学士学位论文-电子设计竞赛论文增益可控射频放大器Word格式文档下载.docx
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2系统理论分析与计算 2
2.1可控增益放大倍数的分析 2
2.1.1VCA824 2
2.2固定增益放大倍数的计算 2
2.2.1OPA847 2
3电路与程序设计 3
3.1电路的设计 3
3.1.1系统总体框图 3
3.1.2前级放大子系统框图与电路原理图 4
3.1.3可控增益子系统框图与电路原理图 5
3.1.4后级放大子系统框图与电路原理图 5
3.1.5控制系统框图与电路原理图 6
3.1.6电源 7
3.2程序的设计 7
3.2.1程序功能描述与设计思路 7
3.2.2程序流程图 8
4测试方案与测试结果 8
4.1测试方案 8
4.2测试条件与仪器 8
4.3测试结果及分析 9
4.3.1测试结果(数据) 9
4.3.2测试分析与结论 9
5总结心得 9
6参考文献 9
附录1:
电路原理图 10
附录2:
源程序 12
射频宽带放大器(D题)
【本科组】
1系统方案
本系统主要由可控增益模块、电源模块、单片机模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1可控增益部分的论证与选择
方案一:
由晶体管和运算放大器实现,为了满足增益大于40db要求,可以采用多级放大电路实现。
此方案需要大量采用分立元件,系统设计复杂,调试困难,尤其是增益的定量调节很难。
此外,犹豫采用分立元件以及多级放大,稳定性差,容易自激震荡。
方案二:
使用多级运算放大器+电位器实现。
选择高带宽高增益的运算放大器如VCA824,AD820等级联使用,再通过电位器手动调节其增益,实现可控增益。
方案优点在于可选器件较多,带宽,放大倍数容易满足,缺点是无法实现程控,而且由于电位器引入的噪声非常容易自激,稳定性较差。
方案三:
采用前后级固定增益,中间两级程控增益的方式。
前级对小信号做初步处理放大,并进行阻抗变换,中间两级用工作带宽大于130M的程控放大器VCA821进行放大或者衰减,后级再用一级固定做增益,最后再接一级射随放大,实现阻抗变换,提高了带载能力。
此方案中,每一级的增益都不大,保证了工作带宽,系统稳定性好,但是程控增益不好调节。
综合以上三种方案,选择方案三。
1.2电源模块的论证与选择
方案:
为了满足小信号放大,使输出波形不失真,该电源对纹波要求较高,并且为了给放大器供正负电压,我们采用LM317和LM337芯片降压到正负12伏,然后通过
LT1117系列降压到正负5伏,此方案能很好的满足我们对电源低纹波的要求。
跟其它常用稳压电源的不同显而易见,优势正是在此,所以我们选择此方案。
1.3控制系统的论证与选择
本题只需要提供一个控制信号给程控放大器,对运算要求不高,我们使用了成熟的
stm32103ZET6这款单片机,来提供控制和显示。
2系统理论分析与计算
2.1VCA824可控增益放大的分析
2.1.1VCA821增益放大计算 用VCA821做的增益放大器,我们采用它的典型电路,根据它的计算公式来控制增益,以下为它的相关资料。
15
DA转换
2.2OPA847固定放大增益分析
2.2.1为了符合题目要求的宽带,我们采用OPA847来做固定增益模块。
根据它的标准电路来搭建符合我们要求的电路,使它放大相应的倍数。
3电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图
信号输入
前级放大
后级放大
程控放大
信号输出
系统总体框图如图所示,
按键
单片机
显示
输入信号通过前级固定增益放大,将信号放大两倍送给程控增益级,单片机经过
计
算,通过DA提供控制电压,控制VCA824的增益,使得系统放大倍数可控。
后级先经过THS3201固定十倍增益,再跟随输出,提高输出功率,又达到了阻抗匹配的目的。
同时,由单片机控制液晶,显示出放大的倍数。
系统总体框图
3.1.2前级子系统电路原理图
1、前级子系统电路
前级由OPA847搭成同向放大器,放大倍数两倍,目的在于进行阻抗匹配,提高信噪比。
OPA847是一款的电压反馈型放大器,增益带宽积是3.9GHZ,体统增益稳定,用 5V电源供电,能够很好的实现降噪并拓宽带宽的作用,压摆率为625V/us,且其放大倍数为12,前级输入信号有效值小于等于20mV.
放大倍数
A=(R28/R20)+1=510/510+1=2
3.1.3可控增益子电路原理图
1、可控增益子系统电路
VCA824是是宽带压控放大器,10倍增益带宽为320MHZ,完全达到题目要求,通过调节VCA824压控端控制输出增益,实现增益可调。
VG是控制电源输入端,其控制电压范围为-1v~1v。
当G+=1V时,电压放大倍数最大。
公式为
G=2*(Rf/Rg)*(VG+1)/2
在Rf与Rg都确定的情况下其增益只取决于控制电压VG。
3.1.4后级子电路原理图
为了满足增益要求,我们使用TH3201在后级设计了一个放大器,固定放大十倍,
并且在最后设计了一个跟随器以提高带载能力并实现阻抗匹配。
原理图如下
3.1.5控制系统
后级子系统电路
本题只需要提供一个控制信号给程控放大器,对运算要求不高,我们使用了成熟
的stm32103ZET6
单片机控制DA输出的电压经过减法运算,使其输出在-1~1v,满足控制要求。
51单片机,按键,液晶原理图如下
3.1.6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键盘的设置和显示。
1)键盘实现功能:
设置增益倍数。
2)显示部分:
显示幅度值和增益倍数。
2、程序设计思路
通过单片机控制增益,同时将输出波形的幅度值显示在液晶屏上,通过按键来控制增益
3.2.2程序流程图
开始
1、主程序流程图系统软件设计
1系统总框图
初始化
按键扫描
DA控制放大器
结束
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
1、硬件测试
每级分开,单独测试,然后级联测试,测试是否达到要求。
2、软件仿真测试
液晶屏是否显示,按键是否能够控制增益
3、硬件软件联调
全部连接起来后,通过按键来控制增益,显示输出幅度,并用仪器检测,看是否显示准确
4.2测试条件与仪器
测试条件:
检查多次,仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检查无误,硬件电路保证无虚焊。
测试仪器:
高精度的数字毫伏表,模拟示波器,数字示波器,数字万用表,指针式万用表。
4.3测试结果及分析
4.3.1测试结果(数据)
VIN
OUT
增益
频率
1mvpp
0.123vpp
123倍
10MHZ
0.224vpp
224倍
0.566vpp
566倍
1.031vpp
1031倍
1.001vpp
1001倍
50MHZ
0.991vpp
991倍
100MHZ
0.651vpp
651倍
80MHZ
4.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据,该射频宽带放大器可以在0到60DB增益范围内可调,并且输出波形不失真,宽带可以达到基础部分要求,输出波形幅度也满足,由此可以得出以下结论:
1、最大增益60DB,并且可调。
2、宽带0~30MHZ,只能满足基本部分要求。
3、输出波形不失真,最大可以达到1vpp输出值,完全满足综上所述,本设计总体来说可以达到大部分设计要求。
5、总结与心得
通过此次四天三夜的比赛,我们看到了自身的不足,特别是在画电路图等基础部分上还要努力。
对于问题的发现和分析这种能力我们还需要提高,在今后的学习过程中得加强这方面。
我们还明白了团队合作的重要性,任何事只有协调好团队才能赢得双赢,获得最大的成就。
6、参考文献
1.全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(1994~1995)
2.全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001)[M].北京:
北京理工大学出版社,2003年第1版.
3.全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(1999)[M].北京:
北京理工大学出版社,2000年第1版.
4.高吉祥,黄智伟,陈和.高频电子线路[M].北京:
电子工业出版社,2003年第1版
5.黄智伟.无线数字收发电路设计[M].北京:
6.黄智伟.电子电路计算机仿真设计[M].北京:
电子工业出版社,2004年第1版
7.黄智伟.射频集成电路原理与应用[M].北京:
电路原理图
源程序
#include<
intrins.h>
#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar
#defineChannal_A
1
//通道A
#defineChannal_B
2
//通道B
#defineChannal_AB
3
//通道A&
B
//**************************一下为函数声明修
**************************************staticvoidDA_conver(uintDignum);
externvoidWrite_A_B(uintData_A,uintData_B,ucharChannal,bitMode
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 关 键 词:
- 学士学位 论文 电子设计 竞赛 增益 可控 射频放大器