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宽带直流放大器（C题）摘要本系统以两级直接耦合的可控增益放大器AD603为核心，外加跟随器OPA642和电压放大器AD811配合，实现了增益可调的宽带直流放大器。
系统主要由四个模块构成：前置放大电路、可控增益放大电路、后级功率放大电路、单片机显示控制模块。
可控增益放大电路由两级直接耦合的可控增益放大器AD603构成，可实现-20dB到40dB的增益调节范围，配合AD811的固定增益实现0dB到60dB的增益调节范围；后级功率放大电路由高速缓冲器BUF634扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。
第二级AD603与固定增益模块间加入直流偏移调零模块，最大限度地减小了整个放大器的直流偏移。
为解决宽带放大器自激问题及减小输出噪声，本系统采用多种形式的抗干扰措施，抑制噪声，改善放大器的定性。
关键词：宽带放大器，可控增益，调零电路，固定增益，功率放大一、系统方案1. 方案比较与选择 （1）可控增益放大方案一：采用可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC 的基准电压，用DAC 的电阻网络构成运放反馈网络的一部分，通过改变DAC 数字控制量实现增益控制。
理论上讲，只要DAC 的速度足够快、精度足够高就可以实现很宽范围的精密增益控制，但是控制的数字量和最后的20dB 不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，因此不选用此方案。
方案二：选用两级集成可控增益放大器直接耦合作为增益控制，集成可控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，控制电压由单片机控制DAC 产生。
单级集成可控增益放大器AD603具有-10dB 到+30dBdB 的增益控制范围，两级级联后理论上可达到-20dB 到+60dB 的增益控制范围，精度达到0.5dB,带宽90MHz ，可以满足题目指标要求。
采用集成可控增益放大器AD603实现增益控制，外围电路简单，便于调试，而且具有较高的增益调节范围和精度，故采用此方案。
（2）功率放大电路方案一：采用分立元件实现宽带功率放大器，可以实现较大输出电压，但需采用多级高频放大电路，受电路分布参数影响，调试难度大，带宽难以保证，所以不选用此方案。
宽带直流放大器地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 公司地压控放大器VCA810 为核心，外加ADI 公司地运算放大器AD8065 作前级，采用ST 公司地89C52 单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益±6 dB 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，且有地采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大能力，但在仪器仪表地应用中，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地宽带直流放大器是很有必要地.而宽带直流放大电路地发展中，为了满足电路地更高性能与控制地便捷性，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地宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为OHz〜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600 Q.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，难以实现直流信号地放大.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.而对于实用地放大电路，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：比较上述地两种方案,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 地输入数字量，并在LCD1602 上实时显示该放大器地增益.输入信号* 缓冲级■程控增益级输出信号hD/A按键单片机STC89C52_) LCD显示图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，为了更好地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地核心器件，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.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地选择对放大电路性能影响很大.前级以AD8065为核心，AD8065是-具有高输入阻抗，低噪声、亚皮安级输入电流、精密失调、高速等特性地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，有效地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.电压反馈型放大器地增益与带宽成反比，若将其用于高增益下，就会牺牲增益精度和带宽指标.为了保证放大电路地性能，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.111.0592MHz一X2 18RST 929ALE ■30-31DB1 1ADB2 2DB3 3DB4 4俨一DB5 5DB6 6DB7 7DB8 8P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11393837363534333221SDA22SCL2324 FMD0D1D2D3D4D5D7P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD2526 DIOLA27DULA28WELA~10P3.011一P3.1 —□C f14 LCDEN15 RS16 WR17RD30pFXTAL1XTAL230pFRST100 0PSENALEEAR3P1.0/T210k P1.1/T2EXP1.4P1.5P1.6P1.2P1.310uFP1.723456789图3前级放大电路及仿真波形3.3压控增益放大电路可控增益放大电路如图4所示•本文选用TI公司地一款低噪声，高带宽，温度稳定性高，高共模抑制比地压控增益放大器VCA810.VCA810采用i5V电源供电，增益控制电压在0V到-2V时，输出增益为-40dB到+40dB.不变地增益带宽35MHz, dB/V增益线性度±).3dB,增益控制带宽25MHZ.VCA810控制电压与增益地函数关系式为：G(dB) = -40 X(VG + 1)dB (1) 因此，只要利用单片机向DAC0832送DIN，在OP07地输出端便可得到所需地控制电压VG,控制VCA810产生可调增益.从而实现VCA810增益-40dB〜40dB可调地.该D/A转换电路地核心器件是DAC0832芯片.DAC0832是8位D/A转换器，转换时间为1 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位地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4 VCA810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地灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则地电信号地影响.解决电路地抗干扰问题主要应从两个方面考虑，一是提高系统本身地抗干扰能力；二是找出强干扰源，这主要是在现场调试中进行地.测试时应注意仪器地摆放，测试仪器（如示波器）地测试线尽量不要与电源线交叉，即使有交叉，也应尽量保持垂直.低频自激振荡是由于放大器各级共用一个直流电源引起地.在系统地每一运放芯片地电源与地之间加有退耦电容，采用大容量电解电容旁边并联一只小电容地电路结构.高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起地.输入回路地导线和输出回路，电源地导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起，以免相互感应；输入线和输出线不要靠得太近，以免产生正反馈.而对电路板地整体布局来说，元件之间排列应尽量紧凑，信号线尽量走短.并且电源线和地线不要布成环状，否则容易产生高频干扰.4 系统软件地设计与调试4.1 系统主程序本文在软件实现方面采用地是 C 语言，在一定程度上增强了程序地易理解性.系统软件主程序流程图如图 5 所示.上电后对DAC0832 ，LCD1602 及相关变量进行初始化，然后通过扫描按键值相应地改变DAC0832 输入数字量，从而控制压控放大器VCA810 地放大衰减倍数，进而改变整个系统地增益并通过液晶实时显示，达到增益可程控可调地目地. 4.2 按键子程序系统有两个按键，KEY1 为系统增益步进6dB 档位，KEY2 相应地为-6dB 档位.在进行按键程序编写时，运用了状态机和定标思想，先逐步增大DAC 地输出值，利用示波器对实物进行观察并记录数据，最后在软件中建立数组，从而使整个系统地输出更为精确.按键子程序如图 6 所示.4.3系统测试系统采用先仿真后实物验证地方式•首先利用 后再进行软、硬件实物联调，采用定标思想，对 更加稳定，精准.4.3.1测试仪器及环境测试仪器主要有：UNI-T UT54数字万用表，GWINSTEK GOS-1102A-U 数字示波器， SG1005数字合成信号发生器.系统测试是在实验室进行地，环境温度为常温 25C ，无强电磁干扰，由市电 220V 供电，通过自制直流稳压电源转化为犬V 对系统进行供电.4.3.2测试方案及结果(1) 第一级调试从输入端输入峰峰值为 50mV 地正弦波，调节输入信号地频率，用示波器观察输出波 形并记录，测试结果如表1 所示.表1第一级频率特性测试数据频率/KHz 1 10 100 1000 3000 5000 实测VPP/mV510 510 510 510 500 480 增益/dB20.1720.1720.1720.1720.0019.655MHz 3MHz好，在3MHz 以后，系统增益略有下降，这跟该级使用地运放频率特性曲线是稳合地⑵测试DAC0832输入数字量与 OPO7输出电压地关系图5主程序流程图图6按键子程序流程图Proteus 对系统地软件部分进行仿真，然 DAC 输出数据进行了部分微调，使系统该步骤实际为软硬件联调，改变DAC0832输入数字量，用万用表测OP07地输出电压.测试结果如表2所示.表2软硬件联调测试数据由于放大器不能达到理想运放地性能参数，流入反相端地电流不为零，OP07地输出电压和理论值会有差别•故运用定标思想，对DAC0832输入数据量进行微调，使系统更加精确•(3)两级联调从输入端输入峰峰值为50mV地100KHZ地正弦波，调节按键预置放大电路增益，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表3所示•表3增益测试数据从输入端输入峰峰值为50mV地正弦波，系统增益预置为30dB，调节输入信号地频率，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表4所示.表4频率特性测试数据经测试表明，系统在通频带，系统增益基本满足了设计要求，但系统增益不能太高，当达到40 dB时，输出波形略有失真，当增益再增大时，出现自激振荡•经分析可能是因为使用万能板焊接和只做了两级电路•5小结本文以STC89C52单片机和TI 公司提供地高速运算放大器 VCA810为核心，搭建了个用于交直流小信号放大地宽带直流放大器电路•由于宽带放大器普遍存在零点漂移和容易自激等缺点，本文在第一级芯片选择、电源退耦、元器件安装，布线等方面都有研究，尽 量减小上述问题对电路性能地影响，整个电路整洁实效•由于时间和专业知识地限制，本文还有很多需要改进地地方，如缩短连线地长短、在放大电路末级加上功率放大级，提高带 负载能力等•参考文献[1] 冈村迪夫.0P 放大电路设计[M].科学出版社，20074[2] 郑锋，王巧芝,程丽平,张清鹏.51单片机典型应用开发范例大全[M].北京：中国铁道出版社,2009.1.[3] 华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京:清华大学出版社,2007. [4] 宋加磊，潘克修，陈斌,夏绪超.高性能宽带直流放大器地设计与实现J].军事通信技术,2010,31 (2)。
宽带直流放大器第三组：陈吉洋、杨在然、周佳佳本设计以超低功耗单片机STM32为控制核心，通过可控增益放大器AD603与OPA642分别实现信号增益的调节和末级的功率放大，在0～10M带宽范围内的小信号进行有效放大，实现增益0dB～100dB 范围内的步进程控可调和手动连续可调，最大不失真输出电压有效值达10V。
系统主要由六个模块组成:直流稳压源、前置缓冲电路、可控增益放大电路、滤波器模块、功率放大模块和控制与显示模块。
本设计在前置缓冲电路对信号进行初步处理，减小后续模块中的噪声来源，同时在后级放大电路中利用软件对后级放大器电路进行补偿，把系统的失调和漂移抑制在较低的限度之内。
关键词：可控增益放大器功率放大带宽一、系统方案论证1.总体方案论证分析放大器设计要求的指标，带宽和增益要求高，放大器带宽为10MHz 以上，增益在0dB～60dB之间可调，并且要求能够在50Ω的负载提供有效值为10V 的正弦波输出。
针对上述特点，我们将整个放大器分为五个模块：前置缓冲级，增益可调的中间放大级，末级功率放大级，控制显示电路和直流稳压电源。
系统整体框图如图1所示。
其中难点是增益可调放大级和末级功率放大级，下面对这两个部分的方案分别进行设计论证。
图1、系统整体框图2.1放大器的论证与选择方案一：单运放电路。
简单的测量放大器是由仪器放大器和可变增益放大器级联而成，该放大电路的优点是电路简单，易于实现，但其零漂很大，放大精度也差。
方案二：精密斩波稳零电路。
精密斩波稳零运放具有更加理想化的性能指标，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度，但其带宽很小，难以满足设计要求。
方案三：模拟增益可编程运放电路。
使用微控制器控制模拟增益可编程运放可以灵活的实现增益的步进，同时可以实现比较大的增益，但其结构和指令比较复杂，开发周期较长。
方案四：多级运放电路。
应用多级运放可以得到很大的增益，并且对单个运放的性能要求较低，系统总增益等于各运放增益的和，可以将信号放大和功率放大分开处理；带宽也比较好控制，可以选择多种耦合方式，充分的发挥出电路的性能；电路结构也比较简单。
宽带直流放大器设计报告宽带直流放大器摘要：本设计采用STC89C52RD单片作为其测试和控制核心，能够测试放大前后信号的有效值,通过闭环反馈,实现放大增益的稳定。
本系统用单片机控制模拟开关进行增益程控，控制A/D1100采样，控制数模转换器反馈增益状态，控制LCD数据显示，使整个系统能够协调工作,实现宽带直流放大、稳定增益、增益连续调节的功能，AGC功能，高、低频功率放大。
关键词：宽带直流放大，功率放大，AD1100，AGC1. 系统方案1.1系统基本方案经研究，本系统可以分为以下几个基本系统：处理器，控制放大系统，显示、按统，检波、反馈系统。
通过按键进行频率范围选择，放大增益选择。
经处理器处理后，输出指令，控制放大系统选择正确的放大通道增益。
在输出端设置检波，处理器分析输出信号后，将反馈信号回馈给放大系统，以达到增益稳定的效果。
系统框图构架如图。
图1-1 基本系统框图1.1.1 处理器的选择根据宽带放大器的性能要求，本系统需要处理器辅助的步骤有：测得输入电压信号的频率、根据输入信号频率选择不同的放大通道、将当前的放大状态和放大倍数显示于LCD。
分析可以发现该系统对处理器的要求并高，只要保证能够测得较为精确的信号频率，因此我们决定选用STC51系列单片机，其中一款STC5A6S2自带了0Hz至4MHz测频功能，该处理器既能很好地完成处理任务又可以降低制作成本。
1.1.2 模块方案比较、论证和选择(1) 检波反馈模块：为了得到稳定的放大增益，且达到要求的1dB的波动范围，首先要在输出端设置一个输出信号的幅值检测点，处理分析后合成反馈信号。
方案一：利用AD637作有效值检测，AD637使用简单，且精度较好，但是在我们测试时发现，它的高频响应并不是很好，因此我们试图采用其他的方案。
方案二：在隔除直流的前提下，交流信号的峰值与其有效值呈线性比例关系。
因此可以采用包络电路提取其峰值，经过包络电路后的信号为一直流信号，容易测得。
一种带宽直流放大器的设计一种带宽直流放大器的设计摘要：设计了一种由前置放大电路、可预置增益放大电路、低通滤波电路、后级放大电路、直流稳压电路及单片机控制电路组成的带宽直流放大器。
其中增益放大电路由两级可变增益宽带放大器AD603组成，增益的预置由单片机实现，滤波器采用二阶巴特沃思滤波器，而后级放大电路可将输出电压有效值放大到10V。
整个设计实现了最大电压增益AV≥60dB，并且增益连续可调，其制作成本低、电源效率高。
关键词：单片机控制；可预置增益放大；低通滤波；后级放大带宽放大器是指工作频率上限与下限之比远大于l的放大电路。
这类电路主要用于放大视频信号、脉冲信号或射频信号[1]。
本文提出了一种以可变增益放大器VGA AD603为核心，结合外围模拟及数字电路实现宽带放大器的设计方法，带宽可达10MHz。
1系统整体设计该系统由前置放大、可预置增益放大、低通滤波器、后级放大、直流稳压模块和单片机控制与显示模块六大部分构成。
具体电路结构。
2方案论证与设计2.1可控增益放大器方案选择方案一：DAC 控制增益。
该方案从理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。
但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀、精度下降[2]，且其增益动态范围有限，故不采用；方案二：使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA，用控制电压和增益（dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。
用电压控制增益，便于单片机控制，同时可以减少噪声和干扰[3]。
综合比较，选用方案二，采用可变增益放大器AD603作增益控制放大器。
2.2输入阻抗匹配方案选择方案一：采用低噪声精准放大器OP27设计前级的射级跟随，尽管噪声小、精度高，但是由于带宽仅为8MHz，达不到10MHz的要求；方案二：采用高速宽带运放OPA692作为构成前级的射级跟随器。
OPA692是高速宽带运放，其在±5 V双电源工作时，增益为2，频带宽度为190MHz，电压转换速率为2100V/μs[4]。
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S T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。
毕业论文-宽带直流放大器的设计制作毕业设计〔论文〕题目宽带直流放大器的设计制作姓名学号专业班级所在学院信电学院指导教师〔职称〕二○一○年三月二十五日宽带直流放大器的设计制作【摘要】宽带放大器以其低噪声、低非线性失真以及良好的匹配性等特点，成为现代无线接入技术和远程通信系统中的一种极为重要的放大器类型，在一些特殊的应用中，我们常希望输入信号的幅值接近 A／D的输入电压量程的上限。
工程上常采取改变放大器增益的方法对幅值大小不一的信号进行放大。
在计算机数控系统中，为实现不同幅度信号的放大，往往不希望、甚至也不可能利用手动方法来实现增益变换。
利用程控放大器可以很好地解决上述问题。
本设计使用宽带低噪声放大器OPA642以正向放大器形式级联，用单片机控制模拟开关ADG508选择不同增益，以实现增益的手动控制。
该放大器到达以下指标：增益范围为0-40dB。
增益调节步进为5 dB。
带宽可设置。
LED显示放大器的的增益输出量。
该放大器也可以手动增益可调。
该放大器能很好的应用在多种信号变换场合。
电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。
AV可在0～40dB范围内手动连续调节。
可以按照5dB步进调节。
最大输出电压正弦波有效值Vo≥1V，输出信号波形无明显失真。
3dB通频带0～1MHz。
放大器的输入电阻≥50欧姆。
【关键词】宽带，程控，放大器，增益可变，步进调节The of Design A Wideband DC Amplifier【Abstract】The characteristics such as low-noise,low nonlinear,distortion and good matching let the broadband amplifier becomes an extremely important amplifier’s type in modern wireless access technologies and telecommunications systems.Which mainly used in the video signal, pulsing signal or the amplification of RF signals.Wideband DC Amplifier mainly used for measuring instruments.However, in some special applications, we often want the input signal amplitude close to the range limit of A/D input voltage.engineering project often uses the method that change the gain when the signal amplitude is different.In computer numerical control systems,For the realization of different amplitude signal.We can't use manual methods to the change ing program-controlled amplifier can solve the problem.In this paper,The design uses the low-noise wideband amplifier OPA642 which is Cascaded. Using the SCM Controls the ADG508 analog switch to achieve the manual gain controlling. The range of gain is from 0 to 40.Adjustment step of gain is 5dB.Bandwidth can be ing the 7-segment digital to display the gain.The amplifier can also manually adjust the gain.The gain greater than 40dB.RMS input voltage less than 20mV.In the ranger from 0dB to 40dB,the gain can manual adjust3dB pass-band is from 0HZ to 1MHz. Amplifier's input resistance greater than 50 ohms.【Key Words】Wideband，programmable，amplifier，variable gain，stepping adjustment目录第1章绪论11.1 放大器的简介11.1.1 放大器的现状11.2 宽带放大器简介21.2.1 宽带放大器的定义21.2.2 宽带放大器的参数31.3 课题的要求51.3.1 课题的设计思路51.3.2 课题研究的重点难点61.4 课题的选题背景61.4.1 课题的研究意义7第2章理论分析与参数计算82.1 增益控制的分析82.1.1 OPA642的介绍82.1.2 OPA642的接法92.1.3 增益控制的相关计算103.2 增益控制的相关电路123.2.1 ADG508的介绍122.2.2 增益控制的电路设计13第3章系统各模块的设计143.1 调零电路的介绍143.1.1 偏置改善方法143.1.2 零点调节的方法143.1.3 调零电路的设计153.2 检波模块的设计153.2.1 TLC1549的简介153.2.2 检波电路的设计18第4章单片机控制与程序194.1 单片机控制模块194.1.1 89C51单片机的介绍194.1.2 单片机的接线204.2 程序的设计204.2.1 按键扫描程序的编写224.2.2 显示程序的编写244.2.3 放大器控制程序的编写27第5章硬件的制作与调试285.1 硬件的制作285.1.1 放大器模块的制作与调试285.1.2 程序控制模块的制作与调试295.2 测试结果29结论31参考文献32附录33附录A 主要程序33致谢38图目录图1.1 系统的主要结构6图2.1 OPA642的封装9图2.2 同相型可变增益放大器的电路(a)10图2.3 同相型可变增益放大器的电路(b)10图2.4 OPA642的外围电路10图2.5 OPA642作为程控宽带放大器的电路10图2.6 ADG508的原理12图2.7 ADG508AKN封装引脚图13图2.8 ADG508在本设计中的接线13图3.1 调零电路的设计15图3.2 TLC1549引脚图16图3.3 TLC1549功能结构图17图3.4 TLC1549的时序图17图3.5 连续逐次逼近系统采样模式18图3.6 检波电路18图4.1 单片机引脚图19图4.2 单片机最小系统20图4.3 数码管动态显示20图4.4 按键电路20图4.5 程序的总体流程图21图4.6 步进按键扫描流程22图4.7 动态显示的流程图25表目录表2.1 各级选择不同电位器对应的增益11表2.2 各级增益选择11表2.3 ADG508的控制表12表5.1 各级的输入输出的电压值28表5.2 各增益状态下的输出29第1章绪论放大器的简介一般而言，放大器〔Amplifier〕是任何使用较小的能量来控制较大能量的器件。
摘要本设计宽带直流放大器中核心部分以高速低噪声运算放大器OPA300和可调线性增益放大器VCA822对信号进行放大。
将一片OPA300与两片VCA822进行级联，基本部分中调节每一级的电位器对应地改变每一级的放大倍数，从而使整个系统的电压放大倍数进行连续变化，满足了要求；发挥部分中以AT89S52单片机为核心，控制DAC0832的电流输出，再经电流变电压后输入至放大器从而对信号进行了放大。
本设计利用了高性能的芯片提高了系统的稳定性、准确性和抗干扰性。
目录一、方案论证与比较 (4)二、理论分析计算1.带宽增益积、通频带内增益起伏控制、线性相位 (5)2.抑制直流零点漂移 (5)3.放大器稳定性 (5)三、系统简介及单元电路分析1．系统简介 (6)2．单元电路简介 (6)2.1 直流稳压电源 (7)2.2 宽带直流放大器电路 (7)2.3 单片机系统电路 (7)2.4 DAC0832电路 (8)四、系统软件设计 (8)五、系统测试1.主要测试仪器 (8)2.测试方案 (8)3.测试结果 (8)六、总结 (9)七、附件 (11)一、方案论证与比较改变放大器的增益，一般有两种途径，一种是改变反相端的输入电阻，另一种是改变负反馈电阻阻值。
方案一：如图1所示，采用模拟开关或继电器作为开关，构成梯形电阻网络，单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而改变放大器的增益。
此方案的优点在于简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难。
方案二：如图2所示，非易失性数字电位器改变电阻，克服了模拟电位器的主要缺点，无噪声，寿命长，阻值可程控改变，设定阻值掉电记忆。
该方案优点是增益范围宽，占用μP口少，成本低，通频带取决于运放的通频带，但是不能进行连续变化的调节。
方案三：用AT89S52单片机控制DAC0832的输出电流，经过运算放大器后将电流转换为对应的电压后加入宽带放大器的反相输入端，键入所需要的放大倍数从而改变整个宽带放大器的。
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。
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。
+5V图3 前级放大电路及仿真波形3.3压控增益放大电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× (V G + 1)dB (1) 因此，只要利用单片机向DAC0832送D IN，在OP07的输出端便可得到所需的控制电压V G，控制VCA810产生可调增益。
从而实现VCA810增益-40dB～40dB可调的。
该D/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。
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）的测试线尽量不要与电源线交叉，即使有交叉，也应尽量保持垂直。
低频自激振荡是由于放大器各级共用一个直流电源引起的。
在系统的每一运放芯片的电源与地之间加有退耦电容，采用大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构。
高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起的。
输入回路的导线和输出回路，电源的导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起，以免相互感应；输入线和输出线不要靠得太近，以免产生正反馈。
而对电路板的整体布局来说，元件之间排列应尽量紧凑，信号线尽量走短。
并且电源线和地线不要布成环状，否则容易产生高频干扰。
4 系统软件的设计与调试4.1系统主程序本文在软件实现方面采用的是C语言，在一定程度上增强了程序的易理解性。
系统软件主程序流程图如图5所示。
上电后对DAC0832，LCD1602及相关变量进行初始化，然后通过扫描按键值相应地改变DAC0832输入数字量，从而控制压控放大器VCA810的放大衰减倍数，进而改变整个系统的增益并通过液晶实时显示，达到增益可程控可调的目的。
4.2按键子程序系统有两个按键，KEY1为系统增益步进6dB档位，KEY2相应的为-6dB档位。
在进行按键程序编写时，运用了状态机和定标思想，先逐步增大DAC的输出值，利用示波器对实物进行观察并记录数据，最后在软件中建立数组，从而使整个系统的输出更为精确。
按键子程序如图6所示。
图5主程序流程图图6 按键子程序流程图4.3系统测试系统采用先仿真后实物验证的方式。
首先利用Proteus对系统的软件部分进行仿真，然后再进行软、硬件实物联调，采用定标思想，对DAC输出数据进行了部分微调，使系统更加稳定，精准。
4.3.1测试仪器及环境测试仪器主要有：UNI-T UT54数字万用表，GWINSTEK GOS-1102A-U数字示波器，SG1005数字合成信号发生器。
系统测试是在实验室进行的，环境温度为常温25℃，无强电磁干扰，由市电220V供电，通过自制直流稳压电源转化为±5V对系统进行供电。
4.3.2测试方案及结果(1)第一级调试从输入端输入峰峰值为50mV的正弦波，调节输入信号的频率，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表1所示。
表1 第一级频率特性测试数据测试结果表明，第一级通频带大于5MHz，在带宽小于3MHz时，该级的线性度非常好，在3MHz以后，系统增益略有下降，这跟该级使用的运放频率特性曲线是稳合的。
(2)测试DAC0832输入数字量与OP07输出电压的关系该步骤实际为软硬件联调，改变DAC0832输入数字量，用万用表测OP07的输出电压。
测试结果如表2所示。
表2 软硬件联调测试数据由于放大器不能达到理想运放的性能参数，流入反相端的电流不为零，OP07的输出电压和理论值会有差别。
故运用定标思想，对DAC0832输入数据量进行微调，使系统更加精确。
(3)两级联调从输入端输入峰峰值为50mV的100KHz的正弦波，调节按键预置放大电路增益，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表3所示。
表3 增益测试数据从输入端输入峰峰值为50mV的正弦波，系统增益预置为30dB，调节输入信号的频率，用示波器观察输出波形并记录，测试结果如表4所示。
表4 频率特性测试数据经测试表明，系统在通频带，系统增益基本满足了设计要求，但系统增益不能太高，当达到40 dB时，输出波形略有失真，当增益再增大时，出现自激振荡。
经分析可能是因为使用万能板焊接和只做了两级电路。
系统实物输入输出信号波形图如图7所示，系统实物图如图8所示。
图7 信号波形图图8 系统实物图5 小结本文以STC89C52单片机和TI公司提供的高速运算放大器VCA810为核心，搭建了一个用于交直流小信号放大的宽带直流放大器电路。
由于宽带放大器普遍存在零点漂移和容易自激等缺点，本文在第一级芯片选择、电源退耦、元器件安装，布线等方面都有研究，尽量减小上述问题对电路性能的影响，整个电路整洁实效。
由于时间和专业知识的限制，本文还有很多需要改进的地方，如缩短连线的长短、在放大电路末级加上功率放大级，提高带负载能力等。
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