宽带直流放大器的设计

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1、宽带直流放大器的设计电子信息工程专业学生：陈朝霞指导老师：许岳兵摘要：本文以TI公司的压控放大器VCA810为核心，外加ADI公司的运算放大器AD8065作前级，采用ST公司的89C52单片机控制系统增益，通过按键实现对小信号放大增益±6dB步进可调，并通过1602液晶实时显示。系统主要由前级缓冲模块，程控放大模块，人机交换模块，显示模块组成。整个系统结构简单，性能稳定，操作简单可靠。关键词：程控放大；VCA810；STC89C521引言宽带放大器在自动控制系统，电子测量技术，智能仪表等领域应用非常广泛。传统放大器由分立元件器搭建而成，且有的采用电容级间耦合方式，因此不具有直流放大

2、能力，但在仪器仪表的应用中，也需要对直流信号或者偏置信号进行采集和还原，因此设计一款具有直流放大功能的宽带直流放大器是很有必要的。而宽带直流放大电路的发展中，为了满足电路的更高性能与控制的便捷性，准确性，程控宽带直流放大电路应时而生。本文就是对程控宽带直流放大器进行研究。2系统方案设计与论证本文所设计的宽带直流放大器基本要求是3dB带宽为0Hz～6MHz；最大增益≥40dB（100倍），增益值6dB步进可调，并实时显示增益；最大输出电压有效值≥3V；负载电阻600Ω。根据设计功能要求，系统分为信号放大模块，控制模块和人机交换模块。2.1方案比较与选择方案一：采用分立元件构成，利用高

3、频三极管或场效应管差分对构成多级放大电路，通过负反馈电路来确定增益。但电路比较复杂，且零点漂移严重，难以实现直流信号的放大。方案二：采用集成运放芯片级联。集成运放芯片使用比较简单，但精度高，且集成运放具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等优良性能。而对于实用的放大电路，通常要求其输入电阻大，输出电阻小，集成运放刚好能满足上述要求。方案选定：比较上述的两种方案,决定采用方案二。2.2系统方案描述系统框图如图1所示，系统分为信号处理电路和控制电路两部分。信号处理电路主要由前级缓冲模块、可变增益放大模块组成。前级缓冲模块采用AD8065电压反馈型芯片。可变增益放大器采用可控增益放大器V

4、CA810。系统通过STC89C52实现控制，通过STC89C52和按键控制DAC0832的输入数字量，并在LCD1602上实时显示该放大器的增益。图1系统框图3系统硬件电路设计与实现为了实现放大器电压增益≥40dB（100倍），且放大器增益歩进可调，由于总增益比较大，为了更好的增益精度和带宽指标。因此整个系统使用多级放大器级联，且具有压控放大功能。3.1单片机最小系统本文以STC89C52单片机为整个系统控制部分的核心器件，最小系统主要由复位电路和时钟电路构成。单片机最小系统电路图如图2所示。图2单片机最小系统电路图3.2前级放大电路第一级芯片的选择对放大电路性能影响很大。前级以

5、AD8065为核心，AD8065是一款具有高输入阻抗，低噪声、亚皮安级输入电流、精密失调、高速等特性的电压反馈型运算放大器。因此，特别适用作前置放大电路。前级采用了同相放大电路，有效的增大了输入阻抗。对于电压反馈型放大器，增益带宽积为一个常数。电压反馈型放大器的增益与带宽成反比，若将其用于高增益下，就会牺牲增益精度和带宽指标。为了保证放大电路的性能，增益不宜取太高，第一级放大电路放大倍数固定为20dB（10倍）。电路如图3所示。图3前级放大电路及仿真波形3.3压控增益放大电路可控增益放大电路如图4所示。本文选用TI公司的一款低噪声，高带宽，温度稳定性高，高共模抑制比的压控增益放大器

6、VCA810。VCA810采用±5V电源供电，增益控制电压在0V到-2V时，输出增益为-40dB到+40dB。不变的增益带宽35MHz,dB/V增益线性度±0.3dB，增益控制带宽25MHz。VCA810控制电压与增益的函数关系式为：G(dB)=–40×(VG+1)dB(1)因此，只要利用单片机向DAC0832送DIN，在OP07的输出端便可得到所需的控制电压VG，控制VCA810产生可调增益。从而实现VCA810增益-40dB～40dB可调的。该D/A转换电路的核心器件是DAC0832芯片。DAC0832是8位D/A转换器，转换时间为1µs,工作电压为+5V～+15V，基准电压为

7、±10V。它主要由两个8位寄存器和一个8位的D/A转换器组成。DAC0832以电流形式输出，当输出需要转换为电压时，可外接运算放大器。图4VCA810压控增益电路3.4硬件抗干扰及提高可靠性措施由于放大器具有很高的灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则的电信号的影响。解决电路的抗干扰问题主要应从两个方面考虑，一是提高系统本身的抗干扰能力；二是找出强干扰源，这主要是在现场调试中进行的。测试时应注意仪器的摆放，测试仪器（如示波器）的测试线尽量不要与电源线交叉，即使有交