以 ti 公司 16 位超低功耗单片机 MSP430F247 为核心,前级高共模抑 制比放大器、滤波电路 、后级放大电路和显示与控制模块构成。在前级放大电 路中,由OPA690和压控可变增益宽带运算放大器 VCA820 对输入信号进行放大;后级由 THS3001 和分立元件构成功率放大并达到大于 10V 的有效值输出。单片机 控制和数据处理模块可以程控调节放大器的增益,可预置3dB 带宽预置并显示,预置数据发生到 DA 转换器 TLV5619 输入端实现程控增益放大。本设计进行合理 的级联和阻抗匹配,兼顾电磁兼容合理的 PCB 布板,加入后级负反馈互补输出级,全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。 应用单片机和数字信号处理技术对增 益进行预置和控制,系统稳定性好,抗干扰能力强,可控范围大,能很好的抑制直流零点漂移。
方案论证与比较
1、可控增益放大器部分
方案一 :由晶体管和运算放大器实现。 为了满足增益大于 60dB 的要求, 可 以采用多级放大电路实现。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路 比较复杂, 工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。 此外,由于采用多级放大, 电路稳定性差,容易产生自激现象,但电路成本较低。 方案二:采用一级程控放大器+运算放大器实现。前级运放完成高增益放大, 后级程控放大器实现程控功能,本方案控制简单,能对较大增益范围实现程控, 但由于前段高倍数放大,使得程控步进较小,精度不高。 方案三 :采用两级程控级联构成的前级放大电路。 对不同大小的输入信号 进行前级放大。由于程控放大器具有放大和衰减功能,因此本方案能实现微小步 进的程控,也能对较大范围的增益实现程控,但电路调试困难,控制复杂,对 PCB 有较高要求。 通过对题目要求的程控步进(5dB),增益范围(0~60dB),以及信号频率 (DC~10MHZ)的分析,最终我们采用方案三。
2、功率放大部分 方案一 :使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性 能稳定、有详细的文档说明。可是难以实现题目要求的输出 10V 有效值和 0-10MHz 的带宽。 方案二:使用分立元件自行搭建后级放大器。有不同电路分别对电压和电流进行放大,前级由运放对信号电压进行放大,后级由分立元件搭成功率放大电路 对信号进行功率放大。 使用分立元件设计困难, 调试繁琐, 可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换, 在此时看来较集成电路灵活。 通过方案比较,考虑到时间关系,我们决定采用分离元件自行设计后级功率放大器。
二、系统设计 1、总体设计思路 根据题目的要求, 结合考虑过的各种方案,充分利用模拟和数字系统各自 的优点,发挥其优势,采用单片机预置和控制放大器增益的方法,大大提高了系
统的精度和可控性;后级放大器使用对管推挽互补输出驱动, 提高了输出电压 有效值。 我们使信号都在单片机的数字算法控制下得到最合理的前级放大, 使 其放大倍数精确。
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· 2011-12-15 14:12:17
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· 2012-7-29 16:22:57
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