【正文】 （ 2） D/A：輸入數(shù)字量，輸出模擬電 壓值，作為壓控增益放大器的輸入。 圖 11 AD637 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 程序設(shè)計部分 、程序功能描述與設(shè)計思路 根據(jù)題目要求，軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和 控制 D/A 輸出。 正弦電壓有效值的計算 AD637 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 11所示。 AGC 介紹 AGC 是自動增益控制電路的簡稱，常用在收音機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)的信號接收和電平處理電路中。第二級采用增益模式為 20dB 的 放大電路，所以第三級末級功率放大 2倍，即 的增益。由以上分析，該系統(tǒng)共分為三級。使用 12 位串行 A/D芯片 ADS7816 和 ADS7841（便于同時測 量真有效值和峰值）和 12 位串行雙 D/A 芯片TLV5618。 AGC控制范圍理論上可達(dá) 0～ 80dB， 15 實際上由于輸入端加了保護(hù)電路，在不同輸出電壓時 AGC 范圍不一樣，輸出在～ 時 AGC范圍約為 70dB，而當(dāng)輸出為 2～ 時 AGC 范圍可達(dá) 80dB。輸出信號檢波后經(jīng)過簡單 2級 RC 濾波后由單片機(jī)采樣，截止頻率為 100Hz。經(jīng)過幾次嘗試，選擇增益為 10 倍，帶寬超出 100MHz，且?guī)?nèi)平坦度好，能夠滿足題目的帶負(fù)載能力，圖為末級 THS3091 放大電路圖。 15V，但考慮到系統(tǒng)的噪聲及供電，采用可行的177。由于 程控 放大電路 最大增益只有 20dB， 所以末級功率放大需要 2 倍，由于要保證 在 20kHz~5MHz 頻帶內(nèi)增益起伏 1dB，所以將VCA821 的增益模式設(shè)置為 20dB，這樣保證在 6MHz 范圍內(nèi)的平坦度很好 。 圖 8 為增益控制電路。該部分采用 VCA821 典型接法中 增益為20dB，帶寬仍可以達(dá)到 320MHz，輸入控制電壓 U 的范圍為 0～＋ 2V。級間耦合采用電解電容并聯(lián)高頻瓷片電容的方法，兼顧高頻和低頻信號。 OPA847 的增益帶寬積為 ，這里放大 5倍。 輸入部分先用電阻分壓衰減，再由低噪聲高速運放 OPA847 放大，整體上還是一個跟隨器 。 12 前置放大電路單元 圖 6 前級放大電路圖 圖 6 為 前級放大電路 ，由于 VCA821 的輸入電阻只有 100Ω ，要滿足輸入電阻大于 1kΩ 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。 在 LM317T 的 ADJ 端加一個接地的濾波電容 ,會使紋波抑制比大幅度地提高 ,給高頻小信號運算放大器提供非常穩(wěn)定的電源。 LM317T 是這樣工作的 :由 Vin 端給它提供工作電壓以后 ,它便可以保持其+Vout 端比其 ADJ端的電壓高 。所以我們采用 LM317T 可變輸出的穩(wěn)壓芯片 ,典型電路圖如圖 5。 10 圖 4 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計與分析 直流穩(wěn)壓電 源 本電源采用橋式全波整流、大電容濾波、三端穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓的方法 ,產(chǎn)生各種直流電壓 。 VCA821 的 Vg控制增益變化 ,經(jīng)過前級放大后的信號最后經(jīng)過后級放大得到需要的輸出信號 ,前級和后級增益的搭配 , ,都是經(jīng)過精確的測量和計算的。下圖 所示即為本系統(tǒng)原理框圖。 具體 系統(tǒng)設(shè)計 總體設(shè)計思路 根據(jù)題目的要求 ,結(jié)合考慮過的各種方案 ,充分利用模擬和數(shù)字系統(tǒng)各自的優(yōu)點 ,發(fā)揮其優(yōu)勢 ,采用單片機(jī)預(yù)置和控制放大器增益的方法 ,大大提高了系統(tǒng)的精度和可控性 。 AD637 是真有效值變換芯片，它可測量的信號有效值可高達(dá) 7V，精度優(yōu)于 ％，且外圍元件少，頻帶寬 ，對于一個有效值為 1V 的信號，它的 3dB 帶寬為 8MHz,并且可以對輸入信號的電平以dB形式指示，該方案硬件、軟件簡單，精度也很高，但不適用于高于 8MHz 的信號。這樣可 以實現(xiàn)對任意波形的有效值測量。但此方法對非正弦波的測量會引起較大的誤差。 方案二 ： 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，計算出有效值顯示。 因 此，我們采用方案一。因此 自行設(shè)計后級放大 器優(yōu)勢就很明顯了 。 方案二 ： 使用分立元件自行搭建后級放大器。使用集成電路芯片電路簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、有詳 細(xì)的文檔說明。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。 VCA821是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器，溫度穩(wěn)定性高，最大增益誤差為 8 ，滿足題目要求的精度，其增益（ dB）與控制電壓（ V）成線性關(guān)系，因此可以很方便地使用 D/A 輸出電壓控制放大器的增益。這種方法的優(yōu)點是電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易于數(shù)字化用單片機(jī)處理。而這個參考電壓可通過單片機(jī)進(jìn)行運算并控制 D/A 芯片輸出控制電壓得來 ,從而實現(xiàn)較精確的數(shù)控。 根據(jù)題目對放大電路的增益可控的要求 ,考慮直接選取可調(diào)增益的運放實現(xiàn) ,如AD60 VCA821。但 AD7520 對輸入范圍有要求 ,具體實現(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 。它由 CMOS 電流開關(guān)和梯形電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 ,具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度高、體積 小、控制方便、外圍布線簡化 7 等特點 ,故可以采用 AD7520 來實現(xiàn)信號的程控衰減。 圖 2 場效應(yīng)管放大器電路圖 方案 三 ： 為了易于實現(xiàn)最大 40dB 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。 6 圖 1 分立元件放大器電路圖 方案 二 ： 原理框圖如圖 2所示，場效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)，輸出信號取自電阻與場效應(yīng)管與對 V’ 的分壓。本方案由于大量采用分立元件 ,如三極管等 ,電路比較復(fù)雜 ,工作點難于調(diào)整 ,尤其增益的定量調(diào)節(jié)非常困難。為了滿足增益 40dB 的要求 ,可以采用多級放大電路實現(xiàn)。 經(jīng)實踐，我們發(fā)現(xiàn) OPA846 具有 的噪聲電壓，同時增益帶寬積為，適合高倍數(shù)放大，滿足 題目要求。該芯片的噪音小，帶寬高，適合于前級的小信號放大。 THS3092 是 TI 公司生產(chǎn)的一款電流反饋型放大器。但由于題目中要求的頻率范圍較大，故對于放大三極管型號的選擇以及電路的搭建布線等都要求較大，實行起來比較困難。 5 方案比較與論證 前級放大模塊部分 方案一：使用分立元件搭建共基級放大器。不失真輸出電壓有效值達(dá) ，輸出 ～ 時 AGC 控制范圍為 66dB， 應(yīng)用單片機(jī)和數(shù)字信號處理技術(shù)對增益進(jìn)行預(yù)置和控制 ,AGC 穩(wěn)定性好 ,可控范圍大 ,完成了 設(shè)計 的所有基本 要求并做適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮，使設(shè)計更完善。 整個系統(tǒng)通頻帶為 1kHz～ 20MHz，最小增益 0dB，最大增益 80dB。功率輸出部分采用分立元件制作 ，提 高了負(fù)載阻值以及輸出有效值 。使用了多種抗干擾措施以減少噪聲并抑制高頻自激。 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 2 摘 要 本設(shè)計由 直流穩(wěn)壓電源 、前置放大電路單元、 增益控制部分 、 功率放大部分 、單片機(jī) 自動增益控制 部分幾個模塊構(gòu)成。 輸入部分采用高速電壓反饋型運放OPA690作跟隨器提高輸入阻抗，并且在不影響性能的條件下給輸入部分加了保護(hù)電路。 同時 利用可變增益寬帶放大器 VCA821 來提高增益和擴(kuò)大 AGC 控制范圍，通過軟件補(bǔ)償減小增益調(diào)節(jié)的步進(jìn)間隔和提高準(zhǔn)確度。 控制部分 由 MSP430 系列單片機(jī)、 A/D 和 D/A 組成 。增益步進(jìn) 1dB， 60dB 以下預(yù)置增益與實際增益誤差小于 。 關(guān)鍵詞： 程控 ； 寬帶 ； 自動增益控制 ； AD603； AGC 3 目錄 目錄 摘 要 .............................................................................................................................................................2 目錄 ....................................................................................................................................................................3 方案比較與論證 .........................................................................................................................................5 前級放大模塊部分 ..............................................................................................................................5 可控增益放大器部分 ..........................................................................................................................5 功率輸出部分 ......................................................................