基于89S52宽带直流放大器

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宽带直流放大器(C题)所获奖项:国一参2.系统总体框图图一3.一叫)+儿% = ?(_比。_耳)+耳=_字 +号宽带直流放大器(C题)(-)系统总体设计 1?系统总体方案根据题目要求,本系统总共分为四大部分:第…部分输入信号放大模块通过0PA2690双 运放实现对有效值lOmV输入小信号放大10dB的功能,使输入信号有效值达到30. 16mVo第 二部分为分档滤波模块,题目耍求放大器带宽可预置,至少得设计5MHz, 10MHz两个低通 滤波器,我们分别设计了 5MHz, 10MHz的LC巴特沃兹低通滤波器,通过单片机控制继电器 可以切换档位以达到分档滤波功能。第三部分为-40dB?40dB的程控放大,一级VCA810理 想情况下放大可达-40dB?40clB,但考虑到外界环境的影响和系统的稳定性,我们设计两级 VCA810级联的形式来得到-40dB?40dB的放大,而且在其频率带宽范围内,可以保证其幅 频曲线稳定,为后级的功率放大电路稳定提供了保证。最后一部分是功率放大器,我们采 用运放THS3001,其压摆率高,且能支持±15V的供电,最具特色的是我们采用浮电源技术 将输出的电压扩压,再利用场管实现其输出电流扩流,就能实现功率到达2WO通过单片机 AT89S52控制既实现了放大器带宽和电压增益Av可预置并显示又降低了整个系统的成本。 本系统效率高,成本低,工作可靠稳定。理论分析及计算3.1集成运放扩压电路原理集成运放扩压电路如图二所示。当输入信号Vi为0时,输出信号Vo也为0。两个二极 管的VB1=+15V,VB2=-15V,集成运放的正负电源端分别为+14. 3V和-14. 3V,它之间压差为28. 6V,加入信号Vi后,两二极管基极电位分别为:比-入=(%-恤)-(%-忸用(警+号)-(-字+却=忌=30刃与Vi为0吋的静态情况几乎…样,但经扩压后,Vo输出可以达到±24V。通过浮电源技术我 们可以实现输出电压的扩压。图二 集成运放扩压电路3. 2带宽增益积(GBP)带宽增益积是衡量放人器性能的一个参数,这个参数表示的是增益和带宽的乘积,即 GDP=A^BH\根据整个系统,最大电压增益为+60dB,也就是+1000V/V,带宽为10MHz,根 据上式可得整个系统的最大带宽增益积为lOGHzo3?3通频带内增益起伏控制随着频率的增高,放人器的增益会随之下降,可以通过补偿电容来添加极点,进而实现 相位补偿和增益补偿,这样就可以将放大器的增益在通频带内的起伏控制在最小范围内。3. 4抑制直流零点漂流零点漂移现象是输入电压为零但输出电压不为零的现象,其产生的主要原因是温度漂 移使得半导体元器件的参数变化,致使输出电压不为零。抑制零点漂移的方法有:(1)利用超 级伺服电路将零点漂移强制拉回零,但此方法不能放人直流信号.(2)采用温度补偿的方法, 利用热敏元件来抵消放大管的变化,但效果不明显。(3)采用加入直流偏置调节零偏,此方 法可以放大交流?我们则是釆用方法(3)。3. 5放大器稳定性放大器的稳定性是指放大器在其带宽范围内幅频曲线的稳定性。提高放人器的稳定性,可以采用相位提前补偿的方法,增加其零点,抵消极点来实现。4. 硬件电路设计以及方案比较1. 前级输入信号放大模块按题目要求对10诃有效值以下的小信号经行放大,要求对信号的干扰要小,所以必须 采用一定方法减小对釆集信号的干扰。采用以下几种方法:1. 前级采用低噪声高共模抑制比运放0PA2690,最小可放大lmV有效值信号。2. 可采取对前级加屏蔽盒,减少外界环境电磁波干扰。3. 采用光电耦合器将送给DA0832以及继电器的数字信号与模拟信号彻底隔离,减小数 字电路噪声对模拟放大的干扰,电路如图三。vssGNDOUT图三前级输入信号放大电路2. 程控放大模块由于题目要求放大范围在OdB?60dB可调放大,必须采用程控增益放大的方法,并且 动态变化范围有60dB,而题目又耍求输出幅度达到10V有效值,并驱动50欧姆负载,使得 最后一级放人倍数固定,因此必须对前级放人的信号经行一定的衰减才能够达到OdB输出。对于程控放大有以下几种方案:方案…:用两级AD603实现-40dB?40dB的程控放大。此方案虽然简单,但由于放大频 率范围从直流到15MHz,使得放大器输入失调电压要小,而AD603输入失调电压可达30mv, 并冃随放大倍数不同而不同,再经过后级放大直流漂移显得严垂。方案二:采用高速低零偏的放人器,加D/A转换电阻网络构成AD603程控放人原理。 此方法可以有效解决失调电压问题,但电路实现对放大器及D/A转换器要求均较高。方案三:用两级VCA810级联实现-40dB?40dB的程控放大。VCA810具有低失调电压, 一级放大倍数最大范围可达-40dB?40dB,并且外围电路简单。但由于单级放大倍数过大容 易引起自激,故两级级联放大。方案比较:方案一虽然简单,但不适应直接耦合方式的放人器屯路。方案二虽然效果较 好,但实现有一定难度。方案三虽然需要两级级联,但放大效果好,电路简单,并且可提 升空间大。3. 功率放大模块方案一:用BUF634来实现功率放人。方案二:利用集成运放扩压和MOSFET实现扩流来实现放大。方案比较:方案…屮,虽然BUF634外围电路简单,容易实现,但BUF634的最大输出功率为 1. 8W,达不到题目发挥部分2W的要求;方案二中,该方案虽然实现较为麻烦,但是成本低廉, 效果较好,故采用方案二。4. 自制电源模块方案…:采用开关电源。方案二:采用线性稳压电源。方案比较:由丁开关电源制作虽然效率高但需花费时间较多,并冃纹波较大,故采用制作 简单的线性稳压电源。并且要求电源在正负30V附近。5. 分档滤波模块为了实现放大器带宽可设置,设计了两路滤波器,使得放大器带宽分别为5MHz和10MHz, 通过单片机控制继电器来切换档位以得到不同带宽的幅频曲线。6. 单片机及液晶显示模块由丁控制与处理部分较为简单,使用AT89S52完全可以实现功能,液品显示采用1602.7. 软件设计流程系统软件流程图(二)制作及调试1.集成运放扩压电路在实际制作吋发现虽然THS3OO1的压摆率足够高,但是实际情况下在10MHz附近改 电路便产生自激现象,芯片温度迅速上升,工作进入不稳定状态,这不是我们所想要的。 为解决自激,使得放大器工作在更高的频率,工作更稳定,必须加入相位补偿和做好电源 退耦,如图二所示,C1,C2为屯源退耦屯容C3,C4为相位补偿屯容,R为减小容性阻抗带来 自激的电阻。图中各值为实际调试时不断更换试出的最佳值,最终工作频率达到15M依然 工作稳定,带内衰减很小。2 ?前级放大电路及程控放大电路由丁本系统耍把输入信号放大60dB,所以前级的低噪声就显得尤为垂耍。实际调试中 发现,前级如果有lmV的波
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