可控放大器成功作品.docx

可控放大器成功作品.docx

《可控放大器成功作品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可控放大器成功作品.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

可控放大器成功作品

2012年福建省大学生电子设计竞赛

可控放大器（第一题）

【通用组】

组长：

XXX

成员：

XXX

XXX

指导人：

XX老师

2012年8月22日

摘要

本设计由本系统主要由程控放大模块、程控滤波模块、电源模块、单片机控制和显示模块五个模块构成。

电源本着低噪声、稳定可靠的原则，设计了±12V、±5V和可调任意电压的工作电压；程控放大模块用AD603可控增益放大器芯片设计成高增益，高宽带直流放大器，放大倍数在20-60dB之间进行调节（实际可超过55dB），最小增益为0.1dB；程控滤波模块采用开关电容式滤波器芯片MAX262，通过程序控制对该芯片进行Q值，阶次，中心频率/截止频率的设置，可以实现低通、高通、带通等等滤波器设计，而且控制简单，且精度较高；采用AT89C52单片机控制数模转换（DAC0832）进行程控放大模块、程控滤波模块；系统具有按键输入预置，程控增益可调和液晶显示，具有很强的实际应用能力。

关键词：

程控放大器AD603DAC0832程控滤波器MAX262

可控放大器（第一题）

【通用组】

1系统方案

本系统主要由程控放大模块、程控滤波模块、电源模块、单片机控制和显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1程控放大模块的论证与选择

放大器的输入信号振幅为20mv，属于微弱信号。

为了提高其信噪比，便于后级处理，我们对输入信号进行了一级固定增益放大。

考虑到题目要求的动态范围较宽，我们把增益调节部分设置为两级。

结构框图如下

放大器结构框图

1.1.1前级放大模块的论证与选择

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：

AD603是美国AD公司继AD600后推出的宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片。

采用AD603模式二将控制电压控制在-0.5V~+0.5V之间，就能保证放大器放大倍数在0dB~40dB之间连续可调，根据程序设计，可以保证放大倍数最小步进为0.1dB。

此方案具有较高的增益控制精度，并且电路不复杂，思路清晰，容易实现。

综合考虑采用方案三。

1.1.2后级放大模块的论证与选择

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，但是不可控因素多，电路稳定性差，受干扰严重，调试麻烦。

方案二:

采用集成运放构成同相比例放大器，电路简单，放大倍数稳定。

NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。

与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。

综合考虑采用方案二。

1.2程控滤波模块的论证与选择

方案一：

设计电阻可调的RC有源滤波器。

利用数字电位器代替RC有源滤波器其中一个电阻达到对该滤波器截止频率的改变。

但此方案由于单电阻对截止频率调节范围的局限，同时数字电位器也存在量化程度的局限，很难实现高精度。

方案二：

数字滤波法。

FPGA内部写滤波器，实现模拟滤波的数字化。

数字滤波器的中心频率可通过送入不同的抽头系数而改变。

它的滤波特性好，可靠性高，无需改变硬件，程控方便。

但是，实际尝试发现，要达到较好的滤波效果，滤波器的阶数都在几十阶，占用系统资源巨大。

而且在滤波器前要加入取样保持电路和模数转换器，滤波后需要DA转换输出，增加了对系统硬件的要求。

方案三：

采用连续时间方式有源滤波器芯片，通过选通外围设计电阻来实现截止频率可调。

此方案要实现1KHz步进可调，就需要构建庞大的电路，无论从焊接和调试的角度都不可取。

方案四：

采用开关电容式滤波器芯片MAX262。

通过程序控制对该芯片进行Q值，阶次，中心频率/截止频率的设置，可以实现通用的滤波器设计，而且控制简单，且精度较高，阻带衰减程度也能满足要求。

比较上述四个方案，方案四具有明显的优势，所以选择方案四。

1.3控制系统的论证与选择

1.3.1单片机控制模块的论证与选择

本设计采用的CPU是51系列单片机中的AT89C52芯片，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52控制模块利用外部12MHz的晶振让单片机内部工作，晶振旁边所接的两个小电容是为将晶振的一些杂波进行一个过滤，即起着一个滤波器的作用，能够更好的提高系统的稳定性。

复位电路采用按键即复位的形式，当9脚为高电平的瞬间，单片机复位，即单片机重新开始工作，原来存储在单片机中的内容会消失，复位电路下面采用的电阻是起着一个保护的作用，能够控制电流值而不让单片机损坏。

D/A转换采用的是DAC0832芯片进行D/A转换，DAC0832输出的信号是电流信号，因此抗干扰能力很强，精度较高，输出电路采用LM358构成的后级电路，将电流信号转换为0~5V的电压信号，以便于后级电路的使用。

DAC0832市场上比较常见且较便宜的8位D/A转换芯片。

1.3.2显示模块的论证与选择

对于程控放大模块，因为显示字符数较少，故采用是16引脚线的LCD，能够同时显示16*02即32字符（16列2行），1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符包括：

阿拉伯数字，英文大小写，常用符号等，每个符号有一个固定的代码，代码采用ASCII码编码，在本试验中直接编程即可，1602液晶是通过先选择所要显示字符的位置，然后再将所要显示的字符代码写入以完成一个字符的显示。

对于程控滤波模块，由于字数显示数较多，故采用LCD12864液晶。

12864液晶带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

1.4电源模块的论证与选择

本设计所使用到的电源为+5V,-5V,+12V,-12V的电压，因为采用的电源比较多，市场上所提供的电源很难驱动，因此本实验采用7805，7812，7905，7912自己设计构成的线性稳压电源，能够提供足够的电压与电流来保证本试验的进行。

经过试验的验证本电压稳定性好，在小信号0~20MHz的带宽中能保证试验的效果，而不会因为电源而带入干扰而使输出信号波形发生变化。

本电源先通过变压器将220V的交流电降压为15V的交流电，然后通过整流二极管进行整流，随后通过电容滤波器与稳压器（7805，7812，7905，7912）最后输出电压还要通过多级滤波电路，以保证输出的直流电压稳定而不含有高频分量，以免对试验产生干扰。

2系统理论分析与计算

2.1程控放大模块的分析与计算

由前级放大模块AD603放大63倍，后级放大模块放大10倍，总增益达到56dB。

2.1.1前级放大模块

通过TL431与精密可调电阻调节一个2.5V的电压与控制模块DAC0832产生的0~5V的电压做减法运算得到（-2.5V~+2.5V），在后级电路上进行分压（是输入信号的五分之一）从而得到（-0.5V~+0.5V）提供给AD603的Vg。

AD603中VOUT与FDBK之间外接一个电阻REXT，FDBK与COMN端之间接一个5.6uF的电容频率补偿。

本设计中，增益G（dB）与控制电压VG之间的关系为：

其中（单位为伏特），Goi分别为三种不同模式的增益常量：

GO1=10dB，GO2=10~30dB（由REXT决定，当REXT=2.15千欧时，GO2=20dB），GO3=30dB。

我们采用方式二，GO2=20dB。

最小步进能达到0.1dB。

2.1.2后级放大模块

利用NE5532接成同相放大模式：

其中R11=1K，调节RP7=9K，放大10倍。

2.2程控滤波模块的分析与计算

MAX262电路由芯片AT89C52的P0口来控制，由单片机的P0.0～P0.5口及P2.1将数据送入存储器74HC573存起来，再送入MAX262。

通过设置相应的参数，可实现低通、高通、带通滤波。

前级采用OP07运放隔离缓冲。

后级采用NE5532缓冲。

2.2.1低通滤波器

根据题目要求有：

滤波器设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～10kHz范围内可调，调节的频率步进为1KHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。

则MAX262工作设置为方式一。

方式一可以很好的实现全极点低通和带通滤波器，如巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等。

它有较高的fo和fn。

查表，可得低通编码程序地址单元。

2.2.2高通滤波器

根据题目要求有：

滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～10kHz范围内可调，调节的频率步进为0.5kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。

则MAX262工作方式设置为方式三。

方式三是实现高通滤波器的唯一方式。

工作时钟频率略低于方式一。

查表，可得低通编码程序地址单元。

2.2.3带通滤波器

根据题目要求有：

带通滤波器，中心频率25kHz，通频带5kHz，在20kHz和30kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。

MAX262工作于方式一。

为w=wo处的带通输出增益。

为复数极点对的中心频率。

输出相移-180.

查表，可得低通编码程序地址单元。

3电路与程序设计

3.1电路的设计

3.1.1系统总体框图

系统总体框图如图1所示：

图1系统总体框图

3.1.2程控放大模块子系统框图与电路原理图

1、程控放大模块子系统框图

图2程控放大模块子系统框图

2、前级放大模块子系统电路

图3前级放大模块子系统电路

2、后级放大模块子系统电路

图4后级放大模块子系统电路

3.1.3程控滤波模块子系统框图与电路原理图

1、程控滤波模块子系统框图

图4程控滤波模块子系统框图

2、程控滤波模块子系统电路图

图4程控滤波模块子系统电路图

3.1.4电源

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。

为整个系统提供

5V或者

12V电压，确保电路的正常稳定工作。

这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。

3.2程序的设计

3.2.1程序功能描述与设计思路

1、程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现频率、幅值的设置和显示。

1）键盘实现功能：

设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。

2）显示部分：

显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。

3.2.2程序流程图

4测试方案与测试结果

4.