HEUB通用可变增益放大器(黑龙江省电子设计大赛省赛论文)(DOC可编).docVIP

通用可变增益放大器 摘要：本系统采用12位串行输入DA DAC8043和低噪声、精密高速运算放大器OPA627结合的方式，通过继电器的切换选择控制增益放大，准确的实现四档位选择性增益放大。可调指标达到了增益放大范围四档0.100—1.000，1.00—10.00，10.0—100.0，100.0—1000的优良效果。加入加法调零模块，最大限度地减小了放大器电路的零漂问题。系统整体通过键盘选择控制。经测试，各项指标良好，性能稳定。 关键词：可控增益放大 ；功率推动 1．设计题目及要求 1.1设计题目：通用可变增益放大器 1.2要求基本要求1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±3V； （2）放大器的电压增益可设为三档：0.10—1.00，1.0—10.0，10—100，放大器在同一档位时增益线性度不低于1%，分辨力不低于1%； （3）增益为100时，在DC—1MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%； （4）增益为100时、输入端短路，输出端电压值不超过±5mV； （5）输入端阻抗可开关设置为大于10M或50，并有过压保护能力； （6）放大器输出端阻抗可开关设置为50或0。 1.2.2 发挥部分 （1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±8V； （2）放大器的增益可设为四档：0.100—1.000，1.00—10.00，10.0—100.0，100.0—1000，放大器在同一档位时线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%； （3）增益为1000，在DC—5MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%； （4）放大器输出端阻抗为50，外接负载50，在DC—5MHz频段内，大信号输出时波形失真度小于2%； （5）增益为1000时、输入端短路，输出端电压值不超过±20mV； （6）整体电路成本低，电路工艺简单； （7）其他。 2.系统方案论证 2.1整体方案选择 方案一：选用程控放大PGA，此方案高速芯片比较少，档位有限，无法做到连续可调且寻找困难，价格成本昂贵。故不选用 方案二：选用模拟乘法器AD835的可实现变量W=XY+Z的线性特征，计划结合自动直流偏移调零模块实现放大器所需的可调放大功能。但实践过程发现AD835自身噪声系数较大。而测试过程中放大精度低。高频条件下出现大幅衰减现象，低频条件下小信号失真严重，性噪比低。整个过程难以调节，不利于整体模块的实现与性能的开发利用。故不采用 方案三：选用电压跟随稳定输入，串行输入DA DAC8043为增益控制核心的设计思路，利用DAC8043可实现增益放大与控制电压呈线性关系的特点，先通过键盘控制继电器对增益放大范围做出选择，再通过单片机控制DAC8043输出所需放大电压。由于DAC8043具有良好的增益控制、快速串行数据输入=知，当=50,=500时==-10；为稳定放大器性能由（，）知； 如图2所示，为10倍同相放大。由同相放大原理=知，当500，=56.2时=1+10.0；为稳定放大器性能由（，）知。 图1反相10倍放大电路 图2 同相10倍放大电路 4.系统硬件设计 4.1系统的总体设计 系统框图如上图所示，系统主要由四个模块构成：前级输入缓冲、可控增益放大、后级功率推动、单片机显示控制模块。系统增益调节分四档位，调节范围分别为0.100—1.000，1.00—10.00，10.0—100.0，100.0—1000。前级电压跟随输入，通过DA的选择线性放大。当选择可调增益范围为0.100—1.000倍时，通过键盘控制继电器选择，断开后所有的10倍增益放大电路，通过DAC8043的调节直接实现所需放大；当选择可调增益范围为1.00—10.00倍时，通过键盘控制继电器选择，断开第二级和第三级的10倍增益放大，通过DAC8043的调节实现所需放大；选择可调增益范围为10.0—100.0倍时，通过键盘控制继电器选择，断开第三级的10倍增益放大，通过DAC8043的调节实现所需放大；当选择可调增益范围为100.0—1000倍时通过继电器的选择，使后三级10倍增益放大同时接入，通过DAC8043的调节，实现所需放大。在输入、输出级通过开关的选择可选定不同的输入、输出端阻抗值大小。 4.2单元电路的设计 4.2.1输入输出阻抗设计分析 如图2所示，当J1断开时，由于输入端电压跟随本身输入阻抗相当大，故此时10M；当J1闭合时相当于电压跟随输入阻抗与并联， =50。 图3所示当J2断开时，=50；当J2闭合时被短路，0。 图2 输入端输入阻抗设计图