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采用高級壓控增益器件程控放大器設(shè)計
（作者未知） 2010/4/29
（接上頁）來控制。我們本想利用ADUC812單片機(jī)自帶的D/A轉(zhuǎn)換功能,但經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其D/A輸出很不穩(wěn)定,難以濾除,而控制電壓要求紋波非常小,否則就會給輸出信號帶來很大噪聲。故我們改變了設(shè)計,考慮使用電阻網(wǎng)絡(luò)AD7520進(jìn)行控制,其原理如圖6所示。單片機(jī)通過74LS373給AD7520賦值,電阻R0用于調(diào)節(jié)AD7520的參考電壓,從而由AMP1得到D/A結(jié)果,再由AMP2幅度搬移至前放所需的控制電壓-0.5～+0.5V之間,提供給AD603。
(4)后級放大原理 圖7為后級放大電路圖,它是PSPICE 電路仿真時候的電路圖, 可見本電路是一個典型的單電源供電的對稱互補(bǔ)電路。三極管選用的是B649A和D669A高頻孿生對管,T1、T2組成前置放大級,T3、T4組成對稱輸出級。在輸入信號為0時,調(diào)整R1的阻值,可以供給三極管適當(dāng)?shù)钠?從而使R9和R10間的電位為Vcc/2。
靜態(tài)時,通常輸出點(diǎn)電位為Vcc/2,為了保證電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定性,我們使用R9、R10和C5將輸出端和T1、T2輸入端相連,以引入負(fù)反饋。
晶體管的ft在很大程度上決定了放大器的帶寬。因為有源負(fù)載的頻率特性和噪聲特性較差,因此我們在電路中采用電阻做負(fù)載。使用分立元件制作后級放大器時,在指標(biāo)允許的情況下,我們盡量降低輸入阻抗,以減少空間輻射帶來的干擾。
(5)峰值檢波電路 圖8為峰值檢波電路。峰值檢波有兩種方案,第一種是使用AD637。
AD637真有效值檢測器將輸出的交流信號取樣回來轉(zhuǎn)換為直流,經(jīng)過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換后,顯示在數(shù)碼管上。輸入電壓不大的時候,AD637尚可正常工作;但是,當(dāng)輸出為最大到8V有效值的電壓時,AD637工作將不正常,并且,隨著頻率的不同,AD637的工作狀態(tài)會有所不同,所以不宜使用。另一種方案是,取樣回來的輸出電壓經(jīng)過二極管和電容進(jìn)行峰值檢波,并經(jīng)過高精度運(yùn)算放大器進(jìn)行衰減和保持后輸入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行顯示,這樣精度可以得到保證,不過會有一定的管壓降,使用檢波用肖特基二極管大概會有0.2V壓降,完全可以通過單片機(jī)進(jìn)行顯示上的補(bǔ)償。
(6)單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)是整個放大器控制的核心部分,它主要完成以下功能:接收用戶按鍵信息以控制增益;接收峰值檢波電路的反饋電壓以計算有效值;對AD603的增益控制電壓進(jìn)行控制。程序流程圖如圖9所示。各個功能由不同的模塊實(shí)現(xiàn):
鍵盤檢測模塊 記錄用戶對鍵盤的操作,將設(shè)定的增益數(shù)值記錄下來。
控制電壓模塊 根據(jù)用戶對增益的設(shè)置,查表得到對D/A轉(zhuǎn)換器的控制字串,輸出給D/A轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生精確的控制電壓。
有效值模塊 由于輸入輸出是標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號,峰值檢波電壓值根據(jù)經(jīng)驗公式Vmax=√2Vrms計算,并經(jīng)過線性修正得到有效值,經(jīng)測試顯示誤差不超過0.5%。
顯示模塊 按用戶需要將預(yù)置增益值或者有效值顯現(xiàn)在數(shù)碼管上。
總 結(jié)
通過對輸入輸出、頻帶、增益、AGC等各方面的測試,我們得到了如附表所列的性能。
專家點(diǎn)評:作品包括模擬和數(shù)字兩大部分,采用集成電路與分立元器件結(jié)合的方案,集中了各自優(yōu)勢,收到設(shè)計簡單、性能優(yōu)良、實(shí)現(xiàn)較容易等效果。其中模擬前端由兩塊高性能集成寬帶、低噪聲可變增益放大器AD603級聯(lián)而成,負(fù)責(zé)信號放大并與單片機(jī)電路配合實(shí)現(xiàn)了增益控制;后級功率輸出模塊采用分立元器件構(gòu)成,得到較高的輸出電壓范圍;系統(tǒng)控制模塊以ADUC812單片機(jī)為主,可完成增益設(shè)定、電壓有效值計算和相關(guān)信息顯示等功能。
系統(tǒng)采用電壓反饋控制方式實(shí)現(xiàn)了自動增益控制,AGC范圍較寬。設(shè)計與制作中利用數(shù)模隔離、電源隔離、濾波和去耦等技術(shù),以及PCB板合理布線、級間阻抗匹配和軟件算法誤差補(bǔ)償?shù)却胧?有效減少了噪聲和干擾的影響,同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
設(shè)計方案論證充分,各級電路參數(shù)確定、阻抗匹配設(shè)計合理;系統(tǒng)完成的功能完備,增益、帶寬等主要指標(biāo)均達(dá)到題目的要求。
設(shè)計中還應(yīng)進(jìn)一步注意高頻放大器增益與帶寬之間的關(guān)系,從題目要求出發(fā),二者兼顧,以獲取更好的帶寬性能。
點(diǎn)評專家 劉開華,天津大學(xué)電子信息工程
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