【正文】 的一個(gè)工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（ IDE）； ，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個(gè)環(huán)境中完成，錯(cuò)誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你點(diǎn)擊編譯錯(cuò)誤時(shí)，光標(biāo)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤的那一行； INTEL HEX 格式 文件，該格式的文件可被大多數(shù)編程器所支持，用于下載到芯片中； 是一個(gè) 32 位的程序支持長(zhǎng)文件名。 Avr studio： avr studio 是 atmel 公司開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，其中編譯器為匯編器。支持調(diào)試，片上仿真，下載等功能。一般都是用 c 編譯器開發(fā)程序，然后用 23 avr studio 來(lái)仿真和下載。 系統(tǒng)軟件基于 STC 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) .程序流程圖如下圖所示： 系 統(tǒng) 初 始 化有 鍵 按 下 ？預(yù)置增益并顯示AD采樣電 壓有 效 值 顯 示A G C判 斷 鍵 值按 鍵 掃 描重 新 掃 描否是 圖 軟件流程圖 24 第六章 系統(tǒng)測(cè)試 測(cè)試使用儀器與設(shè)備 測(cè)試使用儀器與設(shè)備如表 61 所示。 表 61 測(cè)試使用儀器與設(shè)備 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 測(cè)試方法 將各部分電路連接起來(lái)，先調(diào)整 0dB，使輸出信號(hào)幅度和輸入信號(hào)幅度相等。接上 50Ω的負(fù)載電阻進(jìn)行整機(jī)測(cè) 試。 測(cè)試結(jié)果與分析 （ 1）輸入阻抗：電路的設(shè)計(jì)保證輸入阻抗大于 50Ω電阻，滿足題目要求。 （ 2）輸出電壓有效值測(cè)量：輸入加 100kHz 正弦波，調(diào)節(jié)電壓和增益測(cè)得不失真最大輸出電壓有效值為 ～ ，達(dá)到題目大于 6V 的要求。 （ 3）輸出噪聲電壓測(cè)量：增益調(diào)到 58dB，將輸入端短路時(shí)輸出電壓峰峰值序號(hào) 名稱、型號(hào)、規(guī)格 1 WYB302B2 直流穩(wěn)壓電源 2 GOS6112 雙通道模擬示波器 3 GDS2046 四蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波器 4 EE1412 合成（ DDS）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 5 LA1032 邏輯分析儀 6 BT3D 頻率特性測(cè)試儀 25 為 300mV 左右。滿足輸出噪聲電壓小于 的要求。 （ 4）頻率特性測(cè)量：增益設(shè)為 40dB 檔，輸入端加 10mV 正弦波，由于信號(hào)源 不能保證不同頻段的 10mV 正弦波 幅度穩(wěn)定，因此每次測(cè)量前先調(diào)節(jié)信號(hào)源使得輸入信號(hào)保持在 10mV 左右，再測(cè)量輸出信號(hào)。測(cè)試的數(shù)據(jù)如表 62 所示。 表 62 頻率特性測(cè)試數(shù)據(jù) 頻率（ kHz） 0 5 100 10 20 40 50 60 增益（ dB） 頻率（ kHz） 90 100 200 300 400 500 600 800 輸出RMS(V) 增益（ dB） 由表 62 數(shù)據(jù)可以得到， 3dB 通頻帶在低頻端達(dá)到了 1KHz，高頻端在 20MHz以上，由于信號(hào)源無(wú)法產(chǎn)生大于 20MHz 的信號(hào)故無(wú)法測(cè)量，從 5MHz 以上增益的趨勢(shì)來(lái)看最終通頻帶高頻端應(yīng)大于 20MHz，比較符合后級(jí)功率放大器的理論高頻截止頻率 25MHz。在 20kHz～ 5MHz 頻帶內(nèi)增益起伏≤ 。 （ 5）增益誤差測(cè)量 :輸入端加有效值為 10mV，頻率為 1MHz 的正弦信號(hào)，保持幅度穩(wěn)定，然后預(yù)設(shè)增益值測(cè)量輸出信號(hào)來(lái)計(jì)算增益誤差 。測(cè)試的數(shù)據(jù)如表 63所示。 表 63 增益誤差測(cè)試數(shù)據(jù) 預(yù)置增益 (dB) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 輸出 RMS（ mV） 127 254 502 1010 1982 3953 7451 實(shí)際增益（ dB） 35 增益誤差（ dB） + + + + 由表中可以看出增益誤差在 之內(nèi)，頻率較高時(shí)，隨著 輸出電壓的增大，增益有下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)楹蠹?jí)功放管工作狀態(tài)即將接近飽和，通過提高后級(jí)電源電壓可以使增益更加穩(wěn)定。 擴(kuò)展功能中的增益步進(jìn) 1dB 也達(dá)到了，且增益是從 0～ 80dB 可調(diào)。 0dB 放大是后級(jí)功放的調(diào)零點(diǎn) ,需事先校正，所有大于 0dB 的增益都以 0dB 為基準(zhǔn)。 測(cè) 58dB 以上的增益時(shí)，以 10mV 輸入會(huì)使輸出飽和，故采用固定輸出的方法：給定增益，然后減小輸入信號(hào)，使得輸出信號(hào)有效值保持為 ，再計(jì)算增益。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表 64 所示： 26 表 64 高增益測(cè)試數(shù)據(jù) 預(yù)制（ dB） 58 60 63 66 70 73 76 80 ViRMS(mV) 無(wú)法測(cè)量 增益（ dB） 從變化趨勢(shì)來(lái)看，放大 80dB 誤差應(yīng)該小于 2dB，滿足題目要求。從整體來(lái)看，我們?cè)O(shè)計(jì)的放大器增益為 0～ 80dB，步進(jìn) 1dB， 60dB 以下增益誤差≤ 。 （ 6）自動(dòng)增益控制（ AGC）測(cè)量：將放大器切換到 AGC 模式，改變輸入信號(hào)電壓，觀察輸出信號(hào)并記錄輸出電壓。設(shè)定 AGC 輸出電 壓范圍 ～ ，把輸入信號(hào)調(diào)到 1MHz，把有效值從 1mV 起往上調(diào)，測(cè)量輸出電壓有效值。測(cè)試數(shù)據(jù)如表 65 所示。 表 65 AGC 控制測(cè)試數(shù)據(jù) 輸入 RMS 1mV 10mV 100mV 1V 2V ＞ 2V Vorms(V) 削波 增益（ dB） 74 54 14 10 8 8 從表 65 可以看出輸入信號(hào)從 1mV 變化到 2V，輸出信號(hào)變化范圍不超過，當(dāng)輸入信號(hào)有效值大于 2V 時(shí)，輸入保護(hù)電路開始起作用，輸出 端得到的是畸形的正弦波，故無(wú)法測(cè)量到增益為 0 的情況。 輸入信號(hào)變化范圍為 20 log[2021/1]=66(dB) 輸出信號(hào)范圍為 20 log[]=0(dB) 所以得到 AGC 范圍為 660＝ 66dB。 誤差產(chǎn)生原因 我們測(cè)量的誤差主要來(lái)源是電磁干擾，由于試驗(yàn)場(chǎng)地有許多電腦和儀器使用開關(guān)電源，電磁噪聲很大，所以測(cè)量輸入端短路時(shí)的噪聲電壓時(shí)隨輸入短接方式不同而有很大的誤差。 設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到的問題 整個(gè)系統(tǒng)偏重了模擬設(shè)計(jì)，數(shù)字控制簡(jiǎn)單，控制部分主要是基于 MSP430F449進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)沒有遇到純數(shù)字控制上的問題。在模擬設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到的問題比較多，需要一一考慮清楚，采用合理的方法解決。本系統(tǒng)為寬帶放大，需要考慮 27 增益帶寬積的問題，還有放大器的穩(wěn)定對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要?？刂仆◣?nèi)的增益起伏，尤其是本系統(tǒng)是一個(gè)直流放大器，直流零點(diǎn)漂移是一個(gè)較難解決的問題，在這個(gè)問題的解決上我們都學(xué)到了很多東西，特別是在對(duì)一個(gè)不確定的電路參量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用絕對(duì)的地作為參照，這樣在任何情況之下都是成立的，并且可以衍生出以地為參照的各種準(zhǔn)確的參照。然后依據(jù)這樣的方法， 我們實(shí)現(xiàn)了在不同時(shí) 間溫度情況下能隨時(shí)數(shù)控自我校準(zhǔn)的功能。 帶寬增益積 帶寬增益積是指放大電路通帶電壓增益與通頻帶的乘積。 對(duì)電壓反饋型運(yùn)放，帶寬增益積是一個(gè)常數(shù)。典型的電壓反饋型運(yùn)放構(gòu)成的同相放大電路的增益可用 A 表示： A (w ))RR(111 RR1A gf gf??? ?? （ 61） 其中 A(w)為開環(huán)增益，是隨頻率增加而減小的函數(shù)； fR 為反饋電阻， gR 為接在反相輸入端到地的增益電阻。當(dāng) ? ? ? ? 1w/A/RR1 gf ?? （ 62） 時(shí)，頻率為 3dB 頻率 dBf3 ， 閉環(huán)增益 )RR(1 gf? 越大， dBf3 越小。 對(duì)電流型反饋型運(yùn)放，帶寬增益積并不為常數(shù)。其頻率 B3df 由反饋電阻 fR 決定，即電流反饋型運(yùn)放的頻率特性幾乎不受閉環(huán)增益的影響。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大電壓增益≥ 60dB，通頻帶最大達(dá)到 10MHz，由于電壓增益和通頻帶都很大，則要求的帶寬增益積就更大。實(shí)際不可能會(huì)具有這么大的帶寬增益積的運(yùn)放，因此應(yīng)該設(shè)計(jì)為多 級(jí)放大。每一級(jí)放大設(shè)計(jì)時(shí)，若選用電流型運(yùn)放，首先要選取合適的 fR ，再根據(jù)放大倍數(shù)的設(shè)計(jì)選取 gR ；若選用電壓反饋型運(yùn)放，則在放大倍數(shù) (即閉環(huán)增益 )確定時(shí)，要考慮其帶寬增益積足夠大。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中， 要根據(jù)通頻帶 (5MHz 或 10MHz)和放大倍數(shù)來(lái)考慮整個(gè)放大系統(tǒng)的增益帶寬積。 通頻帶內(nèi)增益起伏控制 由于各器件的幅頻特性以及濾波器的 幅頻特性不平坦等多種因素，系統(tǒng)通頻帶內(nèi)增益會(huì)出現(xiàn)起伏。如 AD603 的頻率響應(yīng)特性有一個(gè)增益尖峰，調(diào)節(jié) AD603 28 的腳 5 和腳 7 間的電阻可以使增益變化范圍進(jìn)行平移。該電阻選取合適時(shí)，將增益尖峰調(diào)節(jié)在 10MHz 之后，在 10MHz 通頻帶以內(nèi)，保證 AD603 構(gòu)成的前級(jí)放大電路輸出信號(hào)幅度平坦。后級(jí)程控放大和功率放大，選取各參數(shù)指標(biāo)（如增益帶寬積、擺率、失調(diào)電流、失調(diào)電壓、溫度系數(shù)等）滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的運(yùn)放，使信號(hào)調(diào)理時(shí)在 10MHz 以內(nèi)幅頻特性平坦。再通過無(wú)源橢圓濾波器實(shí)現(xiàn)題目要求的 5MHz 和 10MHz 的 3dB 截止頻 率。 橢圓函數(shù)濾波器在有限頻帶上既有零點(diǎn)又有極點(diǎn)，極零點(diǎn)在通帶內(nèi)產(chǎn)生等紋波，通頻帶內(nèi)出現(xiàn)增益起伏。橢圓濾波器的通帶波紋與反射系數(shù) ρ 之間的關(guān)系為：將 ρ 減小，通帶 dBR 踢波紋會(huì)減小。可根據(jù)通帶 )rlg(110R 2dB ??? （ 63） 內(nèi)的紋波特性，將 AD603 的控制電壓通過軟件作一擬合曲線，調(diào)整 AD603的控制電壓進(jìn)一步減小紋波帶來(lái)的增益起伏。但這樣需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻才能得到對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)上的調(diào)整控制電壓，會(huì)同時(shí)增加硬件和軟件的復(fù)雜性。因此，本系統(tǒng)將橢圓濾波器的通帶紋波設(shè)計(jì)得盡量小，使?jié)M足通頻帶增益起伏續(xù)≤ 1dB 的題目要求。 抑制直流零點(diǎn)漂移 零點(diǎn)漂移是直流放大器直流工作點(diǎn)的漸進(jìn)的慢變化。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，電路中任何元器件參數(shù)的變化，供電電源的波動(dòng)，都會(huì)造成輸出電壓的漂移， 但主要因素還是溫度的影 響。零漂是一種不規(guī)則的緩慢變化，增益越大，放大級(jí)數(shù)越多，在輸出端出現(xiàn)的零漂現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此主要考慮放大電路第一級(jí)零漂的抑制。 前級(jí)放大器 AD603 后面接入一級(jí)放大器作為調(diào)零放大器，將本直流放大器輸入短路，以 步進(jìn)控制 AD603 的增益，不斷采樣 AD603 的輸出直流偏置電壓，并通過單片機(jī)控制 D/A 轉(zhuǎn)換器在調(diào)零放大器的調(diào)零端加入對(duì)應(yīng)的校正電壓， 使這個(gè)直流偏置電壓驅(qū)動(dòng)到零，從而很大程度上抑制了直流零點(diǎn)漂移。 后級(jí)放大電路中，應(yīng)盡量采用低溫漂運(yùn)算放大器，如后級(jí)采用了 OPA690、OPA69 THS3001 和 THS3091，它們者懼有較低的失調(diào)電流和失調(diào)電壓，但屬于高速運(yùn)放，失調(diào)電壓溫漂系數(shù)不一定都很小，如末級(jí)功放采用的一 THS3091 其 29 失調(diào)電壓溫漂為 CV/10 ?? ? ，因此在一些運(yùn)放輸入端采用了電位器調(diào)零措施，而且對(duì)功放還安裝了小風(fēng)扇進(jìn)行散熱來(lái)抑制溫漂。 放大器穩(wěn)定性 放大器要達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定 , 放大器不僅不能同時(shí)接近自激振蕩條件： ??? 180jT和 0dBT20lg ? 而且要留有適當(dāng)?shù)母辉Ａ?。富裕量越大放大器愈不易產(chǎn)生自激振蕩，但設(shè)計(jì)也就越困難，對(duì)放大器所使用的元器件的要求更嚴(yán)格。 不良接地和不充分的供電電源濾波、大容量容性負(fù)載、輸入雜散電容的影響、前沿校正 (補(bǔ)償 )和高頻噪聲都對(duì)運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性有影響。一些高速運(yùn)放只有在增益大于 5 或更大時(shí)才會(huì)穩(wěn)定。 本系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。通過電源旁路電路增加電路的穩(wěn)定性，許多電源和地之間使用 10μ F 的電容再并聯(lián)一個(gè) F 的陶瓷電容。每一級(jí)輸出端增加 了一個(gè)串聯(lián)電阻，減小負(fù)載容性影響。可在反饋電阻上并接一個(gè)反饋電容，構(gòu)成超前相位補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償輸入雜散電容的影響。 同時(shí)本系統(tǒng)的橢圓濾波器抑制了高頻噪聲，也加強(qiáng)了放大器的穩(wěn)定性。 30 第七章 結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)在發(fā)揮部分之外，增加了語(yǔ)音自動(dòng)播報(bào)增益，頻率等功能，同時(shí)利用ATMEGA16 的捕獲功能實(shí)現(xiàn)了高精度頻率測(cè)量，精度高達(dá)幾百 HZ。 本系統(tǒng)采用可編程增益放大器 AD603，實(shí)現(xiàn)了增益連續(xù)可調(diào)，在 09Mhz 帶寬范圍內(nèi)增益起伏≤ 1dB；同時(shí)，輸出電壓在一定范圍內(nèi)，波形無(wú)明顯失真。自制的基于 DC/DC 的