可控放大器设计方案

可控放大器设计方案

一、方案论证与比较

根据题目的要求，整个系统包括放大器和滤波器两个部分，如图一所示。分别有以下几种方案。

图一 可控放大器组成框图

1、程控放大部分方案论证与选择

方案一：集成程控增益放大器。它们具有低漂移、低非线性、高共模抑制比和宽带带等优点，但其增益有限，只能实现特定的几种增益切换。所以我们不采用此方案。

方案二：运放+模拟开关+电阻网络。这种方法利用模拟开关切换电阻反馈网络，从而改变放大电路的闭环增益。此种方法通用性强，经济实惠，效果显著。 但由于放大倍数为40dB，即最小电阻值为总阻值的1/100，很难兼顾其精度，而电阻均只能取其标称值，且阻值精度一般不高，不可避免引入一系列误差，再加上模拟开关的阻值受环境因素影响较大，系统整体精度无法很好的控制。 方案三：有运放+数模转换器（D/A）构成程控增益放大电路。放大器固定为60dB 增益，再通过D/A 转换器的电阻网络衰减电路，衰减后输出，即可实现程控增益。D/A 转换器的电阻网络可由单片机进行控制，且精度非常高，在本设计中使用8 位D/A 转换器DAC0832,其转换精度可达到1／256，可以满足要求。而放大器使用固定的电阻接成60dB 放大，因而可以保证在整个通带内增益不变，稳定性较好，且容易实现 ，最后选定本套方案作为最终程控增益部分的方案。

2、滤波部分

方案一：使用RC网络， RC电路尽管可以做到体积小和廉价，但要满足此设计要求，需多个结构并联，网络仍然过于庞大。而且其上半周内电容C中积蓄得能量到下半周就会被电阻R消耗一半，因此单纯的RC电路Q值不会大于0.5，选择性差，效果同样不佳。所以我们不采用。

方案二：采用运算放大器和电阻、电容等分立元件可以构造有源低通滤波器或高通滤波器，利用模拟开关来切换不同的电阻值或者电容值，可以达到改变滤波器的截止频率的目的。该方案成本低廉，实现起来也较为简单，模拟滤波器设计已经很成熟。所以我们最终采用本方案。

二 系统整体设计

本系统以51单片机作为主控单元，将设计任务分为放大器、低通滤波器、高通滤波器、人机接口单元等功能模块。系统原理框图如图二所示。

图二 系统原理框图

1、程控放大电路的设计

根据我们所要选择的方案，我们设计的程控增益放大部分的整体框路图如图三所示：

图三 程控放大框路图

本设计中将放大器固定为60dB 增益，再通过DA 转换器的电阻网络进行分压后输出，即由DA构成衰减器。DA 转换器的电阻网络可由单片机进行控制，且精度非常高，在本次设计我们使用DAC0832 转换器,其转换精度可达到1／256，完全满足要求。而放大器使用固定的电阻接成60dB 放大，因而可以保证在整个通带内增益不变，稳定性较好，且容易实现。

（1）固定放大电路

根据题目要求，放大器输入正弦信号幅值为10mV，基本要求电压增益为40dB，发挥部分要求电压增益为60dB，我们将其分为两级放大，每级固定放大30dB。

为保证稳幅输出,经查资料，选用AD817。AD817一种低成本、低功耗、单/双供电、高速宽带运算放大器,具有很强的大电流驱动能力。将AD817搭成同相放大器。AD817 的增益带宽积为50MHz，能满足设计要求.AD817引脚分布如图四所示放大部分的电路设计如图所示，R7和R8为运放零漂的调节电阻。

图四 AD817引脚分布图

图五 固定放大电路图 （2） DA转换器DAC0832

DA 转换器的电阻网络可由单片机进行控制，且精度非常高，在本设计中使

用DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片,DAC0832引脚分布如图六所示。由DAC0832构成的衰减电路如图七所示。

图六 DAC0832的内部框路和引脚分布

图七 衰减电路 2、滤波电路

根据我们所要选择的方案，我们设计的程控滤波电路部分的整体框路图如图八所示：

图八 程控滤波框路图

如图九所示，由运算放大器和电阻、电容等分立元件构造的基本二阶低通滤波器和二阶高通滤波器的电路图。根据要求，低通滤波或是高通滤波，

其截止频率

f0

都要在1kz--20kz范围可调，且调节的频率步进为1kHz，改

变不同的电阻值或者电容值，就可以达到改变滤波器的截止频率，我们利用单片机控制模拟开关来改变固定电阻不的同链接，就能达到调节截止频率参数的目的。具体滤波器电路如图十所示。

（a）

(b)

图九 (a)二阶低通滤波器电路图 (b)二阶高通滤波器电路图

图十 程控滤波电路 4、显示设计

我们选用LED数码管作为显示。数码管的a、b、c、d、e、f、g接口，采用共阳极，上拉电阻为1K 。选片通端信号分别接到51单片机的P2.0,P2.1,P2.2

三支引脚上，用三个PNP型三极管驱动数码管，如图十一所示。

图十一 LED数码管显示电路图

3、理论计算

（1）程控放大部分

同相比例运算电路对电压放大倍数公式： A0 (1

RF

)———————————— R1

电压放大倍数A0与电压增益Au的关系： Au 20lgA0————————————

根据 两式：

当Au 30dB，R1 10K 时，RF 306K 。

在DAC转换器中含有电阻网络和数码控制的模拟开关，将Vi直接接在DAC0832的VREF端，它相当于以T型电阻网络作电阻如图所示。

图 由DAC构成的衰减增益控制 由于VREF Vi，利用DAC原理分析有：

ViNB

-------------------------------------- 2nR

此外又有:

I 1

I 1

V0

--------------------------------------④ RF

有 ④式，有

RN

AV FnB------------------------------------⑤

R2

其中

NB Dn 12n 1 Dn 22n 2 D121 D020-------------⑥

由于我们选择的是DAC0832转换器，Dn 1,Dn 2, D1,D0为输入的数字控制量信号，

所以n 8。根据⑤式可知，改变输入的数字量D，即可达到程控增益的目的。

经计算0dB、10dB、20dB、30dB、40db、50dB、60dB与D7.D6.D5.D4.D3.D2.D1.D0的一一对应关系如下：

（2）程控滤波电路

二阶低通滤波器或的截止频二阶高通滤波器电路图率为：

f0

1

------------------------------⑦ 2 RC

根据⑦式可见，在1kz--20kz范围可调，且调节的频率步进为1kHz，要满足要求所需要20种不同的RC。在设计中，我们固定电容C不变，利用单片机控制数模拟开关改变其阻值，就能达到调节截止频率参数的目的。

电容容量的确定，我们现在固定电阻最大的阻值R 50K ，则选择fmin 1kz来确定电容的容量，由⑦式有： C

1

----------------------------⑧ 2 fR

式中R=50K ,经过计算C 3.18nF，我们选择C 3.3nF的电容。 经过计算,低高通滤波器中截止频率f0与电阻的一一对应关系如下表所示:

根据设计要求，在低通2fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，高通0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，我们可以算出滤波器衰减,见公式： k

40 30

33.2dB/10倍频程 2

log10

三 程序设计

四 系统测试：

1．测试使用仪器：

2．系统整机调试： …… 此处隐藏：1820字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……