复位电路和时钟电路构成。单片机最小系统电路图如图2所示。

5、图2单片机最小系统电路图3.2前级放大电路第一级芯片的选择对放大电路性能影响很大。前级以AD8065为核心,AD8065是一款具有高输入阻抗,低噪声、亚皮安级输入电流、精密失调、高速等特性的电压反馈型运算放大器。因此,特别适用作前置放大电路。前级采用了同相放大电路,有效的增大了输入阻抗。对于电压反馈型放大器,增益带宽积为一个常数。电压反馈型放大器的增益与带宽成反比,若将其用于高增益下,就会牺牲增益精度和带宽指标。为了保证放大电路的性能,增益不宜取太高,第一级放大电路放大倍数固定为20dB(10倍)。电路如图3所示。图3前级放大电路及仿真波形3.3压控增益放大电

6、路可控增益放大电路如图4所示。本文选用TI公司的一款低噪声,高带宽,温度稳定性高,高共模抑制比的压控增益放大器VCA810。VCA810采用±5V电源供电,增益控制电压在0V到-2V时,输出增益为-40dB到+40dB。不变的增益带宽35MHz,dB/V增益线性度±0.3dB,增益控制带宽25MHz。VCA810控制电压与增益的函数关系式为:G(dB)=–40×(VG+1)dB(1)因此,只要利用单片机向DAC0832送DIN,在OP07的输出端便可得到所需的控制电压VG,控制VCA810产生可调增益。从而实现VCA810增益-40dB~40dB可调的。该D/

7、A转换电路的核心器件是DAC0832芯片。DAC0832是8位D/A转换器,转换时间为1µs,工作电压为+5V~+15V,基准电压为±10V。它主要由两个8位寄存器和一个8位的D/A转换器组成。DAC0832以电流形式输出,当输出需要转换为电压时,可外接运算放大器。图4VCA810压控增益电路3.4硬件抗干扰及提高可靠性措施由于放大器具有很高的灵敏度,因此很容易接受外界和内部一些无规则的电信号的影响。解决电路的抗干扰问题主要应从两个方面考虑,一是提高系统本身的抗干扰能力;二是找出强干扰源,这主要是在现场调试中进行的。测试时应注意仪器的摆放,测试仪器(如示波器)

8、的测试线尽量不要与电源线交叉,即使有交

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