【正文】 自制的基于 DC/DC 的直 。 30 第七章 結(jié)束語 本設(shè)計(jì)在發(fā)揮部分之外，增加了語音自動播報(bào)增益，頻率等功能，同時利用ATMEGA16 的捕獲功能實(shí)現(xiàn)了高精度頻率測量，精度高達(dá)幾百 HZ?？稍诜答侂娮枭喜⒔右粋€反饋電容，構(gòu)成超前相位補(bǔ)償來補(bǔ)償輸入雜散電容的影響。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 F 的陶瓷電容。一些高速運(yùn)放只有在增益大于 5 或更大時才會穩(wěn)定。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，對放大器所使用的元器件的要求更嚴(yán)格。 后級放大電路中，應(yīng)盡量采用低溫漂運(yùn)算放大器，如后級采用了 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，而且對功放還安裝了小風(fēng)扇進(jìn)行散熱來抑制溫漂。零漂是一種不規(guī)則的緩慢變化，增益越大，放大級數(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零漂的抑制。 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。但這樣需要對信號進(jìn)行測頻才能得到對應(yīng)頻點(diǎn)上的調(diào)整控制電壓，會同時增加硬件和軟件的復(fù)雜性。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 踢波紋會減小。再通過無源橢圓濾波器實(shí)現(xiàn)題目要求的 5MHz 和 10MHz 的 3dB 截止頻 率。該電阻選取合適時，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)成的前級放大電路輸出信號幅度平坦。 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)增益會出現(xiàn)起伏。每一級放大設(shè)計(jì)時，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，要考慮其帶寬增益積足夠大。 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。 對電流型反饋型運(yùn)放，帶寬增益積并不為常數(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。 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?？刂仆◣?nèi)的增益起伏，尤其是本系統(tǒng)是一個直流放大器，直流零點(diǎn)漂移是一個較難解決的問題，在這個問題的解決上我們都學(xué)到了很多東西，特別是在對一個不確定的電路參量進(jìn)行檢測時，采用絕對的地作為參照，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。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。 誤差產(chǎn)生原因 我們測量的誤差主要來源是電磁干擾，由于試驗(yàn)場地有許多電腦和儀器使用開關(guān)電源，電磁噪聲很大，所以測量輸入端短路時的噪聲電壓時隨輸入短接方式不同而有很大的誤差。 表 65 AGC 控制測試數(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 可以看出輸入信號從 1mV 變化到 2V，輸出信號變化范圍不超過，當(dāng)輸入信號有效值大于 2V 時，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，故無法測量到增益為 0 的情況。設(shè)定 AGC 輸出電 壓范圍 ～ ，把輸入信號調(diào)到 1MHz，把有效值從 1mV 起往上調(diào)，測量輸出電壓有效值。從整體來看，我們設(shè)計(jì)的放大器增益為 0～ 80dB，步進(jìn) 1dB， 60dB 以下增益誤差≤ 。 測 58dB 以上的增益時，以 10mV 輸入會使輸出飽和，故采用固定輸出的方法：給定增益，然后減小輸入信號，使得輸出信號有效值保持為 ，再計(jì)算增益。 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)。測試的數(shù)據(jù)如表 63所示。在 20kHz～ 5MHz 頻帶內(nèi)增益起伏≤ 。測試的數(shù)據(jù)如表 62 所示。滿足輸出噪聲電壓小于 的要求。 （ 2）輸出電壓有效值測量：輸入加 100kHz 正弦波，調(diào)節(jié)電壓和增益測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。接上 50Ω的負(fù)載電阻進(jìn)行整機(jī)測 試。 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)測試 測試使用儀器與設(shè)備 測試使用儀器與設(shè)備如表 61 所示。支持調(diào)試，片上仿真，下載等功能。 ICCAVR 是一種符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的 C 語言來開發(fā) MCU 程序的一個工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個特點(diǎn)： 是一個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)筑也在這個環(huán)境中完成，錯誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你點(diǎn)擊編譯錯誤時，光標(biāo)自動跳轉(zhuǎn)到錯誤的那一行； 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 32 位的程序支持長文件名。 ET1(ET0)：定時器 1（定時器 0）中斷允許控制位。 ES：串行中斷允許控制位。 中斷允許控制寄存器 IE IE 控制寄存器各位的定義如下： IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA：中斷允許控制位。 IT1(IT0)：外部中斷請求 1（ 0）觸發(fā)方式控制位。當(dāng)外部中斷到來時， IE1（ IE0）由硬件置位。該位由軟件進(jìn)行設(shè)置。 TR0（ TR1）：運(yùn)行控制位。當(dāng) T0（ T1）計(jì)數(shù)器溢出時，由硬件置位，并在允許中斷的情況下，發(fā)出中斷請求信號。 TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 T1 T0 其中： C/ T 為功能選擇位，當(dāng) C/T=1 時為計(jì)數(shù)方式；當(dāng) C/T=0 時為計(jì)數(shù)方式。 特點(diǎn)： 6 時鐘 /機(jī)器周期， 12 時鐘 /機(jī)器周期 8051CPU ： （ 5V 單片機(jī)） /（ 3V 單片機(jī)） ： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 達(dá) 48MHz. 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM I/O 口（ 32/36 個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通8051 傳統(tǒng) I/O 口） P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。 +8 2 Ω7 5 0 Ω5324+ 578161 0 K Ω 5增 益 為 1增 益 為 15 0 ΩO P A 6 9 9增 益 為 14 4 5 Ω4 0 0 Ω增 益 為0 . 1增 益 為0 . 0 1增 益 為 1 0圖 程控放大電路 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源電路原理圖如圖 所示，三端穩(wěn)壓芯片 780 790 LM317 和 LM337 19 起穩(wěn)壓作用， 2200uf 電解電容、 100uf 和 電容起濾除紋波作用，輸出分別為 V5? 、 18V? 提供給各單元電路。截 止 頻 率1 0 M H z繼 電 器1 2 0 Ω9 0 1 3T1+5VGND繼 電 器1 2 0Ω9 0 1 3T 2L 1P 0 . 6L 2 圖 通頻帶選擇網(wǎng)絡(luò) 程控放大電路的設(shè)計(jì) 如圖 所示，該程控放大電路為降低成本，僅用到一款運(yùn)放 OPA699，構(gòu) 成增益為 1 和 10 兩個擋，后面為兩個繼電器切換電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，一個衰減為 倍，另一個為倍 。通過鍵盤選擇通頻帶，當(dāng)單片機(jī)的 和 口分別向三極管 T1 和 T2 的基極送高電平時，繼電器的觸點(diǎn)動作，使輸入信號 V2 經(jīng) 5MHz 的低通濾波器輸出，即實(shí)現(xiàn)了預(yù)置 05MHz的通頻帶。 V p i 1C 11 5 p FR 19 . 1 KV p o 1R 21 K 2 0 d B 衰 減 4 2 d B 衰 減V p i 2R 31 0 KV p o 2R 48 2 K 圖 增益衰減網(wǎng)絡(luò) 通頻帶選擇網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 通過對繼電器 L1 和 L2 觸點(diǎn)的控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)通頻帶 05MHz 和 010MHz兩個范圍預(yù)置，如圖 所示。而經(jīng) 20 dB 衰減網(wǎng)絡(luò)后，輸入信號頻率在 1MHZ 以上時，增益有所下降，為穩(wěn)定增益，在衰減電阻上并聯(lián) 15pF 的電容進(jìn)行頻率補(bǔ)償。利用兩組衰減網(wǎng)絡(luò)分別將系統(tǒng)增益衰減 20 dB 和 42 dB，如圖 所示，可實(shí)現(xiàn)系 17 統(tǒng)增益分別在 0~20 dB、 22 ~42 dB 和 42~62 dB 間變化，再結(jié)合增益控制模塊實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)增益手動連續(xù)可調(diào)、 5 dB 步進(jìn)和預(yù)置。其最大輸出電流為 250mA，若采用一片 THS3091,驅(qū)動不了題目要求的最大電壓有效值不小于10V 的輸出，因此采用兩片 THS3091 并聯(lián)，每片 THS3091 為 50Ω負(fù)載提供一半電流。 THS3091 具有高達(dá) sV/7300 ? 的擺率，帶寬不 小于 200MHz，采用177。對于電壓跟隨器而言，其 Cf 值可以稍大一些 [9]。 RinCf 將引起輸出電壓相位超前，由于不能準(zhǔn)確知道 Cs 的值，所以相位超前量與滯后量不可能得到完全補(bǔ)償，一般是采用可變電容 Cf，用實(shí)驗(yàn)和調(diào)整 Cf 的方法使附加相移最小。對此，一個簡單的解決方法是減小 Rf 的阻值，使ω h 高出實(shí)際應(yīng)用的頻率范圍，但這種方法將使運(yùn)算放大器的電壓放大倍數(shù)下降 (因 Av=Rf/Rin)。 + 5 V+ 5 V 5 V程 控 5 V+ 5 V 5 VD 1D 2D A++O U TI N手 動P 0 . 0Q 19 0 1 4A D 6 0 34 0 0 74 0 0 7U 1u A 7 4 1R 26 . 8 KR 12 4 0J K 圖 增益控制模塊原理圖 補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì) 一般線性工作的放大器 (即引入負(fù)反饋的放大電路 )的輸入寄生電容 Cs 會影響電路的穩(wěn)定性 [ 6]。 15 增益控制電路的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)用單片機(jī)控制繼電器選通不同電阻值達(dá)到增益控制效果。該電路具有輸入阻抗高，電壓放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)，輸出不包含共模信號。 15V供電，輸出電壓最大幅值可達(dá) 28VPP，帶寬 750MHz，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要 [ 6]。 差分放大電路的設(shè)計(jì) AD829 是一款低噪、高性能高速運(yùn)算放大器 [3]。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個好處就是， 14 提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。在這個時候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。 在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級及隔離級。 電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸 出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。信號經(jīng)過跟隨和反相電路后得到的信號即為原始信號的兩倍，并且能提高輸入電阻，原理圖如圖 。在印制 PCB 板時敷銅走線，可以大大降低信號的干擾。在負(fù)反饋的電阻上串接一個小電感，可以消除自激。 當(dāng)放大器深度負(fù)反饋時輸出信號帶有一定的紋波。使增益減少，提高穩(wěn)定性