输出幅值可数控的放大电路设计Word文档格式.docx
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目录
中文摘要与关键词Ⅰ
AbstractandKeyWordsⅡ
引言1
1系统设计方案及其分析1
2设计方案论证2
2.1电路组成部分介绍2
2.2有关器件介绍3
3系统实现4
3.1系统框图4
3.2测试电路注意事项5
3.3组成电路有关说明5
3.3.1增益自动整定电路5
3.3.2增益数控电路7
3.3.3末级VCA822放大电路8
5结语9
参考文献10
致谢11
摘要
放大电路不论在生活还是其他有关领域中，都是实用性非常强的一种电路。
基本放大电路的组成是差不多的，且其功能也是对信号进行基本的放大处理，使其达到较为理想的效果。
但是，我们在实际中，有时难免要对信号进行特殊处理，以达到我们预期想实现的功能,这就可以通过在基本放大电路的基础上进行改造组合来实现。
而本文则是提出设计一种放大电路，此放大电路可以实现放大后的信号稳定，而且输出幅值是可以数控的，也即输出信号稳定，幅度可控，数控简单，以此来满足不同要求下的需要。
关键词：
放大电路；
数控；
输出幅值
Designofdigitalcontrolamplifierwithoutputamplitude
Abstract
Amplifiercircuitinlifeorotherrelatedfields,Itspracticalityisverystrong.Thecompositionstructureoftheamplifyingcircuitissimilar.Itsfunctionistoamplifythesignal,toachievetheidealeffect.Butinpractice,wesometimesneedtomakespecialtheprocessingofthesignal,inordertoachievethedesiredfunction,itisthroughthetransformationofamplifiercircuittorealize.Thispaperputsforwardakindofamplifiercircuit,itcanmakethesignalstabilityafteramplification,itcanmaketheoutputamplitudeofNC,theoutputsignalisalsostable,theamplitudecanbenumericallycontrolledandeasy,inordertosatisfydifferentneeds.
KeyWords:
Amplifiercircuit;
numericalcontrol;
outputamplitude
引言
近年来在有关研究领域或是高校科研项目里，对放大电路的研究也是有所关注的，因为放大电路是很多实现某些功能的器件的基本结构本。
而在此基础上我们又可以做一些技术上的延伸，使放大电路能实现更多的研究项目。
比如本文则是要提出设计一种输出幅值可数控的放大电路，这个题目算是比较简单的一个研究课题，所以相关的有高校学生选择为出外比赛的竞赛题目，而本文题目现来源于导师自拟题目，而现在选择这个题目是因为在对信号测量时，可能需要对信号进行某些特殊处理，以满足测量的需要或要求。
有时需要一种能将一定范围内变化的输入信号转换为一稳定输出，并能实现输出幅度可调的放大电路来实现。
因此有必要去用一种放大电路去实现这一功能。
本电路主要是实现将一定范围内的电压输入信号经过整定后使之输出幅值成为在一定范围内可调的稳定信号。
在这一电路中，需要的主要元件就是放大器，因为器件放大的能力不同。
可根据具体要求选择适当运放。
整个实现系统大致需要自动整定电路，数控电路和输出级放大电路三部分组成。
自动整定电路和输出级电路可选择合适的压控放大器进一步放大信号，使系统的性能提高便于处理信号。
而数控电路则需要选择合适的数字电位器以实现将整定输出电压细分级数。
整个电路需要根据具体要求选择合适的器件来实现。
1系统设计方案及其分析
输入输出
本电路主要是为了实现对信号输出幅值进行数控而设计的。
在这个设计方案中，我们要知道主要的关键词就是三个，放大电路、输出幅值、数控。
而要完成这个设计方案，最基础的就是放大电路，放大电路是整个设计方案的基础核心，它能放大信号，使信号更便于处理，而其他两项功能是在放大电路的基础上实现的，所以构建好放大电路是很有必要的。
整个设计方案的实现可选用的芯片有很多，而在这里我查找到的有关芯片有VCA822、VCA810，还有AD603,都是可控增益放大器[]，只是增益调控范围不一样，它可以实现将一定合适范围内的正弦波以及其他波形的输入信号转换为一稳定的输出幅值，且输出能力达到一定水平。
该系统主要由增益自动整定电路、数控电路和输出级放大电路三部分组成。
整个电路要实现的功能就是将一定范围内的输入信号经过处理后可以达到一个稳定输出，并且可以在稳定输出范围内通过数控电路对输出幅值加以控制，使其输出幅值成为我们需要的。
其中先是由外部给一个一定范围内的输入信号，比如要实现20mVpp~2Vpp输入，而且输出幅值要达到的一定范围是5V,这时候增益自动整定电路的功能就是将这个输入信号处理为一个适合输出级放大电路处理的信号，而输出放大电路则是将经过自动增益整定电路处理的信号放大，使其达到想要实现的稳定输出幅值，比如5V。
至于数控电路则是可以实现在一定范围内对输出幅值进行以不同步进级放大倍数而进行控制。
比如在这个例子里，数控实现则是要实现0~5Vpp范围内可调，其中可以包括细调100级以0.05V步进、粗调10级以0.5V步进。
选用适当的器件将输出信号线性划分为100等份，并通过脉冲信号控制来达到调制具体的信号幅值。
2设计方案论证
2.1电路组成部分介绍
（1）增益自动整定电路
增益自动整定也即是增益自动控制，首先要知道的是自动增益控制使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。
自动增益控制是限幅输出的一种,它利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。
当弱信号输入时,线性放大电路工作,保证输出信号的强度。
当输入信号达到一定强度时,会启动压缩放大电路,使输出幅度降低。
也就是说,增益自动控制的功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度。
增益自控制细分为输入自动增益控制和输出自动增益控制。
在自动增益整定电路中，自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在很小范围内变化的特殊功能电路。
其主要的核心器件和电路有压控放大器以及峰值检波电路。
其中压控放大器主要是对输入信号进行放大，在这里也可能不光有一个压控放大器，也即多级放大，要结合电路具体分析，总的来说都是都是为了将信号放大到一定数值，以满足峰值检波电路的需要。
在本文此前提到的VCA822[]、VCA810、OPA300都是压控放大器，只不过是放大能力不一样。
在例子中，VCA822整定后的信号较小，不利于进一步处理，则用压控放大器VCA810进一步放大，以提高系统性能。
其次反馈信号可通过反馈电路检测压控放大器的峰值，检波器的设计需保证VCA根据输入信号的幅度，得到所需的控制电压和合适的增益,一定要使峰值达到满足检波效果最佳。
（2）输出级放大电路
输出级放大电路就是对前一级整定处理后的信号进行放大，然后达到设计要求的那个幅度值，输出级放大电路的输出要达到5Vpp。
而且在整个设计方案里，放大电路是基础，而且是必须的。
因此放大电路也可以选用之前提到过的压控放大器。
输出级放大电路的输出要达到5Vpp，根据前级整定电路的信号变化，可通过调节增益电阻与反馈电阻设置最大增益。
（3）数控电路
数控电路则是控制幅值的，使其输出能在一定范围内可调。
比如要在0~5Vpp范围内实现可调，则可分为细调100级以0.05V步进、粗调10级以0.5V步进，也以可选用数字电位器将整定输出电压线性细分为级数，其受脉冲信号发生电路的单脉冲和10个脉冲为一组的组脉冲输出控制，分别实现100级细调及10级粗调。
也可以用AD558芯片来控制，输出256级的可变的控制电压，实现对VCA822的VG端的控制，完成对0dB~40dB的程控放大。
2.2有关器件介绍
VCA822是一种DC耦合、宽频带、V/V线性、持续可变压控增益放大器，可以利用外置电阻器在0dB（1V/V）至40dB（100V/V）的范围内设置最大增益。
通过对外部提供的增益电压进行动态调整，设计人员可实施超过40dB的增益调整范围，同时，还能在dB/V或V/V的线性增益间进行选择。
并且其采用节省空间的小型封装，实现了引脚兼容，从而能够轻松升级至更高带宽。
其最大频带宽度可达150MHz，在G=10V/V时峰峰值输出5V的全功率情况下，带宽仍然可达137MHz。
对于我们要求的10MHz的最高输出频率，VCA822完全能达到要求。
同时VCA822具有40dB的增益可调能力，既可完成我们要求的信号衰减功能，又可完成信号的0.5V~5V可调的放大功能VCA822的典型应用包括差动线路接收机与均衡器、脉冲幅度衰减、可调衰减器、电压调谐有源滤波器、线性V/V增益控制。
VCA810是一种宽带电压控制放大器，具有高增益调整范围，低噪音，高带宽和高增益精度等特点。
它的增益连续可变，可调范围80dB，增益精度+/-0.5dB，信号带宽35MHz。
VCA810提供差分输入到单端输出放大器，主要用在脉冲或时域系统的模拟信号处理。
VCA810的典型应用包括光接收器时间增益控制和远距离测量，声纳系统，电压可调有源滤波器，对数放大器功能和差分接收器。
OPA300是一种低噪声高速CMOS运算放大器，具有高带宽（180MHz）、低噪声（3nV/rtHz）、极短的建立时间（150ns到0.0015%）以及低谐波失真等特性，可驱动最高性能16位模数转换器（ADC），包括超过1MSPS（1.25MSPS）的16位SAR数据转换器ADS8401与ADS8402。
OPA300还非常适用于低噪声前置放大器、IF/RF放大器及有源滤波应。
3系统实现
3.1系统框图
输入输出
自动增益整定电路[]在前级电路中实现增益控制。
比如将20mVpp~2Vpp的输入信号调节为0.15Vpp输出CA822实现增益控制功能，又或者可以通过峰值检波电路所产生的控制电压VG把0.5V~1V的正弦信号衰减为0.25V的固定峰峰值信号，VCA822构成的增益可调电路，总之要用几级增益放大电路，要看具体要求，并且在电路中可以根据需要将前级输出信号放大，以满足后级处理的需要；
而在输出级放大电路中的VCA822在输出级放大电路中实现增益放大作用，将整定后的信号放大到5Vpp。
数控电路则是主要利用压控放大器对输出幅值进行调控。
3.2测试电路注意事项
模拟信号的稳定性会易受到各种干扰信号的影响，在单元电路调试完成后，其性能在整调时往往不理想，原因有很多，为了取得比较好的效果，在设计、调试电路时应尽量注意以下几点：
（1）阻抗匹配考虑不足。
单模块调试时，输入输出阻抗往往与仪器的阻抗匹配
得到测试结果，整调时各单元模块的阻抗不匹配成为影响性能的主要原因之一。
（2）电容的选用不当。
在信号的传输过程中，哪怕是几厘米的传输距离，所产
生的干扰也可能会很大，在单元电路的输入输出接口处应尽可能的选用适合稳定信号的电容类型与电容大小，电容的选用需要理论与经验结合，大多数时候都需要多试几次，确定最好的选择。
（3）周围仪器的干扰。
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，即使有交叉，也应尽量保持垂直。
（4）地线越多越好。
地线在电路中构成网络有利于抗干扰稳定信号。
（5）测试小信号时，如果用小信号本身作为示波器触发信号，则很难让图像稳
定，往往容易走入迷途。
为了能更好的观察输出信号，可采用外部触发的方式，
但比较麻烦，最简单的方法是利用示波器另一通道取电路中的稳定信号作为触发信号。
3.3组成电路有关说明
3.3.1增益自动整定电路
增益自动整定电路由增益整定电路、固定增益电路、OPA300放大电路、峰
值检波电路构成。
（1）增益整定电路可引用芯片VCA822
功能说明：
通过反馈回路的小信号输入VCA822的VG端，使输入信号为一个合适的范围时，根据输入的信号来自动调整增益，将小信号进行放大、大的信号进行衰减，最终达到要进入后级放大的一个比较合适的幅值。
图1由VCA822构成的增益可调整电路
（2）固定增益电路[]可引用芯片OPA300
由于输入信号的幅值是变化的，为了实现增益自动控制，在前一级输出后，我们采用了固定增益放大器、峰值检波电路以及电压比较电路组成的反馈电路，实现VCA822的增益自动控制。
在输入信号变化的情况下，自动衰减为固定峰峰值0.25V的信号输出。
通过设定电阻R4=3R3来设定该放大器的放大倍数为四倍，即Vout=（1+Rf/R）Vin，将VCA810的输出信号放大到能满足检波需要的信号。
图2固定增益电路
（3）放大电路可引用芯片VCA810
功能说明：
通过调节基准电压来控制输入VC端的电压，从而控制该电路的增益Vout=-Vin*G,，达到设计要求。
当VC端的电压为-1V时G=0dB;
，当VC端的电压为-2V时G=40dB
（4）峰值检波电路
选择RC电路时间常数大一些，则输出信号的波形很好，选择RC电路时间常数小一些，则会发现检波前后的信号幅值的差异变小，信号之中的快变分量明显变好。
将OPA300的信号通过二极管进行整流并且有0.7V的管压降，再通过电阻、电容的组合进行检波。
经过由OPA727构成的比较器处理后输出。
图3峰值检波电路
3.3.2增益数控电路[]
用芯片NE555构成一个多谐波发生器其频率f=1/0.7（R1+2R2）C提供脉冲波，用RS触发器、十进制计数器和与非门能够达到每按一下按键就能通过十个脉冲，平时该输出口处于高电平。
用一个按键与一个上拉电阻构成一个开关，平时处于高电平，每按一次形成一个脉冲。
将这两个脉冲输出连接到与非门的输入端，再将与非的结果输入到X9C102P的INC端调节输出电压。
图4增益数控电路
3.3.3末级VCA822放大电路
信号在前级的增益自动调整之后，比较适合于后级放大电路放大，以达到想要的那个幅4.系统测试方法介绍值，符合一定的范围要求。
而具体的放大后的输出幅值，要达到具体的要求，同时这也与前级增益调整电路密切相关，前级增益的设定影响着后级放大电路。
当我们设计出了有关电路的方案时，要同时想出一套测试电路性能的方案。
首先测试电路的调整范围及输出能力。
调整函数信号发生器，让它可以产生20mVpp、50mVpp、100mVpp、200mVpp、500mVpp、1.0Vpp、1.5Vpp和2.0Vpp等等的正弦波信号、三角波信号和方波信号，在每个输入信号测试点，利用双踪示波器比较观察输出信号是否达到我们预期想要达到的幅值。
在每个信号测试点都用步进按钮测试步进加/减、粗调和细调是否工作正常，填写《输出能力及步进能力测试表》。
然后测试步进粗调和细调。
调整函数信号发生器，产生20mVpp、50mVpp、500mVpp、1.0Vpp和2.0Vpp等的正弦信号、三角波信号和方波信号，在每个信号测试点都用步进按钮测试步进加/减、粗调和细调，利用双踪示波器观察输出信号的变化情况，填写《10步粗调测试表》和《100步细调测试表》等的步进能力测试表，这个可按实际具体要求进行填写。
5结语
输出幅值可数控的放大电路的设计有多种方法，其中有关放大电路的构建对整个设计电路来说是重中之重，但也是最基础的，它的构建方法有很多，可以选择我们在模拟电路课本上的多种构建方法，也可以选择压控放大器来构建。
而对输出信号的幅值进行数控则是我们在放大电路构建的基础上要实现的一个目的。
数控的实现方法也有很多，查阅资料之后，本文主要是选择数字电位器进行对输出幅值的数控。
而整个设计电路比较核心的部分就是放大电路的构建，它又可以粗分为自动增益整定电路和输出级放大电路，这其中又涉及到有关芯片和放大电路的选择，以及在做实物电路时，要考虑外界环境对于电路信号的影响。
参考文献
升级会员 