一種可編程寬帶放大器的設(shè)計

1、第卷第期一電子設(shè)計工程年月一種可編程寬帶放大器的設(shè)計趙碧杉，曾攀，謝桂輝（武漢大學(xué)電子信息學(xué)院湖北武漢）摘要：以單片機和為控制核心利用可編程增益放大器和可變增益放大器）設(shè)計一種可縞程精密寬帶放大器。測試結(jié)果表明：該可縭程寬帶放大器的增益范圍為。通頻帶為低噪聲，并具有自動增益控制功能，動態(tài)范圍達(dá)。關(guān)詞：寬帶放大器；可變增益；指數(shù)線性控制；可縞程；，中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文件編碼：（）鋤，豇，打曲：，加，：；，：；引言隨著微電子技術(shù)的發(fā)展。寬帶放大器在科研中具有重，轉(zhuǎn)換瞄再五再捫掣要作用。寬帶運算放大器廣泛應(yīng)用于加轉(zhuǎn)換器、，轉(zhuǎn)換麗礦川！監(jiān)選絲！器、有源濾波器、波形發(fā)生器、視頻放大器等電路。這些電

2、路酬翮嚼）轉(zhuǎn)換炬陣鍵盤要求運算放大器具有較高的頻帶寬度電壓增值。為此，以可圖系統(tǒng)總體設(shè)計框圖編程增益放大器和可變增益放大器為核心，設(shè)計一種可編程寬帶運算放大器。該電路增益調(diào)節(jié)范圍器件選型及理論分析為。步進(jìn)間距為，為，一通頻帶輸入級電路運放選型為加。矩陣鍵盤設(shè)置增益值、步進(jìn)，點陣液晶顯由于該電路噪聲主要取決于第一級放大器所以選擇第一示實時電壓有效值，人機界面友好操作簡單方便。級運放成為決定噪聲大小的關(guān)鍵。電壓反饋型（）運算放大系統(tǒng)總體設(shè)計方案器具有同相和反向輸人端阻抗基本相同（均為高阻）日，低噪聲，更好的直流特性，增益帶寬積為常數(shù)反饋電阻的取值自由等特該系統(tǒng)主要由可控增益放大器、功率放大與峰值檢

3、波、點；而電流反饋型（）運算放大器則具有同相輸入端為高阻單片機顯示和控制大模塊組成。其中可變增益放大器以阻，反向輸入端為低阻抗，帶寬不受增益影響壓擺率更快反饋電阻的取值有限制等特點。由此看出放大器適用于那些粗調(diào)，并通過轉(zhuǎn)換控制實現(xiàn)增益細(xì)調(diào)。從而使總需要壓擺率快、低失真和可設(shè)置增益而不影響帶寬的電路：而增益在的寬頻帶范圍內(nèi)線性變化。前置放大器采用放大器則適用于那些需要低調(diào)電壓、低噪聲的電路。因此由寬帶電壓型反饋運放構(gòu)成的射極跟隨器可有效選用電壓反饋型運放作為前級輸入。是一提高輸入電阻；后級功率放大器采用電流型反饋運放款高速低噪聲運算放大器其帶寬為。壓擺率為，提高系統(tǒng)帶負(fù)載能力。由二極管峰值檢波電

4、路測量峰岬，輸入噪聲為，、麗。采用構(gòu)成的射極跟隨值，并通過轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換實現(xiàn)自動增益控制。通過鍵盤器作為前級緩沖電路可有效提高輸入阻抗，降低噪聲。手動預(yù)置增益值，實時顯示預(yù)置增益值并輸出有效值。增益控制的器件選型啊其系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖所示。姍簡介收稿日期：稿件編號：是公司的一種寬頻帶、低噪聲、高增益精度作者簡介：趙碧杉（一）女湖北武漢人。研究方向：通信工程。一及卜萬方數(shù)據(jù)和為核心單片機控制實現(xiàn)增益趙碧杉，等一種可編程寬帶放大器的設(shè)計堿前置黻器為電壓反魍可佤的低電壓磊譽：詈蒸鋈囂親舞耄主耋蘭罷簍詈：罷噪聲和的帶寬。位數(shù)控提供范圍增益，步進(jìn)為。的地線，并利用大磁珠隔離等。圖為增益控制電路。擺率為仙。

5、它由低噪聲的前置放大器和程控增益放大器整個放大系統(tǒng)增益穩(wěn)定，諸如采用大電容并聯(lián)小電容接地，瓣兩鬻囂鼉囂黑羹吲蒜弦矗；娶耀寫塔）（，只有需采用兩級級聯(lián)。而根據(jù)實際模擬調(diào)試經(jīng)匭而圳：請：菇：驗，級聯(lián)時極易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。而采爿。心；：；孤；。由于一級的最大增益動態(tài)范圍鵂卜，要實現(xiàn)高動態(tài)范圍的增益變化，卜石：了博鋼寧寧并毒劃纛麓溺粼耄竺空蹋印一！黎的動態(tài)范圍。另外，是±是±。品供電，二習(xí)：；“棚：匡，三卜：二廣供電，采用與竺豎廣”副一邏氣占?。?！丁“”。級聯(lián)不僅不容易產(chǎn)生自激而且能使上由于增益調(diào)節(jié)范圍為枷，故將系統(tǒng)固定放峰值檢波電路由二極管電路和電壓跟隨器組成。其工作原理：當(dāng)輸入電

6、壓正半周通過時，檢波管導(dǎo)通。對電容、充電直到到達(dá)峰值。三極管的基極由控制，產(chǎn)生呻的高電平使電容放電，以減少前一頻率測量對后一頻率測量的影響，提高幅值測量精度。其中。為常導(dǎo)通，以補償也上造成的壓降。適當(dāng)選擇電容值，使得電容放電速度大于充電速度，這樣電容兩端的電壓可保持在最大電壓處從而實現(xiàn)峰值檢波。該電路能夠檢測寬范圍信號頻率較低的被測信號頻率檢波紋波較大但通過增加小電容和大電容并聯(lián)構(gòu)成的電容池可濾除紋波。而后級隔離。則增加由構(gòu)成的射極跟隨器，如圖所示。大器增益設(shè)置為增益調(diào)節(jié)范圍為以為步進(jìn)，分檔可調(diào)。系統(tǒng)使用檔檔、檔和檔，這樣系統(tǒng)總增益調(diào)節(jié)范圍如下：一檔：【，（）（，；二檔：巾，（）：卜。；三檔：

7、，抗干擾措施由于系統(tǒng)涉及的信號頻率較高，頻帶較寬因此在電路布局時，應(yīng)采取一系列措施以避免高頻白激并提高系統(tǒng)抗噪聲性能。（）教模隔離為防止數(shù)字高頻脈沖對模擬電路的于擾。數(shù)字部分和模擬部分之間除電源隔離外還應(yīng)將各控制信號用電感隔離，且在電路設(shè)計時，應(yīng)將數(shù)字部分與模擬部分元件分區(qū)域布局。（）構(gòu)建閉環(huán)路在輸人級及放大級將整個電路用較粗的地線包圍，可吸收高頻信號減少噪聲同時此方法可有效避免高頻輻射。（）輸入及輸出模擬信號輸入及輸出均采用同軸線。輸入級和輸出級采用接頭。巾，（），因此，該系統(tǒng)增益調(diào)節(jié)范圍為卜，。圖峰值檢波電路硬件電路設(shè)計增益控倒電路系統(tǒng)軟件設(shè)計程序部分設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計遵循結(jié)構(gòu)化和層次化原則

8、昀由一個主程序及若干子程序構(gòu)成。主程序通過調(diào)用子程序控制子程序問的時序，從而使整個程序正常運行。系統(tǒng)軟件設(shè)計部分由單片一增益控制級采用級聯(lián)構(gòu)成印采用接法。引腳接基準(zhǔn)源分壓得到。引腳接，轉(zhuǎn)換器的輸出端以控制其增益變化。萬方數(shù)據(jù)電子設(shè)計工程）年第期機和組成。單片機主要完成讀取鍵值、控制增益和顯示功能。而則作為總線控制器。管理鍵盤、液晶和轉(zhuǎn)換器與單片機之間的數(shù)據(jù)交換。以測試方案及測試數(shù)據(jù)該系統(tǒng)使用專門的測試儀器，包括單片機仿真器、雙蹤示波器、機、多功能函數(shù)信號發(fā)生器和交流電壓表等。調(diào)節(jié)輸入信號的幅值和頻率。結(jié)合示波器，測試寬帶放大器的增益范圍以及通頻帶。測試結(jié)果表明，寬帶放大器總增益調(diào)節(jié)范圍為，一通

9、頻帶為一。將輸入信號頻率為設(shè)計環(huán)境。用硬件描述語言編程，完成各功能模塊的設(shè)計并仿真測試設(shè)計好的各個模塊，再將各個模塊相互連接。程序以按鍵中斷為主線。以各項功能為分支，圖為程序流程。固定，改變輸入電壓幅值。記錄輸入電壓和輸出電壓的最大值和最小值。結(jié)果表明，動態(tài)范圍大于。將輸入端短接，設(shè)置不同的電壓放大倍數(shù)，測量輸出電壓。結(jié)果表明，輸出電壓噪聲小于。結(jié)束語寬帶放大器以可編程增益放大器和可變增益放大器為核心。利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)增益的步進(jìn)和預(yù)置總增益范圍為通頻帶為動圖程序流程部分設(shè)計態(tài)范圍達(dá)到。前置放大器采用低噪聲電壓反饋型運放，大大提高輸入電阻。后級功率放大采用電流型反饋運放，有效提高系統(tǒng)的帶負(fù)載能力

10、。系統(tǒng)采用多種抗干擾措施，并結(jié)合軟件修正。實現(xiàn)較高的精度，具有良好的噪聲。線性性能以及較低的功耗。系統(tǒng)界面友好操作簡單，經(jīng)測試己投入應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：【王國偉，施樹春可縞程寬帶運算放大器的設(shè)計與實現(xiàn)陰武漢理工大學(xué)學(xué)報。（）：【黃眷，陳小橋，張望先電子設(shè)計教程【】北京：電子工業(yè)出版社主要完成、轉(zhuǎn)換器的串并轉(zhuǎn)換。采用位轉(zhuǎn)換器該器件是串行接口，大大節(jié)約系統(tǒng)端資源但的、端口是并行口，與串行器件的時序匹配較復(fù)雜，用靜態(tài)口端口模擬串行口時序又會占用很多處理時間。影響系統(tǒng)效率。為使對串行器件操作簡單把串行時序在中用狀態(tài)機描述。同時該控制狀態(tài)機又對提供口、的微機標(biāo)準(zhǔn)時序接口形式這樣只需選中相應(yīng)地址，就可寫入所要

11、得到的電壓數(shù)據(jù)，狀態(tài)機會完成串并轉(zhuǎn)換。以串行接口時序?qū)?shù)據(jù)寫入器件并鎖存，與寫端口操作一樣簡單方便而轉(zhuǎn)換器模塊的輸出端既可得到相應(yīng)輸出電壓，又達(dá)到控制增益的目的。部分采用循環(huán)結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)換采樣得到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值循環(huán)相比較再通過轉(zhuǎn)換控制增益倍數(shù)，從而實現(xiàn)自動增益控制?！吭S正望可變增益放大器及其使用們湖北工學(xué)院學(xué)報，（）：公司：【公司：，【】李朝青單片機原理及接口技術(shù)【】北京：北京航空航天大學(xué)出版社。國號力質(zhì)萬方數(shù)據(jù)一種可編程寬帶放大器的設(shè)計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：趙碧杉， 曾攀， 謝桂輝， ZHAO Bi-shan， ZENG Pan， XIE Gui-hui武漢大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北武漢,430079電子設(shè)計工程ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING2009,17(7)參考文獻(xiàn)(6條)1.李朝青 單片機原理及接