宽带直流放大器的设计报告.doc

宽带直流放大器的设计 摘要：宽带直流放大器在科研和测量仪器中具有重要作用，本设计以可编程增益放大器VCA822、12位串行D/A芯片DAC7611和TI公司的MSP430F149单片机为核心，设计一种可编程控制电压增益的宽带直流放大器。宽带直流放大器的电压增益从0dB到60dB，可以通过按键手动连续调节，输出电压有效值从5mV到12V，控制误差不大于5%，放大器带宽达到10MHz。最大输出电压正弦波有效值V≥10V，输出信号波形无明显失真。在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VNPP≤0.3V。放大器所用的直流稳压电源D/A；A/D；可编程。 1.作品简介 本设计以VCA822、MSP430F149、DAC7611芯片构成的电路为核心，加上峰点检测电路，滤波放大电路，功率放大电路，按键控制电路，显示电路模块，以实现对宽带直流放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制并显示。 宽带直流放大器的电压增益从0dB到60dB，可以通过按键手动连续调节，输出电压有效值从5mV到12V，控制误差不大于5%，放大器带宽达到10MHz，在0到9MHz通频带内增益起伏小于等于1dB。 最大输出电压正弦波有效值V≥10V，输出信号波形无明显失真在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VNPP≤0.3V。所设计的放大器所用的直流稳压电源2.方案设计 2. 1方案论证与选择 本设计采用程控的方法对宽带直流放大器的电压放大倍数进行准确控制，同时也能够在当输入电压在一定的范围内变化时输出电压进行自动稳幅。由于要实现对该宽带直流放大器的电压增益可调的目的，经过分析，电压增益可控制部分的设计得到如下的三种方案。 方案一：利用场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管的分压的这个原理。控制场效应管可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移都会引起分压比的变化。用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。 方案二：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压， 此时D/A为一个程控衰减器，因此要求D/A的速度够快、精度够高，故难以实现。而且控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。 方案三：直接选取可调增益的芯片实现，如VCA822。由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外VCA822能提供由直流到130MHz以上的工作带宽，可得到40dB以上的电压增益，通过后级放大器放大输出。这种方法的优点是电路集成度高、控制方便、易于数字化用单片机处理。综合以上考虑，所以选择方案三。 2. 2 理论分析与计算 2．2．1 电路带宽增益积的计算 VCA822增益控制电路的电压增益设为AV1，后级功率放大电路的电压增益为AV2，则总设计电路的电压增益AV=AV1*AV2。闭环跟踪模块对总设计电路的电压增益有一定的调整作用，对该电路起到稳定输出的作用。 设计电路为宽带直流放大效果，所以该电路的通频带应该是从0-fmax,电路的通频带BW=fmax。则该电路的带宽增益积AV*BW=AV1*AV2*BW。 2.2.2 增益控制放大器电路实现 该宽带直流放大器的核心部分是电压增益控制放大器，电压增益控制放大器原理框图如图2-1所示，放大器增益取决于增益控制电压VG的大小。 图2-1 电压增益控制放大器原理框图 本设计使用VCA822构成的增益控制放大器电路，VCA822是德州仪器 (TI) 宣布推出的集成宽频带可变增益放大器产品系列。它能够为设计人员提供高度灵活的带宽、增益与模拟输入电压组合，从而能够满足各种应用的设计需求，其中包括自动增益控制 (AGC) 以及电压可调滤波器。VCA822是宽带、电压控制增益可变放大器，最高频率达150 MHz，工作电压±5v。 VCA822构成的增益控制放大器的典型应用电路见图2-2。VG是控制电压的输入端，其控制电压范围为-1～+1V。电压放大倍数表达式为：G=2*(Rf/Rg)*(VG+1)/2 ,在该电路中Rf为R4，是可变电阻器，最大阻值为1K。Rg为R2，阻值为51欧。在Rf和Rg一定的情况下，该控制放大器的电压增益通过VG电压来控制，可以通过控制Rf的大小，来适当的调整该电压放大器的电压放大倍数。 图2-2 增益控制放大器电路 2.2.3 VG控制电压的产生 可采用D/A来产生控制电压VG，原理框图如图2-3所示。 图2-3 D/A产生控制电压VG原理框图 D/A 转换选用TI 公司的DAC7611。DAC7611为串行输入的12 位数/模转换芯片，输出电压范围是0V～+1V，工作电压是+5V，2.435V内部