首页资源分类电子电路模拟及混合电路 > 2009全国大学生电子设计大赛C题

2009全国大学生电子设计大赛C题

已有 445110个资源

下载专区

上传者其他资源

    电子电路热门资源

    本周本月全部

    文档信息举报收藏

    标    签:电设

    分    享:

    文档简介

    2009全国大学生电子设计大赛C题-直流放大器

    文档预览

     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 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AD811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 1、 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。 2、 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。AD8056、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+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3.1 3.2 D/A转换电路 图3.2 TLC7628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,再利用单片机控制,使其构成0~20dB连续可调的衰减电路。该衰减电路通过继电器可与三个增益同为20dB的放大电路的不同组合可构成0~60dB增益连续可调的放大电路。 3.3滤波器电路 图3.3 图3.4 该电路为二阶低通压控电压源型贝塞尔滤波器。滤波器参数为: Kp=Kf=1+(RFB3/RFB4)Kf 当运放工作在跟随状态,R1=470,3带宽为5MHz时计算可得CFB5=79P,RFB1=470,CFB6=43P。同理可得,可计算通频带带宽为10MHz时的参数。 3.4调零电路 当电路具有直流零点时,通过调零电路进行调节。如图3.4 3.5驱动级放大电路 固定增益放大器电路由电流反馈型放大器AD811组成,电路如图3.4所示。电压放大倍数为10倍。AD8056为低功耗电压反馈型放大器,且供电电压为;AD811为电流反馈型放大器,供电电压为,本次设计前两级放大器供电电源均为,第三级放大器供电电源为,提高了电源的效率。固定增益放大器电路由电流反馈型放大器AD811组成,电路如图3.4所示。。题目要求负载电阻为50,为了提高电阻的过载能力,则50负载电阻由串并联实现。 3.6键盘与显示电路 图3.5 图3.6 3.7直流电源电路 图3.7 本设计采用的是自制的稳压电源,该电源可以实现两种电压的输出,其基本原理是将输入的交流电通过整流桥后转化为直流电。如图六所示。 4、 系统的软件设计 4.1程序流程图 图4-1 主程序流程图 4.2程序分析 程序流程图如图4-1所示,系统上电后,程序首先对控制电路的各种参数进行初始化,使系统进入初始状态;然后对扫描键盘进行扫描,并判断有没有模式改变,若有则进入相应的功能模块。本系统设计了四个按键。通过按键可以设定系统功能、调节系统模式、以倍数为单位连续调节增益值、以dB为单位连续调节增益值。以倍数为单位连续调节增益值,提高了分辨力。 五、测试方案与测试结果 5.1测试方案 断电情况下用万用表测输出阻抗与输入阻抗;信号发生器接输入端,设定幅值,连续调节频率,测试输入信号幅频特性;输入小信号,不断调节增益值,观察输出信号幅值;输入一固定增益的小信号,输入信号不断提高频率,观察3dB通频带截至频率;信号发生器接入输入端,预值并显示5MHz、10MHz,观察输出信号频率特性。 5.1测试仪器 SG1731SL2A 型直流稳压稳流电源 Agilent33220A 型信号源 TD3032B 型数字示波器 Agilent34401A型数字式万用表 5.2测试结果完整性 (1)输入阻抗:120 (2)负载电阻:50 表1 输入峰值为20mV 增益20dB 频率(Hz) 10K 100K 500K 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7M 输出幅度(mV) 200 200 200 198 195 190 184 176 164 156 表2 输入峰值为5mV 增益(dB) 6 12 18 24 36 42 48 54 60 62 输出幅度(mV) 10.00 20.00 39.80 144.0 315.0 629.5 1256 2506 5000 1258 表3 输入峰值为10mV 增益20dB 频率(Hz) 100K 500K 1M 4M 6M 7M 8M 9M 10M 12M 输出幅度(mV) 100 100 100 100 100 96 94 89 83 77 5.3测试结果分析 由表一可得,7MHz时输出幅度为156mV,156/(20×10)=0.78﹥-3dB,所以符合题目要求。 由表二可得,当增益为62dB时,输出幅度为1258,符合公式Au=Uout/Uin 由表三可得,当输入频率为12MHz时,输出幅度为77mV,77/100=0.77,完全符合题目要求。 附录一:总电路图

    Top_arrow
    回到顶部
    EEWORLD下载中心所有资源均来自网友分享,如有侵权,请发送举报邮件到客服邮箱bbs_service@eeworld.com.cn 或通过站内短信息或QQ:273568022联系管理员 高进,我们会尽快处理。