2009全国大学生电子设计大赛c题-直流放大器

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1、加密号：加密号：学校编号：学校名称：队员姓名：赛点负责人：教务处章：2009年9月5日7摘要本文设计了一种前置放大电路，在较宽的频率范围内具有良好的直流和交流特性。该电路具有输出频率高(DC~15MHz),电压增益连续可调等优点。该设计前级放大电路由高增益带宽积、低功耗、低失调、低温漂的AD8056两级串联组成，通过继电器控制实现0dB、20dB、40dB放大。利用乘法型D/A转换芯片TLC7628组成增益有256*256等级的乘法器，该功能由单片机控制实现至少60dB的衰减。高带宽的电流反馈型运放AD

2、811组成的后级放大电路是本系统的驱动级，可实现20dB放大。整个系统由单片机控制继电器与D/A转换器，当输入小信号时，具有较高的带宽并且可以实现至少0~60dB连续可调与带宽预置显示的功能。该系统简单、设计新颖，性价比高。关键词：宽带增益连续可调预置增益7一、方案论证与比较1.1宽带直流放大电路选择方案一：用单片机控制D/A转换器来产生连续可调的电压；用D/A产生的电压来控制压控增益放大器实现对信号的0～20dB增益连续可调；再选择通过两级20dB增益的放大器，最终实现放大器增益在0～60dB范围内连

3、续可调。基本框图如图1-1所示。图1-1方案一基本框图方案二：输入信号先通过两级20dB增益的放大器，实现信号的40dB放大；在通过模拟乘法器实现0～60dB的衰减；信号再通过一级20dB增益的放大器，实现增益在0～60dB范围内连续可调。基本框图如图1-2所示。图1-2方案二基本框图方案三：输入信号通过两级0dB和20dB增益可设置的放大器，可对信号实现0dB、20dB、40dB放大；再通过D/A转换器对信号实现0～20dB的连续衰减；最后使信号再通过一级20dB增益的放大器，对信号实现0～60dB放

4、大连续可调。基本框图如图1-3所示。图1-3方案三基本框图方案比较：以上各方案均可对信号实现0～60dB放大连续可调。通过分析可知，方案一中用到的器件较多并且一些器件的价格比较贵，经济性、可操作性没有其它方案高；方案二要求模拟乘法器最大实现1000倍的衰减，这在实际中较难实现；方案三用到的器件比较少，器件的价格也不贵，同时对器件性能的要求也不是很苛刻。综上所述，放大电路我们选择方案三。二、理论分析与计算2.1增益带宽积增益带宽积=增益×带宽。本次设计发挥部分要求3dB的通频带为0~10MHz，当运放器件

5、工作到了一定频率的时候会因为内部工艺或其他的分布电容等因素而造成放大倍数下降，因此我们选用高增益带宽积的运放。7AD8056、AD811具有高增益带宽积、低噪声、低失真、低相位误差的特点，AD8056的3dB通频带为140MHz，当增益为5时，带宽为16MHz左右，AD810增益为2时，3dB通频带为120MHz，完全满足题目3dB通频带0~10MHz的要求。2.2通频带内增益起伏控制我们选用高宽带的运算放大器AD8056与AD811，当信号频率较宽时，通常运放会在通带截止频率处有明显过冲，因此采用多级

6、级联，从而获得良好的通带平展性。还可以在输入端串联小电阻或在输出端接负载来控制通频带内增益的起伏。2.3线性相位从系统的频率响应来看，就是要求它的相频特性是一条直线。题目要求放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz两点），比较各滤波器类型可知，贝塞尔滤波器波特图中通带起伏小,阻带衰减大,在群延迟特性图中,通带内延迟平坦,且表现出最平坦的群延迟特性(延迟小于18ns),其相频也具有良好的特性。2.4抑制直流零点漂移运放偏置电流过大，电路放大倍数大，电源电压不稳，信号线过长均会造成直流零点漂移。为

7、了减小直流零点漂移，我们采用低偏置电流的运放AD8056、AD811实现固定增益的放大。在电路中加入调零电路，使电路具有良好的直流特性。2.5放大器的稳定性题目要求在较宽的频带范围内具有良好的通带平展性，在电路设计中选用低失真度、低噪声的运放以及选择低温漂的金膜电阻，尽量减小信号线的长度，对电源进行去耦设计等措施以保证放大器的稳定性。三、系统的硬件设计3.1放大电路的设计该电路前端加保护电路保护运放。有源放大采用同相输入接法，可提高输入阻抗，增大共模抑制比。电路如图3.1所示，电压放大倍数为：Au=1+

8、RA1/RA6=1+910/100≈10通过单片机控制继电器实现0dB、20dB、40dB的放大功能。反馈电阻RA1的选择，原则上不能太大，若阻值太大，则寄生的电感电容也会很大，会限制带宽；也不能太小，若阻值太小，容易造成幅度过冲。为了减小电源和地线对高频信号的干扰，电路加入去耦电容图3.13.2D/A转换电路7图3.2TLC7628为双通道8bit数模转换器，把两个8bit的D/A串联成一个16bit的D/A，其衰减精度为1/65536，