带宽增益连续可调通用前置放大器的研制.pptVIP

哈尔滨工业大学电气学院 哈尔滨工业大学电气学院 60M带宽增益连续可调通用前置放大器的研制 报 告 人：汪俊杰 项目组成员：汪俊杰 程爽 刘旭 所 在 学 院：电气工程与自动化学院 哈尔滨理工大学 内容提要 一.课题简介 1 二.目前进展情况 2 三.测试结果与分析 3 四.下一步工作与计划安排 4 一.课题简介 近年来，宽频带、高输入动态范围、高分辨力已成为现代电子测量仪器的发展趋势。本项目所设计的放大器作为信号调理电路不仅具有较高通频带宽，较宽的模拟信号输入范围，而且在各个量程内可实现增益连续可调等优点，可以作为数字化仪，示波器，高速数据采集系统，宽带频率计等测量仪器的模拟输入通道，具有很强的实用性和通用性。此外，研究高频宽带放大电路的频率特性补偿工作也具有一定的理论意义。 1.1 研究目标 本项目要设计并实现宽带通用前置放大电路，具体指标如下： 输入阻抗1M /50Ω可选； 信号耦合方式DC/AC可选； 基本量程-3db通带范围0-60MHz； 输入信号动态范围10mV-220V，并具有 过载保护功能； 调理后的输出信号范围0-2V； 在各量程内增益连续可调。 1.2 实现方案 本宽带放大器项目的研究内容主要包括以下几个部分：交直流耦合电路、宽带无源衰减网络、阻抗变换电路、程控增益调节电路、输出驱动级以及键盘显示电路等功能模块的设计与实现。 图1.1 整体方案框图 二.目前进展情况 （1）原理图设计完成 （2）PCB板绘制完成 （3）硬件系统焊接调试成功，并已制作成品样机 （4）软件系统编写完成，并实现软硬件整体工作 2.1 硬件部分 图2.1a调试现场 图2.1b 硬件电路 2.2 软件部分 图2.2 程序流程图 2.2 软件部分 图2.3a 主菜单界面 图2.3b 阻抗选择菜单界面 图2.3c 耦合选择菜单界面 图2.3d 增益设置菜单界面 三.测试结果与分析 测试条件及设备: 信号发生器： Agilent8714ET、Agilent33220A 示波器： Tektronix TDS3052B 万用表： Agilent34401A 直流稳压电源：SG1731SL2A 测试指标: 幅频特性 耦合效果 输入阻抗 波形质量 增益精度 3.1 幅频特性 通过图像容易看出在60M带宽内，曲线十分平滑。经过计算测量值得出，-3dB带宽在各增益下均达到了130M，在-40dB与-10dB之间达到了140M，在-50dB情况下更是达到了150M。通频带宽的预计指标已经超额完成 图3.1 各增益下的幅频特性曲线 3.2 耦合测试 输入：峰-峰值Vpp:400mV，偏置电压Voff:118mV 以上照片可以容易看出在直流耦合下，波形峰峰值在400mV左右，并且有一个120mV左右的直流分量。在交流耦合下，峰峰值仍在400mV左右不变，但是直流分量已经消除。显示耦合方式切换效果非常理想。 图3.2a 直流耦合 图3.2b 交流耦合 3.3 输入阻抗 档位 50Ω档 1M档 实测阻抗 49.98Ω 998K 相对误差 0.04% 0.2% 由数据可以看出，输入阻抗的相对误差非常小，精度完全符合标准 我们控制样机，使其输入阻抗分别设置成50Ω与1M，然后测得其输入阻抗入下表所示： 表3.1 输入阻抗 3.4 波形质量 在1MHz(三角波为200K)频率下分别输入峰峰值为400mV的四种波形，此时设置增益为10dB，测得输出波形如下图： 图3.3a 方波 图3.3b 三角波 图3.3c 脉冲 图3.3d 任意波 由图可见，各波形完整，在直流耦合下没有充放电现象，噪声小。其中图3.3a方波跳变沿陡峭，证明电路具有足够的带宽。图3.3b三角波线性度非常好，没有歪斜失真。可见电路对信号的质量提供了足够的保障。 3.5 增益精度 输入频率 1MHz 输入幅度 30mV 80mV 1V 5V 10V 10V 20V 20V 输出幅度 608mV 820mV 1.02V 504mV 264mV 108mV 106mV 54.4mV 设置放大倍数 20 10 1 0.1 0.025 0.01 0.005 0.0025 实测放大倍数 20.27 10.25 1.02 0.1008 0.0264 0.0108 0.0053 0.00272 相对误差 1.35% 2.5% 2% 0.8% 5.6% 8% 6%