通信電子線路課程設計

1、目錄1.設計要求12.方案設計12.1 課程分析及總體結(jié)構(gòu)12.2方案論證23.單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇23.1單元電路設計23.2系統(tǒng)調(diào)試73.3 器件選擇84.電路的工作原理85.總結(jié)106.系統(tǒng)需要的元器件清單10參考文獻11通信電子線路課程設計（報告）1.設計要求（1）設計輸入阻抗1k；單端輸入，單端輸出；放大器負載電阻600。（2）設計3d通頻帶10kHz6MHz，在20kHz5MHz頻帶內(nèi)增益起伏1dB。（3）設計最大增益40dB,增益調(diào)節(jié)范圍10dB40dB（增益6級可調(diào)，步進 間 隔6d B，增益值與實測值誤差的絕對值2dB），需顯示預置值。（4）設計最大輸出電壓有效值

2、3V，數(shù)字顯示輸出正弦波電壓值。（5）自制放大器所需的穩(wěn)圧電源。2.方案設計2.1課題分析及總體結(jié)構(gòu)增益及電壓有效值顯示 鍵盤放大器增益控制峰值檢波單片機后級放大輸出小信號前級放大圖1 系統(tǒng)總體方框圖本設計全部采用集成電路，具有硬件電路形式簡單，調(diào)試容易，頻帶寬，增益高，AGC動態(tài)范圍寬的特點，且增益可調(diào)，步進間隔小。本寬帶放大器以可編程增益放大。器AD603為核心，由三級放大器組成，前級放大主要是提高輸入阻抗，對小信號進行放大；中間級為可變增益放大器，主要作用是實現(xiàn)增益可調(diào)及AGC功能，增益控制和AGC功能都由單片機控制，可預置并顯示增益值，增益可調(diào)范圍10dB58dB，步進1dB，由單片機

3、自動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)可實現(xiàn)AGC功能，使輸出電壓穩(wěn)定在4.5V5.5V之間；后級放大進一步增加放大倍數(shù)，擴大輸出電流，提升放大器的帶負載能力，提高輸出電壓幅度。后級輸出接峰值檢波電路，檢波電路輸出由單片機采樣并計算后，用液晶顯示屏顯示輸出正弦波電壓的有效值和峰峰值。由于寬帶放大器普遍存在容易自激及輸出噪聲過大的缺點，本系統(tǒng)采用多種形式的屏蔽措施減少干擾，抑制噪聲，以改善系統(tǒng)性能。2.2方案論證方案一：選用結(jié)電容小，fT 高的晶體管，采用多種補償法，多級放大加深度負反饋，以及組合各種組態(tài)的放大電路形式，可以組成優(yōu)質(zhì)的寬帶放大器，而且成本較低。但若要全部采用晶體管實現(xiàn)題目要求，有一定困難，首先高頻晶體

4、管配對困難，不易購買；其次，理論計算往往與實際電路有一定差距，工作點不容易調(diào)整；而且，晶體管參數(shù)易受環(huán)境影響，影響系統(tǒng)總體性能。另外，晶體管電路增益調(diào)節(jié)較為復雜，不易實現(xiàn)題目要求的增益可調(diào)。方案二：使用專用的集成寬帶放大器。如TITHS6022、NE592等集成電路。通過外接少數(shù)的元件就可以滿足本題目要求，甚至遠超過題目要求的帶寬和增益的指標，但這種放大器難以購買，價格較貴，靈活性不夠，不易滿足題目擴展功能要求。方案三：市面上有多種型號、各具特色的寬頻帶集成運算放大器。這些集成運算放大器有的通頻帶寬，有足夠的增益，有的可以輸出較高電壓，使用方便，有的甚至可以實現(xiàn)增益可調(diào)及AGC的功能?？傮w上硬

5、件的實現(xiàn)和調(diào)試較為簡單，所以，我們決定采用多個集成運放級連實現(xiàn)本題目。3.單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇3.1單元電路設計(1) 前級放大器圖2 前級放大器由于AD603輸入阻抗只有100歐，需加大輸入阻抗才能滿足題目要求，而且前級信號比較小，容易受噪聲干擾，綜合考慮。我們前級放大采用視頻放大器AD818，其帶寬有100MHz，接成反相放大形式，電路 為了滿足題目要求輸入阻抗大于1k，選取R1 = 2K，Rf =7K，則放大倍數(shù)為A 3.5。(2) 增益控制電路它由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網(wǎng)絡輸入端（VINP）的信號經(jīng)衰減后，由固定增益放大器輸出，

6、衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無關(guān)，而僅與其差值VG有關(guān)，由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達50M，因而輸入電流很小，致使片內(nèi)控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小。而且，如果AD603的增益用dB表示，則與控制電壓成線性關(guān)系，以上特點很適合構(gòu)成本題要求的放大器中的“滑動臂”從左到右是可以連接移動的。當VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時，其放大器的增益范圍也不一樣，帶寬在9MHz 90MHz之間為加大中間級的放大倍數(shù)及增益調(diào)節(jié)范圍，我們使用兩片AD603級聯(lián)作為中間級放大。如果將AD603的5腳和7腳相連，單級AD603增益調(diào)整范圍為，1030

7、 dB，帶寬為90MHz，兩級AD603級聯(lián)，使得增益可調(diào)范圍擴大到20 dB60 dB?？蓾M足題目要求的10dB58dB的增益調(diào)節(jié)。 圖3 增益控制電路(3) 單片機小系統(tǒng)單片機系統(tǒng)采用AT89C52為核心，時鐘信號采用12MHz晶體，擴展了32k的外部數(shù)據(jù)存儲器，采樣FLASH ROM 28C256作為外部數(shù)據(jù)存儲器，可以保存預置增益值1。采用可編程鍵盤專用接口芯片8279。擴展鍵盤；顯示部分采用128×64的點陣液晶顯示器，A/D轉(zhuǎn)換器用AD1674，D/A轉(zhuǎn)換器用AD667。鍵盤控制模塊：用8279控制8×2鍵盤，鍵盤掃描方式采用編碼方式，由于8279能夠自動消除按

8、鍵抖動，以及可以使用中斷方式處理按鍵。所以，使用8279可以代替單片機完成鍵盤的許多接口操作，從而大大的減輕了單片機的負擔，使單片機可以騰出更多資源。液晶顯示模塊：本系統(tǒng)采用信利的MSC-G12864DYSY-5W作為顯示器，該液晶屏是128×64的點陣液晶顯示屏，可通過控制字實現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的寫入，但顯示數(shù)據(jù)占用的存儲器空間太大，因此，系統(tǒng)上加了一個512k的Flash Rom（29F040），將國標漢字點陣信息存放在Flash Rom中，顯示漢字時，只需給出內(nèi)碼，由內(nèi)碼算出該漢字點陣存放的地址，讀取后送顯。漢字的內(nèi)碼有兩個字節(jié)（X，Y），X，Y為16進制數(shù)，由內(nèi)碼算漢字點陣在字庫中

9、存放位置的公式為：offset10H×（X0A1H）×5EH（Y0A1H）由于29F040的地址線超過16根，我們用單片機和配合控制它，單片機每次從字庫中讀出一個漢字的點陣信息共32個字節(jié)，所以由單片機給出高位地址，CPLD給出低五位地址，將字庫中的點陣信息讀入單片機。D/A轉(zhuǎn)換器采用AD667，AD667是12位的D/A轉(zhuǎn)換器，由它輸出控制電壓給AD603的控制端GPOS，精確控制AD603的增益，達到增益控制的目的。A/D轉(zhuǎn)換器使用AD1674，AD1674是12位的A/D轉(zhuǎn)換器，其管腳與AD574兼容2，并帶采樣保持。用于采樣輸出信號，送由單片機計算并顯示輸出正弦電壓

10、有效值及峰峰值，并與D/A配合實現(xiàn)AGC功能。軟件設計：由于本系統(tǒng)中單片機只起控制增益和顯示的作用，所以軟件設計比較簡單。啟動后進入增益控制界面，可以通過按鍵調(diào)節(jié)增益，步進1dB，還可以切換顯示輸出正弦電壓有效值和峰峰值，以及切換到AGC功能。 圖3 單片機系統(tǒng)電路圖(4) 輸出級的電路設計輸出級電路帶動600歐負載有些不夠，在頻率較高時輸出電壓峰峰值有較大下降，頻率增高后，由于壓擺率Sr限制3，在高頻大信號輸入情況下，使得輸出電壓下降，故輸出電流下降，導致帶負載能力下降。為此，我們采取擴大輸出電流方式輸出來驅(qū)動負載。給運放擴流輸出有多種方式，最常用的為三極管射隨輸出，但會稍微降低輸出電壓幅度

11、，對發(fā)揮部分中提高輸出幅度有影響。為此我們在運放輸出端加入兩個并聯(lián)的高速電流緩沖器來驅(qū)動負載 。我們使用的電流緩沖器BUF634在負載為100歐姆時最大輸出電流250mA，其單位增益帶寬可在30M180M變化，由于本題對功率要求不高，使用BUF634完全可以滿足題目要求的指標。 圖4 輸出級電路圖(5)自動增益控制電路本系統(tǒng)的自動增益控制功能，實際是由增益控制電路轉(zhuǎn)化而來。在輸出級加入檢波電路，檢出直流電壓送入A/D采樣，經(jīng)單片機計算后控制D/A輸出，此電壓加到AD603的增益控制端，從而控制AD603的增益達到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設計：由于本系統(tǒng)信號頻率很寬，如果采用有源器件組成的

12、峰值檢波電路，在低頻和高頻段均有較大失真，不能得到與峰值線性對應的直流電平。所以我們采用無源峰值檢波電路。圖中D1、D2均為鍺管，采用鍺管因為其特性近似平方率曲線4，變化較為平緩，二極管導通時電容充放電速度較為緩慢，從而控制AD603的增益達到使輸出電壓恒定的目的。從而控制AD603的增益達到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設計：由于本系統(tǒng)信號頻率很從而控制AD603的增益達到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設計：由于本系統(tǒng)信號頻率很檢波電路設計：由于本系統(tǒng)信號頻率很輸出幅度較為平坦，紋波較小。R1、R2、D2保證輸入信號小于二極管導通電壓時，二極管D1也能導通，進行檢波，R3、R4進一步抑制檢波

13、輸出紋波，并將直流電壓分壓輸出。該檢波電路輸出信號電壓約為輸入電壓峰值的1/6。 圖5 自動增益控制電路3.2系統(tǒng)調(diào)試3.2.1檢查電路：照電路圖檢查電路器件是否連接正確，器件引腳、電容極性、電源線、地線是否對接，連接是否牢靠，電源的數(shù)值與方向是否符合設計要求。將各部分電路連接起來，先調(diào)整0dB，使輸出信號幅度和輸入信號幅度相等。接上600的負載電阻進行整機測試。3.2.2按功能模塊分別調(diào)試：按單元電路，把每一部分單元電路調(diào)試得正常工作，才把它們連接成整機，然后在進行整體調(diào)試。輸入端加有效值為10mV，頻率為1MHz的正弦信號，保持幅度穩(wěn)定，然后預設增益值測量輸出信號來計算增益誤差。擴展功能中

14、的增益步進1dB也達到了，且增益是從080dB可調(diào)。0dB放大是后級功放的調(diào)零點,需事先校正，所有大于0dB的增益都以0dB為基準。測58dB以上的增益時，以10mV輸入會使輸出飽和，故采用固定輸出的方法：給定增益，然后減小輸入信號，使得輸出信號有效值保持為7.00V，再計算增益。高增益時，輸入信號的噪聲較大，實際波形有些不理想，不過有效值變化范圍不大，當增益達到80dB時，輸入1mV就能使輸出飽和，噪聲電平和信號電平差不多，只能看到噪聲信號中有輸入信號的輪廓，且這時輸入信號電壓有效值用示波器無法測量，但是輸出卻有和輸入同頻率的正弦波。由于示波器測量電壓有效值，當信號很小時誤差較大，所以增益高

15、時誤差較大。從變化趨勢來看，放大80dB誤差應該小于2dB，滿足題目要求。從整體來看，我們設計的放大器增益為080dB，步進1dB，60dB以下增益誤差0.2dB。自動增益控制（AGC）測量：將放大器切換到AGC模式，改變輸入信號電壓，觀察輸出信號并記錄輸出電壓。由于我們采用單片機控制增益，AGC范圍和增益控制范圍一致，理論上AGC控制范圍為080dB。設定AGC輸出電壓范圍4.5 5.5V，把輸入信號調(diào)到1MHz，把有效值從1mV起往上調(diào)，測量輸出電壓有效值。3.3器件選擇集成電路的選擇：在前級放大器中所選擇的集成電路為4060和74LS74，其中74LS74的上下兩個電壓輸入VCC為5V，

16、晶振所產(chǎn)生的頻率為32768MHz。在增益控制電路的集成電路的選擇為3個4511，兩個4518，一個4069，一個74LS00和一個74LS161，3個晶體管為LED晶體管，輸入電壓VCC為5V。在單片機中的集成電路的選擇為3個74LS21和2個74LS32，還有一個蜂鳴器，輸入電壓為5V。在輸出級電路中的集成電路選擇為5個74LS00和一個74LS74，開關(guān)選擇為單刀雙擲開關(guān)，4個輸入電壓為5V。在自動增益控制電路中的集成電路選擇為兩個4069，輸入電壓為5V。電阻電容的選擇：可以通過計算算出，但是本電路圖所用的都是集成電路，計算起來比較繁瑣，一般按照經(jīng)驗數(shù)值選擇，電容C1,C2,C3的大小

17、為20pF，10pF，22Uf。電阻R1，R2，R3的大小為10千歐，22兆歐，300歐。4.電路的工作原理本系統(tǒng)由可變增益增益放大器AD603為核心，其它各單元電路都是根據(jù)AD603及題目要求設計。題目要求最大增益要大于40dB，最大輸出電壓有效值大于等于3V，而中間級采用的可編程增益放大器AD603對輸入電壓和輸出電壓均有限制5，所以，必須合理分配三級放大器的放大倍數(shù)。AD603的最大輸出電壓有效值約為1.2V，假如要實現(xiàn)發(fā)揮部分的最大輸出電壓有效值大于等于6V的要求，即輸出電壓峰峰值為16.9 V，為得到最大輸出電壓,則后級放大至少要有5倍。由于放大器頻帶很寬，且級數(shù)較多，整個系統(tǒng)容易自激，必須采用有效措施抑制自激發(fā)生，因此電路布局對整個系統(tǒng)性能起著至關(guān)重要的作用。 圖6 放大器電路圖5.總結(jié)綜合上述各部分的測試結(jié)果：本設計圓滿地完成了題目基本部分的要求，還較好地完成了題目發(fā)揮部分的要求并擴展了掉電存儲和輸入限定等功能。前級降壓、后級升壓的設計不但擴展了AGC的范圍，還提高了輸出電壓幅度。各種去耦和降噪措施的綜合應用保證放大器穩(wěn)定工作并且降低了噪聲如果能對輸出增益進行進一步實測校正或者使用性能更好的器件，還可以進一步提高指標。6.系統(tǒng)需要的元器件清單表1 元器件清單序號元器件類型元器件規(guī)格數(shù)量備注1 芯片 827932函數(shù)信號發(fā)生器HP3312