全国赛--宽带放大器设计报最终报

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1、宽带直流放大器（C题）作者：张悦龙郭登五王坤赛前辅导教师：文稿整理辅导教师：摘要基于C8051F005单片机为控制器，设计并实现了一宽带直流放大器，通过四级直接耦合放大，放大倍数为0-60dB，通频带为0-10MHz。通频带内增益起伏≤1dB；由外置键盘实现增益可控预置，步距为5dB；由800*480彩色LCD同步显示增益预置值和增益步进值；利用单个元器件的零点漂移特性，巧妙采用放大级正向、反向输入端，有效的抑制了零漂。AbstractBasedonC8051F005MCUforthecontroller,w

2、edesignedandimplementedtheBroadbandDCAmplifier.TheBroadbandDCAmplifiercanamplifythroughfourdirect-coupledamplificationof0-60dB,andthepassbandis0-10MHz.Therisingandfallofthepassbandgainis≤1dB.Itcanachievepresetgaincontrolingthroughtheexternalkeyboardwiththes

3、tepdistanceof5dB.Anditcandisplaysimultaneouslythegainpresetvalueandthegainstepvaluesthroughthe800*480colorLCD.Theproductsuppresseseffectivelythezerodriftbyusingthecharacteristicsoftheindividualcomponentsofthezerodriftandusingtheforwardandreverseinputofzoom-

4、level.一、引言宽带直流放大器在科研中具有重要作用，它广泛应用于低频信号放大、波形发生器、视频放大器等电路。本次设计完成的宽带直流放大器要满足如下要求：（1）输入电压有效值Vi≤10mV，输入电阻≥50W，在负载电阻为（50±2）W时，输出电压有效值Vo≥10V。系统的3dB通频带在0~5MHz和0~10MHz之间变换，能预置并显示通频带、放大倍数，放大倍数步进可调且可手动连续调节。在0~9MHz的通频带内，电压增益起伏≤1dB。（2）系统最大增益不小于60dB，并且在增益为60dB时，输出噪声电压的峰峰

5、值要不大于0.3V。系统所用电源自制，尽量降低制作成本并提高电源效率，系统的设计框图如下图1所示。10图1宽带直流放大器系统框图输入信号通过前置放大器实现了输入电阻≥50W的要求，经放大倍数最大为60dB、通频带为10MHz的中间级放大器，将信号放大至1000倍，再经过通频带选择网络实现放大器通频带预置，最后经末级放大器达到了输出功率的指标要求。整个过程中，控制器控制电压增益和通频带带宽的预置输入与显示。二、方案设计1.设计思路为达到设计要求，放大器必须采用多级直接耦合连接方式，因此本次设计的关键在于抑制零点

6、漂移和通频带的扩展，这恰是本设计的难点和重点，整个设计始终围绕这两点展开。2.方案论证与选择通过以上分析我们拟定如下方案：方案一：以FPGA为主控制器，通过A/D转换对输入信号（）、中间级放大输出信号(V2)以及末级放大输出信号(Vout)进行采样，经过控制器计算出增益值（），将预置增益值Av与进行比较得出差值，主控制器以此差值为依据，控制中间级放大器和末级放大器的增益，最终实现预置输入的目的，原理图如下图2所示。图2方案一原理框图10方案二：以C8051F005单片机为控制器，输入信号通过前置放大、中间级放

7、大，再经过通频带选择网络完成对通频带带宽的选择，由末级放大器输出。通过键盘控制选择通频带带宽、电压增益等参数，并由显示器同步显示增益预置值和增益步进值，原理框图如下图3所示。图3方案二原理框图方案一通过对各级放大器输出进行采样、分析后，调整各级放大器的参数，得到满足预置的参数要求。由于本次设计要求的增益带宽积较高，仅用一级放大不可能同时满足增益和带宽的要求，但若采用多级放大，各级间产生的零点漂移现象很难通过程序抑制。相比之下，方案二对硬件简化，由单片机直接根据预置输入，控制中间级放大和通频带选择网络获得所需的

8、增益带宽积，中间级放大器产生的零点漂移，可以通过硬件电路之间的相互补偿被抑制，可以较好的解决本次设计的重点和难点。且考虑到性价比，所以我们选择方案二。3.系统硬件电路设计（1）前置放大电路前置放大电路使用电压跟随器实现，如图4所示。考虑到本系统的通频带为0~10MHz，为避免引入噪声，其输入阻抗必须限定在50W~100W之间，若电压跟随器的阻抗为Rj，图4电路的输入阻抗为。实际电路取Rk=100W,