自动增益控制器放大器

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1、自动增益控制器放大器摘要:　基础部分设计采用TI公司的高速运算放大器ＯＰＡ６９０和模拟开关实现了四档增益可选的一个电压放大电路。采用ＭＳＰ４３０Ｇ２５５３系列单片机芯片作为控制系统，可以通过按键切换增益档位，显示输入、输出电压和当前放大增益。可以根据输入电压的情况自动调整到相应的最大增益。发挥部分利用可控增益放大器VCA810通过控制增益来实现使输出电压稳定在1V左右。关键词：自动控制、增益、放大一、设计思路描述基础部分通过MSP430单片机控制模拟开关CD4051四个通道改变四种反馈电阻的大小，来改变放大器的增益，从而可以切换放大器的四种增益。为了去掉CD4051内阻的影响，在每个通道上

2、串上滑动变阻器来精准改变反馈电阻的值。利用单片机内置A/D测量输入与输出信号的幅度值。从而可以得到放大器的实时增益。且当A/D检测到的输入信号在相应的范围时通过程序自动切换到相应的最大增益档位。为了增大输入阻抗，在电路的前一级加入电压跟随器。具体见表1。本系统设计结构图如下图1所示。发挥部分利用VCA810实现增益的程控放大。由于VCA810的程控范围为-40dB~+40dB。可以放大也可以衰减理论上可以满足题目要求。为了使得输出电压恒定在1V，本系统采用了一种巧妙设计。用A/D测出输入电压Vi，若Vi≤1V时VCA810的控制电压Vc+1=--x,其中x=0.001V。也就是说VCA81

3、0的增益以很小的步进值逐渐增大。同时用A/D测输出电压Vo，当Vo=1V时马上停止给VCA810的增益控制管脚步进电压。为了增大输入阻抗，在电路的前一级加入电压跟随器。表1输入电压与选择档位关系表格输入电压范围(单位V)0.1~0.40.4~11~44~5选择的档位放大倍数520.50.2图1基础部分系统结构图图2发挥部分系统结构图二、硬件电路图基础部分硬件电路图如下图3所示图3基础部分硬件电路图发挥部分硬件电路主要由VCA810典型电路如图5所示7组成图4VCA810典型引用图三、算法数学描述基础部分放大器的放大倍数"Au=-Rf/R1,只要改变Rf的值就可以改变放大器的放大倍数。用程序

4、控制CD4051的4个通道就可以实现4种档位的切换。发挥部分根据VCA810程控芯片资料可知G(dB)=–40*(VC+1)dB只要用D/A给其增益控制管脚电平就可以控制其增益。当A/D测得电压大于1V时控制衰减，若为小于1V的电压就控制器放大。四、软件流程图图5软件算法流程图五、测试方法基础部分１、测试通过按键控制四档增益。在用函数信号发生器在输入端接入幅度值为600mv频率为1K的正弦波信号，利用按键选择放大倍数为0.2倍的档位。利用示波器并观察输出信号的幅度。在改变输入信号的频率直至100KHz，观察并记录输出信号的幅度以及波形是否失真。2、测试自动调节增益。用函数信号发生器输入幅度

5、为0.1~5V的直流信号，用示波器观察输出波形。看系统是否自动调整到了相应的最大增益档位。发挥部分1、输出恒定1V的测试。在输入端用信号发生器加入0.1~10V的正弦波信号，用示波器观察输出信号幅度值波形等情况。再增加输入信号的频率，同样用示波器观察输出信号的情况。六、测试数据系统按键控制增益测试数据如下表2所示，自动增益控制如下表3所示表2按键控制增益测试数据按键选择档位520.50.2Vi（单位mV）20060034.5Vo(单位mV)1.0101.2011.5031.002表3系统自动控制增益测试数据Ui0.150.60.71.233.54.2Uo0.761.221.4250.620

6、1.5231.7600.86Au=Uo/Ui5.072.032.040.520.510.5020.21理论Au5220.50.50.50.2七、数据分析与结论。基础部分经测试，本系统可以通过按键控制切换四档增益，频率至少可以达到100KHz。当输入0.1V~5V的可调直流信号时，放大器输出信号电压在0.5~2V范围内，并且电路根据输入信号的情况可以自动调整到相应的最大增益。发挥部分经检测当输入电压在0.1~10V范围时输出电压恒定1V