【正文】 1DSRG8 8U2 DPY_7SEGRXDTXDTXD+5V +15V 15V 5VVCC VCC VCC VCCVCCVCCVCCVCCVCC附錄 2 程序ORG 0000HADDATA BIT 。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一段字句，都有我的勞動。致 謝經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《寬帶功率放大器》的論文。為此，我對設(shè)計(jì)一個完整的電子產(chǎn)品件的步驟、方法及思路有了一個全新的認(rèn)識。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我學(xué)習(xí)到最多的還是電子方面的知識（是在以前的學(xué)習(xí)過程中所學(xué)不到的） ，但由于自己的理論知識水平有限，實(shí)踐知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過程中難免存在一些問題，甚至錯誤。在軟件開發(fā)方面也累積了一些經(jīng)驗(yàn)，特別是在對軟件開發(fā)工具不很熟悉的情況下，通過自己的學(xué)習(xí)和導(dǎo)師的指導(dǎo)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。所測的主要結(jié)果如表 65。我們認(rèn)為更換標(biāo)準(zhǔn)信號源后，系統(tǒng)性能會更好。僅理論上講，該電路的抗干擾措施比較好，在 1KHz～20MHz 的通頻帶范圍和 0～80dB 增益范圍內(nèi)都沒有自激，應(yīng)該說，已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)的要求，但在具體的制作過程中，可能會存在一些不足，所以說我們要盡最大努力去減少干擾。在增益控制部分和后級功率放大部分也都采用了此方法。2. 電源隔離，各級供電采用電感隔離，輸入級和功率輸出級采用隔離供電，各部分電源通過電感隔離，輸入級電源靠近屏蔽盒就近接上 1000uF 電解電容，盒內(nèi)接高頻瓷片電容，通過這種方法可避免低頻自激。本系統(tǒng)就是采用 AD603 來實(shí)現(xiàn)放大功能的，但是在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中 AD603 對于實(shí)現(xiàn)此功能還存在著一些差別，所以我們要通過單片機(jī)來輔助 AD603 實(shí)現(xiàn)。這樣我們就擁有一個比較理想的電源系統(tǒng)。首先我們利用變壓器將市電的 220V 交流電轉(zhuǎn)變成有效值為 9V 和 18V 的交流電。由于是信號頻率在兆級的小信號放大器，電源的穩(wěn)定性決定著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以要求電源輸出穩(wěn)定，紋波小。這類 A/D 速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換原理和性能指標(biāo)等方面有很大的差異。VFC 型 ADC輸出的脈沖信號，幾乎不需要控制線，所以只要一個隔離元件。從目前光電耦合器來看，可選用線性耦合器件的品種很少，而且線性度和溫度穩(wěn)定度仍然不是很理想，因此附加了模擬通路的誤差，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度下降。另一方面，在某些場合，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，模擬信號來自工業(yè)現(xiàn)場，遠(yuǎn)離主機(jī)，因此在模擬信號傳輸線上很容易受到現(xiàn)場的干擾，包括尖峰干擾，這些干擾雖然對低頻模擬信號的影響并不大，但對數(shù)字電路，尤其是微機(jī)系統(tǒng)危害極大，可能造成系統(tǒng)運(yùn)行錯誤。使用 12 位串行 A/D 芯片 ADS7816（便于測量真有效值和峰值）和12 位串行雙 D/A 芯片 TLV5618。我們將反饋回路用電容串聯(lián)接地，加大直流負(fù)反饋，但這會使低頻響應(yīng)變差，實(shí)際上這樣做只是把通頻帶的低頻下限頻率從 DC 提高到 1kHz，但電路的穩(wěn)定性提高了很多。 功率放大部分電路如圖 44，參考音頻放大器中驅(qū)動級電路，考慮到負(fù)載電阻為 600Ω，輸出有效值大于 6V，而 AD603 輸出最大有效值在 2V 左右，故選用兩級三極管進(jìn)行直流耦合和發(fā)射結(jié)直流負(fù)反饋來構(gòu)建末級功率放大，第一級進(jìn)行電壓放大，整個功放電路的電壓增益在這一級，第二級進(jìn)行電壓合成和電流放大，將第一級輸出的雙端信號變成單端信號，同時也提高了帶負(fù)載的能力，如果需要更大的驅(qū)動能力，則需要在后級增加三極管跟隨器，實(shí)際上加上跟隨器后，放大器的通頻帶將急劇下降，原因是跟隨器的結(jié)電容被等效放大，當(dāng)輸入信號頻率很高時，輸出級直流電流很大而輸出信號則很小。該部分采用 AD603 典型接法中通頻帶最寬的一種，如圖 42 所示，通頻帶為90MHz，增益為－10～+30sB。其輸入阻抗大于 。利用單片機(jī)及數(shù)字算法控制信號得到合理的前級放大和精確的放大倍數(shù)。但若要用放大倍數(shù)來表示增益的話，則需將放大倍數(shù)經(jīng)過復(fù)雜的對數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為以 DB 為單位后再去控制 AD603 的增益，這樣在計(jì)算過程中就引入了較大的運(yùn)算誤差，所以我們盡最大可能去改進(jìn)，從而避免誤差。我們的目的是保證在 AGC 的可控區(qū)內(nèi)，利用從輸出端取得的反饋電壓，控制放大器的增益，使輸出基本保持不變，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。為了較好的解決這個問題，可使用自動增益控制電路。此方案硬件易實(shí)現(xiàn)，并且 8MHz 以下的時候測得的有效值的精度可以保證，在我們設(shè)計(jì)要求的通頻帶 10kHz～6MHz 內(nèi)精度較高。 方案三采用集成真有效值變換芯片，直接輸出被測信號的真有效值。 測量有效值部分 方案一利用高速 ADC 對電壓進(jìn)行采樣，將一周期內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)并計(jì)算其均方根值，即可得出電壓有效值： （21）此方案具有抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)試?yán)щy，高頻時??niiUN12采樣困難而且計(jì)算量大，從而增加了軟件難度?？墒穷}目要求輸出 6V 以上有效值，而在電子市場很難買到這樣的芯片，而我們買到如 AD811，HA2539 等芯片，雖然輸出幅度能滿足要求，但是很容易發(fā)生工作不穩(wěn)定的情況。 后級放大器由兩片 AD603 級連構(gòu)成的前級放大電路，對不同大小的輸入信號進(jìn)行前級放大。使用了多種抗干擾措施以減少噪聲并抑制高頻自激。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高，條理較清晰，控制方便，易于數(shù)字化用單片機(jī)處理。但 AD7520 對輸入范圍有要求，具體實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，而且轉(zhuǎn)化非線性誤差大，帶寬只有幾 KHZ 不能滿足頻帶要求。 方案二為了易于實(shí)現(xiàn)最大 60dB 增益的調(diào)節(jié)，可以采用 D/A 芯片 AD7520 的電阻權(quán)網(wǎng)絡(luò)改變反饋電壓進(jìn)而控制電路增益。為了滿足增益 60dB 的要求，可以采用多級放大電路實(shí)現(xiàn)。由于有了這些阻抗元件，使得寬帶放大器對于不同頻率的信號的增益不同，從而引起頻率失真；而相位失真是由于輸入輸出之間相位移動引起的。也就是說它必須忠實(shí)地傳輸被放大的信號。為了全面衡量放大器的質(zhì)量指標(biāo)，常需要考慮放大器的增益帶寬積, 帶寬積越大，寬帶放大器的質(zhì)量越高。 增益寬帶放大器的增益應(yīng)足夠高。 寬帶放大器的技術(shù)指標(biāo) 通頻帶通頻帶是寬帶放大器的基本指標(biāo)。不同用途的寬帶放大器，其電路形式是有所不同的。寬頻帶放大器，從技術(shù)上講，比一般低頻放大器要求高。若設(shè)備的中頻選為 70MHz，則相對通頻帶達(dá) 30％左右。再如就是，在 300MHz 的寬帶示波器中，Y 軸放大器需要具有 0～300MHz 的通頻帶。本系統(tǒng)中，前級主要由兩級 AD603 連接，前邊加 OPA642 作前級跟隨，同時在輸入端加上二極管過壓保護(hù)電路，后級主要由一些分離元件組成，再加單片機(jī)控制電路。最大增益≥40dB，增益調(diào)節(jié)范圍10～40dB （增益值 6 級可調(diào)，步進(jìn)間隔 6dB 增益預(yù)測與實(shí)測誤差絕對值≤2dB） ，需顯示預(yù)測增益值。70 年代末至今，晶體管功率放大器得到了淋漓盡致的發(fā)揮，設(shè)計(jì)形式已相當(dāng)多，這一切都為集成電路功放技術(shù)設(shè)計(jì)鋪平了道路。到了 60 年代末 70 年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、多功能的特點(diǎn)開始在音頻功率放大器上廣泛應(yīng)用。 自威廉遜的論文發(fā)表后 4 年，美國《Audio》雜志刊登了把超線性放大器經(jīng)過適當(dāng)變形后與威廉遜放大器相結(jié)合的電路?，F(xiàn)在，讓我們伴隨著音響的發(fā)展來看看放大器的發(fā)展吧。而高頻放大器是上述通信系統(tǒng)和其它電子系統(tǒng)必不可少的一部分。在前級放大電路中，用寬帶可控增益運(yùn)算放大器AD603 兩級級聯(lián)放大輸入信號，再經(jīng)過后級放大電路達(dá)到大于 8V 的有效值輸出。使用 89C51 單片機(jī)完成顯示、控制和數(shù)據(jù)處理，它除可以程控調(diào)節(jié)放大器的增益外，還可以實(shí)時顯示輸出電壓預(yù)制增益和輸出有效值。如在發(fā)射設(shè)備中，就要用高頻功率放大器將信號放大到所需的發(fā)射功率；在接收設(shè)備中，就要高頻小信號放大器將非常微弱的信號放大。自 1877 年愛迪生發(fā)明留聲機(jī)至今已有 127 年了，前 70 年音響發(fā)展緩慢且大多停留在象牙塔中，后 50 余年進(jìn)入民間，發(fā)展日新月異。其超線性設(shè)計(jì)，大大地降低了非線性失真。1977 年，日立公司生產(chǎn)出了世界上第一只VMOS（Vertical Metal Oxide Semiconductor）功率管。從此來看，放大器經(jīng)過了電子管、晶體管、集成電路及 VMOS 功率管等幾個時期，它們皆以各自獨(dú)特的不可取代的優(yōu)勢各領(lǐng)風(fēng)騷。最大輸出電壓（有效值）Vo≥ 3V，數(shù)字顯示輸出正弦電壓有效值。從理論上講，本系統(tǒng)滿足了題目的要求。放大這類信號的寬帶放大器稱為視頻放大器。這就需要寬頻帶的中頻放大器。這不僅因?yàn)樗念l帶寬，而且還由于它所放大的信號，最終接受的感覺器官往往是眼睛，而不是耳朵。大體上可分為兩種情況。由于用途不同，對頻帶的要求也不同。若一級放大器不夠，可增加級數(shù)滿足總增益的要求，但與此同時通頻帶會降低。 輸入阻抗為了減輕寬帶放大器對前級的影響，要求放大器的輸入阻抗高。要求輸出信號與輸入信號在形狀上，以及各部分的比例上都要保持一致。通常情況下，音頻放大器若存在相位失真，由于人耳不易分辨，所以聽到的聲音與原信號一致。對電路輸出用二極管檢波產(chǎn)生反饋電壓調(diào)節(jié)前級電路實(shí)現(xiàn)自動增益的調(diào)節(jié)。又考慮到 AD7520 是廉價(jià)型的 10 位 D/A轉(zhuǎn)換芯片，輸出 Vout=Dn*VRef/ Dn 為 10 位數(shù)字量輸入的二進(jìn)制，可滿足102=1024 擋增益調(diào)節(jié)，滿足題目的精度要求。 方案三根據(jù)題目對放大電路增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)，如運(yùn)放 AD603。我們選用了第三種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。功率輸出部分采用分立元件制作。由于 AD603 的最大輸出電壓較小，不能滿足題目要求，所以前級放大信號需經(jīng)過后級放大達(dá)到更高的輸出有效值。 方案二使用分立元件自行搭建后級放大器。 方案二先對信號進(jìn)行精密整流并積分，得到正弦電壓的平均值，再進(jìn)行 ADC 采樣，利用平均值和有效值之間的簡單換算關(guān)系，計(jì)算出有效值并顯示。這樣可以實(shí)現(xiàn)對任意波形的有效值測量。而 8MHz 以上輸出信號可采用高頻峰值檢測的方法來測量。它取出放大器輸出的峰峰值作為增益的控制電壓，使最終輸出的電壓信號保持在某一峰峰值之間，從而保證在 AGC 作用范圍內(nèi)輸出電壓的均勻性，故 AGC實(shí)質(zhì)上就是一個負(fù)反饋電路。圖 31 AGC 工作曲線圖 電壓增益控制原理AD603 的基本增益可以用下式算出：GAin (DB) = 40 VG + 10 （31） 其中，VG 是差分輸入電壓,單位是 V，GAin 是 AD603 的基本增益,單位是DB。 正弦電壓有效值的計(jì)算翻閱大量書籍后，感覺有效值的測量需要一個高精度的芯片，我們使用AD637，它是真有效值檢測器，將輸出的交流信號取樣，然后轉(zhuǎn)換為直流，經(jīng)過單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示在數(shù)碼管上，雖然 AD637 的最大輸出電壓是 8V，但8V 以內(nèi)足以滿足我們設(shè)計(jì)的要求。 前級放大電路和增益控制01 23456OPA642D1IN4040C15470uC16100uC7470uC11100uC4100uC14E100uR512KR410KR110KR210KR32KP1RCAC9 C130. uC9C1C3 C8C6C12GNDD2IN4040GNDGNDGNDGNDGND GNDGNDGNDC17100uAD603 AD603GND圖 41 前級放大和增益控制由于 AD603 的輸入電阻只有 100Ω，在高頻中我們學(xué)過，低的輸入阻抗將帶來功率、阻抗匹配等方面的問題，所以說，要滿足輸入電阻大于 的要求，必須加入輸入緩沖部分用以提高輸入阻抗；另外前級電路對整個電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲。OPA642 的增益帶寬積為400MHz，這里放大 倍，100MHz 以上的信號將被衰減。我們采用兩級 AD603 可構(gòu)成具有自動增益控制的放大電路。使用 2 級放大已足以滿足設(shè)計(jì)的要求。本電路放大倍數(shù)為：AG≈1＋R8/R9 （43）也就是說 R8 和 R7 并聯(lián)后，再比上 R9，由于 R8 是可變電阻，而且阻值相比R7 而言很小，所以 R7 可以忽略不記，整個功放電路電壓放大約 10 倍。基準(zhǔn)源采用帶隙基準(zhǔn)電壓源 TL431。再有模擬信號線在現(xiàn)場被短路、接地、漏電的機(jī)會比其他部分高，一旦發(fā)生此類事件也會危害數(shù)字系統(tǒng)。在精密模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中可以采用隔離放大器，但精密隔離放大器大多采用變壓器隔離方式，其頻率響應(yīng)特性不如光電耦合器。另外要注意的是，由于數(shù)字信號工作頻率較高，所以必須采用高速光電耦合器或采取加速措施，即使這樣，在微機(jī)處理器系統(tǒng)中還常需要插入等周期或增加信號鎖存等方法來協(xié)調(diào)光電耦合器引來的延遲時間，這就增加了數(shù)字電路接口電路的復(fù)雜性和降低了系統(tǒng)響應(yīng)的速度。常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有積分型、逐次逼近型、并行比較型、串行比較型及壓頻變換型等。為了更好的配合 A/D 轉(zhuǎn)換的使用，還需要采樣、保持器。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，電源是一個比較重要的問題。然后通過橋式整流，經(jīng)過 7807817907915 等電壓轉(zhuǎn)換器輸出各個芯片。數(shù)字部分和模擬部分通過電感