电子设计竞赛低频低噪声高增益放大器设计报告.doc

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1、专业综合课程设计低频低噪声高增益放大器班级：11级通信工程（2）班姓名：学号：成绩：低频低噪声高增益放大器摘要本设计由信号发生器模块，直流稳压源模块，滤波器模块，前级放大模块，程控增益模块，单片机控制和显示模块六个模块构成。信号发生器用文氏电桥产生频率幅度连续可调的正弦信号；直流稳压源本着低噪声、稳定可靠的原则，设计了±12V和+5V的工作电压；滤波器采用二阶高通和二阶低通构成通频带为3kHz~5kHz的带通滤波器；前级放大采用仪表放大器，使系统获得很高的输入阻抗和增益精度、很低的噪声和漂移，通

2、过多路模拟开关可选择x1倍或x10倍放大；程控增益模块用DAC程控放大电路，由单片机控制，并且放大倍数由矩阵键盘输入；显示模块通过单片机来控制译码电路，最后由四个七位的数码管来显示。关键词：低频；低噪声；放大器一、方案比较与论证1.信号发生器方案一：利用专用单片函数发生器（如ICL8038），可同时产生正弦波、脉冲波，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率。但该方案的电路复杂，频率稳定度不高，而且成本较高。方案二：由简单的分立元件产生，可以利用晶体管、LC振荡回路，积分电路的

3、实现正弦波的产生。此方案原理简单但是调试麻烦，不稳定，受干扰严重。方案三：采用集成运放搭建RC文氏电桥正弦波发生器，产生正弦波的频率，幅度均可调，通过调整参数可以得到较完美的小信号波形。此方案具有结构简单、经济方便等优点，在集成运放的作用下，可以较容易测到所需的波形。经过比较方案三既满足要求，电路不太复杂，成本又不高，故选用该方案。2.滤波部分方案一：采用开关电容滤波器（SCF），由MOS开关、电容器和运算放大器构成，该滤波器可与其他电路集成在同一个芯片上，通过外部端子的适当连接获得不同的响应特

4、性。但开关电容滤波器的工作频率不高，其操作复杂，应用不是很广泛。方案二:由纯电阻和电容组成带通滤波网络,本方案的优点是频率响应对称且中频4kHz可以满足,但通频带较宽,并且前后级相互影响较大,故达不到题目的要求。方案三：此方案是方案二的改进,采用集成运放构成一个二阶低通滤波器和一个二阶高通滤波器,前者的截至频率为fp1=5KHz，后者的为fp2=3KHz，并且将高通滤波器放在前级放大模块和程控增益模块之间，低通滤波器放在后级放大之后，这样可以防止高通和低通之间相互影响。以此来减弱其互相影响。经过

5、比较，方案三既能满足要求，成本又不是很高，而且电路简单，故选择方案三。1.前级放大部分方案一:采用简单的分立元件，可以利用三极管、电阻电容搭建放大电路，此方案原理简单但是调试麻烦，不稳定，受干扰严重。方案二:采用集成运放构成反相比例放大器方案三：采用改进型的仪表放大器，在仪表放大器的电路中增加多路模拟开关，这样可以选择前级放大为x1倍或x10倍。并且可以充分利用仪表放大器高输入阻抗、高增益精度和低噪声、低漂移等特点。前级放大的性能对整个电路的噪声性能影响非常大，前级放大中很小的噪声经过后面多级放

6、大之后在输出端可以形成很大的噪声，因此经过比较，方案三既能很好的满足题目的要求，并且由于增加了多路模拟开关，又提高了放大器的适应性和动态可调性，故选择方案三。2.程控增益控制和显示部分方案一：采用模拟开关或继电器作为开关，由单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而形成不同的电阻组合方式来改变电压增益。电阻的组合用模拟开关或电磁继电器控制导通、断开。此方案的优点在于继电器的导通电阻小，断开电阻大，损耗较少。且有很好的隔离作用，但缺点是需要同时采用多个电磁继电器，所以电路比较繁杂，且占用体积大，浪费资

7、源，不易调试。方案二：采用控制场效应管的Vgs来控制Rds电阻，用单片机来改变增益倍数，通过改变反馈量的大小来实现增益控制。此方案的优点是电路简单，但是增益精度不够高。方案三：采用具有8位输出功能的DA转换器（DAC0832）接成模拟电压衰减器，通过单片机来控制衰减倍数，再通过后级的运放来实现增益控制。此方案具有较高的增益控制精度，并且电路简单，思路清晰，容易实现。经过比较选择方案三，其中单片机控制采用以STC80C52为核心的单片机控制器。显示部分采用四个七段的数码来显示放大倍数，通过4x4

8、的矩阵键盘来输入总的放大倍数，STC80C52单片机通过DAC0832来控制放大倍数，通过74LS48译码电路来显示放大倍数。程控增益控制和显示部分的控制原理图如图1-1。图1-11.后级放大部分后级放大的输入是数字部分DAC0832的电压输出，因此在二者之间需要增加滤波电容来滤除数字电路的干扰，用一大一小两个电容来进行滤波。后级放大采用反相运算放大器构成256倍的放大器，并在反馈电阻两端并联一个电容，构成一个积分电路，用来降低电路的噪声。原理图1-2。图1-22.电源部分输入220V、50Hz