程控放大器的設(shè)計.ppt

1、程序設(shè)計師放大器的設(shè)計、院系：信息工程學(xué)院專業(yè)(級): 電信0.4級兩組學(xué)生名稱：于麗指導(dǎo)人民教師：李澤光、概要、程序設(shè)計師雙放大器(PGA )是PGA在程序計程儀和指令控制下其男同志等性能改變的放大器，是PGA的基本阿納計程儀開關(guān)由數(shù)字編碼控制。 數(shù)字編碼可利用數(shù)字硬件電路實現(xiàn)，也可利用計算機硬件根據(jù)需要控制。 1.1論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值，目前，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，各種測量儀器越來越傾向于取得數(shù)字化和智能化方向的發(fā)展。 這些個的數(shù)據(jù)老虎鉗一般由前道工序傳感器、放大器電路和后端數(shù)據(jù)處理電路組成。 其中，后端數(shù)據(jù)處理電路通常采用高精度A/D和高速單片微型計算機來保證儀表的精度和

2、速度要求。 在前道工序電路中，傳感器輸出信號的幅度和驅(qū)動能力微弱，因此必須連接高精度的測量放大器，以滿足后端電路的要求。 在自動控制系統(tǒng)和智能設(shè)備中，在被測量信號的振幅的變化范圍寬的情況下，為了保證測量精度的匹配性，經(jīng)常采用改變范圍的方法，可以用程序設(shè)計師放大器自動切換范圍。 改變微波爐的話，測量放大器的男同志也會相應(yīng)地改變。 這種變化通常是自動進行的。 即，不需要人為地變更電路連接，而是用軟件來實現(xiàn)放大器的增益的變化。 PGA在現(xiàn)代測量系統(tǒng)中經(jīng)常被使用。 隨著各種新型零配件的發(fā)展，實現(xiàn)PGA并不難，但由于PGA必須具有自動調(diào)節(jié)增益的功能，其精度經(jīng)常受到使用一些調(diào)節(jié)零配件的影響。 在精密測量的

3、情況下，PGA的精度要求比較高，希望實現(xiàn)比較精密的PGA。 1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢是，在各種儀表設(shè)備的傳感器不同的測試中，其輸出信號的振幅可能相當不同，因此傳統(tǒng)的處理方法是對放大器加以手動范圍調(diào)節(jié)，以保證后端的A/D采集輸入端的信號在一定的振幅內(nèi)，保證儀表整體的測量精度。 但人工換擋調(diào)整增加了儀表操作的復(fù)雜性，影響了數(shù)據(jù)測量的實時性，換擋調(diào)整通常采用機械扭轉(zhuǎn)，提高了儀表的可靠性和接觸電阻對測量精度的影響。 另外，以往的方法如AD8321芯片那樣采用可以用軟件設(shè)定增益的放大器，如AD8321那樣價格比較高，選擇移位也少(TI的pga103、206等僅為34速)。 有些數(shù)控放大器可以滿足核

4、設(shè)備的線性、增益穩(wěn)定性和自動穩(wěn)定譜的增益要求。 系統(tǒng)保證了放大器的增益穩(wěn)定性和線性指標，使云同步降低了放大器的輸入阻抗，必然對前級電路的輸出阻抗提出更高的要求。 在實際應(yīng)用中，增大反種子文件電阻可以提高輸入阻抗，并可根據(jù)需要增加一級電壓跟隨器電路，電壓跟隨器的輸入阻抗極高，電路中的導(dǎo)通電阻對男同志的影響可以忽略，各級男同志完全與所選電阻一致目前采用常規(guī)單片微型計算機自動選擇量程，采用由非易失性數(shù)字音量和儀表放大器組成的高精度、多量程、低成本程序設(shè)計師雙放大器。 以單片微型計算機(或計算機)為基礎(chǔ)的儀器測量系統(tǒng)的出現(xiàn)，是電子發(fā)電工測量的重大變革，具有廣闊的應(yīng)用前景。2.1程序設(shè)計師雙放大器系統(tǒng)的

5、原理分塊圖，本文設(shè)計的程序設(shè)計師雙放大器電路系統(tǒng)主要采用單片微型計算機最小系統(tǒng)、天線計程儀開關(guān)CD4051和放大器芯片LF353。 可程序設(shè)計師放大器整體的設(shè)計原理分塊圖如下圖所示。 如左圖所示，控制接口以AT89C51單片微型計算機作為程序設(shè)計師bull放大器電路的控制中心，放大部在LF353運算放大器兩級進行放大，在柱形計程儀控制CD4051中選擇放大倍率。最后，將正弦波信號加到放大電路的輸入端，通過用示波器觀察輸出端測量的波形并顯示，或者用毫安顯示觀察結(jié)果，以不同的放大率顯示不同的放大現(xiàn)象。 2.2硬件電路零配件選擇2.2.1單片微型計算機的選擇，該設(shè)計由89C51單片微型計算機控制。

6、89C51單片微型計算機的大頭針如右圖所示，采用了4.0的雙列直插式封裝方式。 89C51單片微型計算機有很好的記憶效應(yīng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)多種運算功能，具有很好的復(fù)雜電路控制處理能力。 8二進制位CMOS單片微型計算機搭載了低電功耗、高性能的4KB閃存，時鐘頻率達到20MHz，具有4K字節(jié)的電寫入和擦除可編程計程儀空間，能夠快速擦除編程計程儀寫入新的編程，實驗容易。 89c 5.1單片微型計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如上所述，89c 5.1單片微型計算機內(nèi)的各個功能零配件由單個男低音連接，包括微處理器(電腦CPU )、數(shù)據(jù)存儲器(RAM )、計程儀存儲器(ROM )、8位并行I/O端口、串行端口、

7、16位計時器/計數(shù)器、2.2.2開關(guān)電路的選擇和指撥開關(guān)可以用來控制開關(guān)電路，在測試時使用指撥開關(guān)是方便的，而在選擇開關(guān)電路時不能進行柱計程儀的控制，僅需要手動控制，因而本設(shè)計是在放大器電路中使用天線計程儀開關(guān)CD4051來實現(xiàn)開關(guān)電路的并聯(lián)連接。 CD4051在放大電路中驅(qū)動力強，根據(jù)設(shè)計，每個CD4051使用3個開關(guān)。 因此，在兩級放大電路中，僅需要兩個CD4051。 這樣可以實現(xiàn)“以軟件實現(xiàn)硬件”的原則，從而降低外圍硬件的成本。 1. CD4051大頭針圖CD4051是單側(cè)8通道的單極八擲開關(guān)。 其大頭針結(jié)構(gòu)如下圖：2. CD4051大頭針功能說明CD4051相當于單刀直投開關(guān)，開關(guān)接通

8、哪個通道由輸入的3位地址查詢密碼ABC決定。 在圖1中，c、b、a是二進制控制輸入端，改變c、b、a的數(shù)值，翻譯8種狀態(tài)，選擇其中一個開啟投入產(chǎn)出。 “INH”為禁止端，“INH”=1時，各通道不導(dǎo)通，INH=0時，通道接通。 改變圖中的IN/OUT07以及OUT/IN的傳達方向，可以作為多路選擇器或逆多路選擇器使用。 表1 :單八路天線計程儀開關(guān)CD4051真值表、2.2.3放大器芯片LF353雙JFET輸入運算放大器、放大器芯片LF353雙JFET輸入運算放大器的大頭針如下圖5所示：圖5放大器芯片LF353雙JFET輸入運算放大器如下圖所示，74LS07在正向驅(qū)動元件中具有升壓功能，與此相

9、對，MC1413是反向驅(qū)動元件，驅(qū)動功能不同，因此正使用不同的電路。 電路的電流和電壓達不到需要的電路的電流和電壓時，需要驅(qū)動電路。 本系統(tǒng)在放大電路中選擇7407。 由于74ls 0.7具有正向驅(qū)動功能，所以兩級放大電路使用74ls 0.7來驅(qū)動4051。 左邊是74ls07大頭針圖，右邊是MC1413大頭針圖，2.3系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)是2.3.1主要模塊硬件設(shè)計，1 .單片微型計算機最小系統(tǒng)圖6單片微型計算機最小系統(tǒng)電路，該程序放大電路， 使用最小系統(tǒng)板的一部分8255和牛鼻子板，可以如前述圖6所示，通過8255C通訊端口讀取牛鼻子板，并由單片微型計算機來控制需要放大的倍數(shù)，因此，該最小

10、系統(tǒng)可被操作員計程儀，并由單片微型計算機來控制放大電路，從而實現(xiàn)正弦信號的放大。 2、可控增益放大電路的設(shè)計通常是以反相放大器或同相放大器為原型設(shè)計的可程序設(shè)計師放大器，因為可程序設(shè)計師放大器發(fā)生了千變?nèi)f化，但不能脫離三種基本類型：反相放大器、同相放大器和差動放大器，差動放大器實現(xiàn)程序設(shè)計師困難如下圖所示，左圖是反相放大器，右圖是同相放大器。增益方面，通過在反相放大愛情動作片Av=- R1/R同相放大愛情動作片=1R1/r，本稿中設(shè)計的可程序設(shè)計師放大電路采用同相放大器，其中，在模擬計程儀開關(guān)的導(dǎo)通電阻部分采用劃線咖啡師，能夠通過調(diào)節(jié)電阻來適當?shù)販p少誤差。 一次控制增益放大電路如下圖所示，放大

11、電路采用LF353運算放大器，其中U1為電壓跟隨器，可提高驅(qū)動能力，U2為放大器，放大倍率k=Rf/R1 1，所設(shè)計的三路放大倍率分別為1倍、3.16倍、1.0倍，即增益開關(guān)是為了選擇CD4051以可編程方式實現(xiàn)的，當處于相同時刻的電路導(dǎo)通時獲得相應(yīng)的增益，而Rx消除存在于電路中的無法消除的誤差(例如讀取電阻、模擬計程儀開關(guān)的電阻等)。 地圖1.0的一次控制增益放大器電路是這樣的二次程序設(shè)計師放大器，其實現(xiàn)040dB的電壓增益并且可逐步調(diào)整至10dB。 除一級外，通過級聯(lián)反應(yīng)連接相同一級的可控增益放大電路，選擇合理的信道即可實現(xiàn)040dB的可控電壓增益，二級原理與一級相同。 二級通過合理組合電

12、阻的電阻值和導(dǎo)通的通道，控制040dB的男同志數(shù)。 當男同志為040dB時，電源電壓為5V，與LF353直接耦合，因此，信號中若有一點直流成分，則經(jīng)過2階段的放大，會發(fā)生較大的平掌門人失真，因此，為了避免這種情況，在各階段的放大后追加電容(比較去除直流，通過次低頻)。 本系統(tǒng)在二段放大后加上電壓跟隨器輸出。 由于電壓跟隨器的輸入阻抗極高，加之天線計程儀開關(guān)的導(dǎo)通電阻對男同志的影響可完全忽略，所以各級的男同志完全依賴于所選的電阻。 在此，我們利用P1.0、P1.1控制第一級，利用P1.2、P1.3控制第二級，對P1通訊端口賦予不同的值，從而選擇不同的分支電路，控制放大電路而放大不同的倍數(shù)。圖1.

13、1的二次放大電路、2.3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計、1 .算法描述通過代入單片微型計算機的P1通訊端口的P1.0-P1.3，控制CD4051開關(guān)電路，選擇不同的放大倍率。 利用單片微型計算機最小系統(tǒng)的8255個PC通訊端口來控制牛鼻子板，實現(xiàn)其功能。 2 .理論計算(1)電壓跟隨器： Ui=Uo (2)同相比例放大器：Uo=(1 Rf/R1 ) Ui 3.實際測量結(jié)果和分析1 )向放大因子的測量放大器電路的信號輸入側(cè)輸入正弦信號，通過單片微型計算機控制4051和牛鼻子板來選擇放大器0dB-40dB，并且使用毫米波P1通訊端口被給予不同值，并且不同的開關(guān)電路被接通以控制不同的放大率。 2 )放大電路的電阻

14、的測量，基于同相比例放大器的公式，調(diào)節(jié)滑動變阻器可以得到比較合理的電阻值。 本設(shè)計選擇的引體向上電阻值為10k .圖1.2系統(tǒng)的主程序圖，2.5程序設(shè)計師雙放大器系統(tǒng)的應(yīng)用2.5.1程序設(shè)計師雙放大器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為以89C51為中心的典型最小系統(tǒng)。 在系統(tǒng)中作為模擬計程儀/數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用，以可程序設(shè)計師放大器為多路選擇器輔助，強調(diào)本文討論的重點，具體電路在此不解釋。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是對數(shù)據(jù)進行多次采樣。 由于程序設(shè)計師子放大器的放大率由實際采樣值的大小決定，所以在剛開始采樣時，PGA無法判斷需要放大多少。 倍率過小時會產(chǎn)生大的誤差，失去意義的倍率過大時會超過

15、搖鏡頭，容易導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。 決定放大率，必須由具體的信號大小決定。 使用可程序設(shè)計師放大技術(shù)，使收集的信號更接近現(xiàn)實值，減少量化誤差，提高采樣數(shù)據(jù)的可靠性和精準性。 特別是，微弱信號采樣能夠大大擴大量測儀器的動態(tài)測量范圍，因此使用程序設(shè)計師放大器收集信號幅度差異很大的復(fù)用數(shù)據(jù)有非常重要的意義。 2.5.2柱形放大技術(shù)在光柵干擾作用儀中的應(yīng)用，在光柵劃線機中，分度信號是用受光器對在光柵干擾作用儀中產(chǎn)生的干擾作用條紋進行變換的信號。為了提高分度基準的極限分辨率，在需要細分分度信號的云同步中，為了提高光柵劃線機的定位精度，需要利用細分脈沖控制電動機的分級調(diào)速。 光柵干擾作用計輸出的信號較小，不能直接利用。 因此，需要用前置放大器將其放大為47V的大信號，波形接近正弦波形。 當然在刻劃的整個過程中，前置放大后的信號的振幅可能會變化幾伏特而產(chǎn)生誤差，所以需要為了確保適當?shù)木榷m當?shù)刈兏娐贰?現(xiàn)在，在實驗性的格子刻劃過程中，成功地擴大和細分普拉姆計程儀。 由于計程儀程序控制花費時間，在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，程序設(shè)計師放大器的使用受到限制。 使用可程序設(shè)計師放大器，必須根據(jù)實際情況，合理選擇比較高速的微處理器和高速的A/D轉(zhuǎn)換器。 結(jié)論本文設(shè)計的可程序設(shè)計師放大器系統(tǒng)主要采用單片微型計算機最小系統(tǒng)，天線計程儀開關(guān)芯片CD4051和放大器芯片LF353。 其最小系統(tǒng)板