電賽選拔-可控放大器

1、目錄摘要-2第一章 設(shè)計原理與論證1.測量放大部分-3（1）前置放大電路的設(shè)計-3（2）程控增益放大部分-42.濾波部分-4第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案1.系統(tǒng)原理框圖-62.整體電路圖-63.濾波部分-74.單片機(jī)控制部分-75.軟件流程-8第三章 主要參數(shù)計算1.前端放大電路及程控放大部分-82.通頻帶計算-83.抗干擾措施-10第四章 參數(shù)測試分析1.放大器測試-102.程控濾波器測試-113.結(jié)論-11附錄（總程序）-12可控放大器 【摘要】本著簡單、準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定、通用的原則，采用了分級設(shè)計匹配互連的思想。系統(tǒng)的特色在于：通過模擬開關(guān)，改變反饋電阻阻值，從而改變放大器增益，增益從10d

2、B到60dB可調(diào)步距為10dB。用單片機(jī)STC89C52對可編程濾波器芯片MAX262進(jìn)行程序控制，可以同時對兩路輸入信號進(jìn)行二階低通、高通、帶通、帶阻以及全通濾波處理，濾波器的中心頻率在15kHz50kHz頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)64級程控調(diào)節(jié)，其Q值在0.564范圍實現(xiàn)128級程控調(diào)節(jié)。要求：1基本要求 （1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為20mV，電壓增益為45dB，通頻帶為100Hz20kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。 （2）濾波器可設(shè)置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz10kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1KHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。

3、（3）濾波器可設(shè)置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz10kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為0.5kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。 （4）截止頻率的誤差不大于10%。 （5）有設(shè)置參數(shù)顯示功能。 2、發(fā)揮部分 （1）放大器電壓增益為55dB，輸入正弦信號電壓振幅為20mV，增益10dB步進(jìn)可調(diào)，通頻帶為100Hz50kHz。 （2）制作一個帶通濾波器，中心頻率25kHz，通頻帶5kHz，在20kHz和30kHz頻率處，要求放大器與帶通濾波器的總電壓增益不大于45dB。 （3）上述帶通濾波器中心頻率可設(shè)置，設(shè)置范圍15kHz35kHz，步進(jìn)

4、為2kHz。 （4）電壓增益、截止頻率誤差均不大于5%。 （5）其他。 第一章 設(shè)計原理與論證根據(jù)題目要求分以下幾部分進(jìn)行方案設(shè)計與論證： 1、 測量放大部分 （1）前置放大電路的設(shè)計 方案一：用LM324放大器，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容，但其帶寬參數(shù)無法滿足本設(shè)計要求故不采用。 方案二： 采用運(yùn)算放大器OP07,Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏

5、置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備。為了達(dá)到60DB增益采用兩級放大，第一級放大倍數(shù)為10，總的放大倍數(shù)為第一級放大倍數(shù)與第二級放大倍數(shù)的乘積。 圖1（2）程控增益放大部分 由一增益可軟件編程的放大器，將不同幅度的模擬輸入信號放大到某個特定范圍，便于A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣；或者將給定信號放大一個由軟件設(shè)定的增益后輸出。 方案一：集成程控增益放大器。它們具有低漂移、低非線性、高共模抑制比和寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，但其增益有限，只能實現(xiàn)特定的幾種增益切換。所以我們不采用此方案。方案二：運(yùn)放+模擬

6、開關(guān)+電阻網(wǎng)絡(luò)。如圖1這種方法利用模擬開關(guān)切換電阻反饋網(wǎng)絡(luò)，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。此種方法通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實惠，效果顯著。所以我們用此方案。 2、 濾波部分 在業(yè)自動化的許多領(lǐng)域都要使用濾波器。一般有源濾波器均由運(yùn)算放大器和RC元件組成 。方案一：使用RC網(wǎng)絡(luò)， RC電路盡管可以做到體積小和廉價，但要滿足此設(shè)計要求，需多個圖2結(jié)構(gòu)并聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)仍然過于龐大。而且其上半周內(nèi)電容C中積蓄得能量到下半周就會被電阻R消耗一半，因此單純的RC電路Q值不會大于0.5，選擇性差，效果同樣不佳。所以我們不采用。圖2方案二：使用MAX262可編程開關(guān)電容通用濾波器,它是美國MAXIM公司開發(fā)的一種通用有源濾波器

7、，可用微處理器編程控制，方便的構(gòu)成各種低通、帶通、高通、陷波和全通配置，而且不需要外部元件，可靠性高，對使用環(huán)境的要求不高。如圖3通過單片機(jī)（89s52）對該芯片的6個輸入端進(jìn)行有效設(shè)置可實現(xiàn)64個不同的中心頻率f0，而且Q值可達(dá)128完全滿足本題目所以我們采用方案二。 單片機(jī)與max262的連接圖：第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案 1、 系統(tǒng)原理框圖，見圖4。采用模擬開關(guān)CD4051控制反饋電阻調(diào)節(jié)電壓增益，優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、通用性強(qiáng)。AT89S52直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，濾波部分芯片MAX261輸入采用4013分頻并用模擬開關(guān)控制。 2、 整體電路圖：3.濾波部分：4.單片機(jī)控制部分：5.軟件流程如下：

8、總程序框圖，見圖5 第三章 主要參數(shù)計算 1、 前端放大電路及程控放大部分放大電路采用反相放大放大倍數(shù)計算公式為Avf=-Rw/Rf Av=20lgAvf當(dāng)增益Av=10dB Avf=3.16=Rw/10k。由此可計算出Rw=31.6k歐姆,再經(jīng)過模擬開關(guān)CD4051進(jìn)而可計算出增益分別為20、30、40、50、60時Rw的值（如圖）。調(diào)節(jié)Rw的值即可獲得所需的增益。 2、 通頻帶計算系統(tǒng)選用模式一實現(xiàn)低通、帶通，模式三實現(xiàn)高通。同時89C51的ALE信號送到MAX261的CLKA和CLKB引腳作為時鐘信號及晶振頻率 1/6 及2MHz作為MAX261的外部時鐘時鐘頻率，MAX261處理的輸入

9、信號范圍為15kHz50kHz，通過改變編程數(shù)據(jù)F0F5實現(xiàn)64級中心頻率調(diào)節(jié)。根據(jù)廠家的芯片資料fclk/f0=40.84+1.57N1及Q=64/（128-N2)并由查表得出下表數(shù)據(jù)： f0fclkMODES1,3F5F0N1Q6Q0N21kHz125kHz125.6601000016001000015.62kHz250kHz125.6601000016001000015.63kHz0.5MHz166.5010101042010101042.14kHz0.5MHz125.6601000016001000015.65kHz0.5MHz100.560000000000000006kHz1MHz

10、166.501010104201010104237kHz1MHz142.94011011270011111278kHz1MHz125.6601000016001000015.69kHz1MHz109.96000111700001116.810kHz1MHz100.5300000000000000011kHz2MHz182.2111010052011010051.812kHz2MHz166.5010101042010101042.213kHz2MHz153.931000103401000103414kHz2MHz142.940110112700110112715kHz2MHz133.520101

11、012100101012116kHz2MHz125.6601000016001000015.617kHz2MHz117.810010111100010111118kHz2MHz111.53000111700001116.819kHz2MHz105.2400001130000011320kHz2MHz100.53000000000000000 3、抗干擾措施： 寬帶放大器的總增益為060dB，因此抗干擾措施必須要做的好,才能避免自激和減少噪聲。設(shè)計中采用了如下方法：運(yùn)算放大器采用低噪聲、低失調(diào)、高開環(huán)增益的OP07,;在電源端并接0.1uf的電容避免電源的高頻干擾，并接20uf的電容避免低頻干擾

12、。所有信號耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容，以避免高頻增益下降。 第四章 參數(shù)測試分析 1、 放大器測試：增益(dB)Vi（mv）Vout02021.3mV10202020302040202.1V5020 60202、程控濾波器測試： Vi10101010101010101010fVo 3.結(jié)論 基本要求發(fā)揮要求實際性能（1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為10mV，電壓增益為40dB，通頻帶為100Hz40kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。（1）放大器電壓增益為60dB，輸入正弦信號電壓振幅為10mV，增益10dB步進(jìn)可調(diào)，通頻帶為100Hz100kHz。電壓增益為60dB，輸入正弦信號電壓振

13、幅為10mV，增益10dB步進(jìn)可調(diào)，通頻帶為100Hz100kHz。（2）濾波器可設(shè)置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。（2）制作一個帶通濾波器，中心頻率50kHz，通頻帶10kHz，在40kHz和60kHz頻率處，要求放大器與帶通濾波器的總電壓增益不大于45dB。低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。（3）濾波器可設(shè)置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc

14、在1kHz20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。（3）上述帶通濾波器中心頻率可設(shè)置，設(shè)置范圍40kHz60kHz，步進(jìn)為2kHz。 高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進(jìn)為1kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。（4）截止頻率的誤差不大于10%。（4）電壓增益、截止頻率誤差均不大于5%。帶通濾波器，中心頻率50kHz，通頻帶10kHz，在40kHz和60kHz頻率處，要求放大器與帶通濾波器的總電壓增益不大于45dB。（5）有設(shè)置參數(shù)顯示功

15、能。（5）其他設(shè)置參數(shù)顯示附錄1. 程序共16頁 第15頁#include #include #include typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;typedef unsigned long ulong;void Write_Max262(void);void Low_Pass(void);void High_Pass(void);uchar Fclk_F0_Q(void);void fd() ;uchar code Table13=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,

16、0x90,0x89,0xc7,0xf6;uchar code Select6=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb;sbit A0=P10;sbit A1=P11;sbit A2=P12;sbit A3=P13;sbit D0=P14;sbit D1=P15;sbit W_R=P16;sbit sw=P17;#define S1 0x38#define S2 0x34#define S3 0x2c#define S4 0x1cuchar num,dd=0,Mode=3,N1,N2,c,Q=1;uint f0=40000,fc_H=1000,fc_L=1000,d=0xf6

17、;ulong fclk=200000;void Delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=124;y0;y-);void Display(void)static uchar num,Temp;static uint k;P2=0xff&d;k+;switch(num) case 0:P0=Tabledd; break;case 1:switch(c) case 0:P0=Table0;Temp=0;break;case 1:P0=Table10;Temp=fc_H/1000;break;case 2:P0=Table11;Temp=fc_L/1000;

18、break;case 3:P0=Table8;Temp=f0/1000;break;default:break;break;case 2:P0=TableTemp/10;break;case 3:P0=TableTemp%10;break;default:break;switch(c)case 0:P2=Selectnum&d;break;case 1:case 2:case 3:if(k20)P2=Selectnum&d;else P2=0xff&d;break;num+;num%=4;k%=40;Delay(1);uchar Keyscan(void)uchar Key;if(P3&0x3

19、c)=0x3c)return(0xff);Delay(10);if(P3&0x3c)=0x3c)return(0xff);Key=P3&0x3c;while(P3&0x3c)!=0x3c)Display();return(Key);void KeySet(void)uchar i;switch(Keyscan()case S1:c+;c%=4; break;case S2:switch(c)case 1:fc_H+=1000; if(fc_H=21000)fc_H=1000;break;case 2:fc_L+=1000;if(fc_L=21000)fc_L=1000;break;case 3

20、:f0+=2000;if(f0=62000)f0=40000;break;default:break;break;case S3:switch(c)case 1:fc_H-=1000;if(fc_H=0)fc_H=20000;break;case 2:fc_L-=1000;if(fc_L=0)fc_L=20000;break;case 3:f0-=2000;if(f0=38000)f0=60000;break;default:break;break;case S4:switch(c)case 1:for(i=0;i3;i+)Q=1;High_Pass();Fclk_F0_Q();Write_Max262();break;case 2:for(i=0;i3;i+)Q=1;Low_Pass();Fclk_F0_Q();Write_Max262();break;case 3:for(i=0;i3;i+)Q=f0/10000;Fclk_F0_Q();Write_Max262(); break;default :break;void Low_Pass(void)Q=pow(Q,2);Q*=2;f0=(uint)(fc_L/(sqrt(1-1/Q)+sqrt(pow(1-1