穿越火线刷永久枪文档格式.docx
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目录
宽带直流放大器2
1方案设计与论证4
1.1方案设计与比较4
1.2理论分析与参数计算5
2硬件电路设计5
2.1系统框图5
2.2主要模块电路6
3软件设计8
4系统测试和数据分析9
4.1测试仪器9
4.2测试方法9
4.3相关测试数据9
5结论与系统改进措施10
5.1完成基本和扩展功能要求10
5.2存在问题及改进措施10
1方案设计与论证
1.1方案设计与比较
1.1.1可控增益放大器部分
方案一：
采用场效应管或三极管控制增益。
主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案二：
为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。
利用D/A转换器的VRef作信号的输入端，D/A的输出端做输出。
用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。
此方案简单易行，精确度高，但经实验知：
转化非线性误差大，带宽只有几kHz，而且当信号频率较高时，系统容易发生自激，因此未选此方案。
方案三：
根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现（如运放VCA810）。
其特点是以dB为单位进行调节，可调增益±
40dB，可以用单片机方便地预置增益。
电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
所以本系统采用方案三。
1.1.2功率输出部分
用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。
但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是短时间内手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用此方案。
直接使用集成电压跟随器BUF634。
由于题目要求通频带从0Hz到10MHz，并能驱动50W的负载，单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出，要做到10V有效值输出难度较大。
而再在输出端用4片BUF634并联跟随，每一片BUF634最大可提供250mA的电流输出，输出最大电流可达1A，完全满足题目要求，本方案简单易行，且效率较高，所以采用方案二。
1.1.3稳压电源部分
线性稳压电源。
其中包括并联型和串联型两种结构。
并联型电路复杂，效率低，仅用于对调整速率和精度要求较高的场合；
串联型电路比较简单，效率较高，且方便可靠。
开关稳压电源。
此方案虽效率高，但理论电路复杂，若专门为此题来设计开关电源，则成本太高。
因此，综合考虑电源模块选择方案一中的串联型线性稳压电源。
1.2理论分析与参数计算
1.2.1带宽增益积
带宽增益积（GBP）是这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数表示增益和带宽的乘积。
按照放大器的定义，这个乘积是一定的。
题目中要求放大器最大电压增益AV>
60dB，即Gain>
1000V/V。
放大器的通频带0～10MHz，所以本放大器的带宽增益积为GBP=1000×
10M=10G单个放大器是很难达到10G的GBP，所以我们考虑多级放大器级联。
经过查阅手册，OPA691的GBP为450M，级联上后级的VCA810和THS3001，足以达到题目要求。
1.2.2通频带内增益起伏控制
题目中要求通频带内增益起伏_1dB，本设计采用的是巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，虽然在阻频带内缓慢下降为零，但可以通过增加滤波器阶数来加快阻带内的衰减，符合题目要求。
经过滤波器设计软件FilterSolutions和仿真软件Multisim仿真，发现4阶的时候即可达到题目要求（仿真效果见附录图1、图2）这两个滤波器可同时作为放大器预置带宽点，通过继电器切换。
1.2.3放大器稳定性
（1）放大器板上所有运放电源线及数字信号线均加磁珠和电容滤波。
磁珠可滤除电流上的高频毛刺，电容滤除较低频率的干扰，它们配合在一起可较好地滤除电路上的串扰。
安装时尽量靠近IC电源和地。
（2）所有信号耦合用点解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。
（3）在两个焊接板之间传递模拟信号时用同轴电缆，信号输入输出使用SMA-BNC接头以使传输阻抗匹配，并可减少空间电磁波对本电路的干扰，同时避免放大器自激。
（4）数字电路部分和模拟电路部分的电源严格分开，同时数字地和模拟地电源地一点相连。
2硬件电路设计
2.1系统框图
本系统主要由由前级放大模块、增益控制模块、带宽预置模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块和电源模块组成。
如图1所示。
图2-1系统框图
2.2主要模块电路
2.2.1压控增益电路
可控增益调节部分我们使用压控增益放大器VCA810，VCA810在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB，且控制电压与增益dB数成线性关系，满足设计要求。
如图2所示。
图2-2压控增益电路
2.2.2低通滤波电路
低通滤波电路分为截止频率为5M和10M的两个电路，为了保证带内增益起伏小且滤波效果好，我们采用了两个2阶巴特沃斯低通滤波和切比雪夫低通滤波相结合的方式，保证了信号增益的平整同时又滤除了高频杂波。
图2-34阶5M低通滤波
图2-44阶10M低通滤波
3软件设计
软件主要实现数字调节步进及显示功能。
为了减少功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，控制数据设置完成之后，将微控制器设为低功耗模式。
键盘输入采用中断模式，而不是查询模式，这样键盘输入完成后，数据端口处于静态，这样可以大大降低数字系统对模拟信号的干扰。
软件流程图如图4。
图3-1软件流程图
4系统测试和数据分析
4.1测试仪器
（1）泰克TDS100260M数字示波器。
（2）MYWAVEMFG-304040M信号源。
4.2测试方法
（1）放大器预置带宽5M。
（2）输入0~5M信号,输入有效值为10mV的电压信号，测试通频带内是否平坦。
（3）改变输入电压有效值，分别记录在步进5dB的时候的输出电压有效值范围。
4.3相关测试数据
表4-1通频带内平坦度测试
频率
增益
1M
2M
3M
4M
5M
20dB
40dB
表4-2步进及带宽测试
输入值
步进增益
10mV
20mV
50mV
100mV
0dB
5dB
10dB
5结论与系统改进措施
5.1完成基本和扩展功能要求
（1）最大电压增益Av>
60dB，输入电压有效值Vi<
10mV。
（2）在Av＝40dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONP≤0.03V。
（3）最大输出电压正弦波有效值Vo≥5V，输出信号波形无明显失真。
（4）电压增益Av可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB；
放大器的带宽可预置并显示（5MHz、10MHz两点）。
在通频带内增益起伏≤1dB。
（5）通过制作开关电源来提高电源效率。
（6）本设计多使用集成芯片，以较低的成本实现了题目要求。
5.2存在问题及改进措施
（1）在每个模块都能正常工作的情况下，整机连调的时候会出现“共地”问题，导致整机会有一个50Hz的工频干扰。
改进措施是系统地线不能出现环路，所有地线最好一点接地，包括单片机的数字地和模拟地。
（2）在方案实施过程中，由于时间比较紧，来不及制版，而实验板的结构受限，导致频率过高的时候会引入干扰。
如果能在精确调整之后，将整体电路利用PCB开出电路板，减少连线引起的干扰，一定可以提高精度和性能。
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