增益带宽可调放大器毕业设计Word文档下载推荐.docx
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理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
增益带宽可调放大器
摘要:
本系统是由前级稳定放大电路,程控增益放大电路,程控的低通滤波器,功率放大电路,峰峰值显示和检测模块组成。
前级稳定放大电路,由低噪声,单位增益稳定的OPA637实现。
程控增益放大电路则是用VCA810,通过提供偏置电压来改变放大的倍数。
程控低通滤波则是以控制Max5160来改变电阻值实现对两阶的巴特沃斯低通滤波器截止频率的调整,。
功率放大电路则是用THs3091。
峰峰值显示和检测,通过有效值采集芯片AD637,使系统输入为正弦波时,输出电压的峰峰值和有效值的数字显示功能。
关键字:
可变增益放大器,程控滤波器,THS3091,AD637
目录
一、系统方案设计3
1.系统总体构成(设计框图)3
2.方案比较3
(1)缓冲放大部分3
(2)压控增益电路4
(3)程控滤波电路4
(4)功率放大模块4
(5)有效值采集模块5
二.数据分析5
1.增益带宽积5
2.增益分配分析5
3.通频带内增益起伏控制5
4.抑制零点漂移6
5.放大电路稳定6
三.电路设计6
1.缓冲放大部分6
2.可控增益程控放大7
3.程控滤波电路7
4.功率放大模块8
5.有效值检测电路9
三.测试方法与数据10
1.测试仪器10
2.测量方案与数据10
(一)可控电压增益≥40dB测量及峰峰值的检测10
(二)滤波器上限截止频率的检测11
(三)超上限后增益衰减测量12
(四)输出最大不失真峰峰值电压12
3.结果分析12
五.参考文献13
六.附件13
一、系统方案设计
1.系统总体构成(设计框图)
信号经过缓冲放大区,实现10倍的稳定放大,然后经过用单片机控制的压控增益电路和截止频率可控的滤波电路。
为了驱动50欧姆的负载电阻,使信号再通过一个功率放大电路,然后接上负载电阻。
经过有效值检测电路,将所测输出电压有效值,所控制的放大倍数以及所处的截止频率值,显示在LCD屏幕上。
2.方案比较
(1)缓冲放大部分
方案一:
由三极管等分立元件组成的放大电路实现电压跟随,本方案由于主要采用分立元件电路比较复杂,难于调试,尤其增益的定量调节不易实现。
方案二:
输入缓冲放大部分采用运算放大器OPA670,其增益宽带积为500MHz,可以实现输入信号10倍的增益放大。
因而选择方案二。
(2)压控增益电路
使用Max5160数字电位器和opa820,构成一个反馈阻值可控的放大电路。
Opa820的增益带宽积为480MHz,可以满足放大电路增益到100倍时,3MHz频率信号的通过。
VCA810是一个宽带、连续变化、电压控制增益放大器。
增益线性范围为-40dB到+40dB在dB/V。
零差分输入电压提供了一个带有小的直流偏移误差0V输出。
低输入噪声电压,确保在最高增益设置好输出信噪比。
因而使用方案二,采用VCA810作为压控增益,,电路简单。
(3)程控滤波电路
采用RC滤波电路,Max5160数字电位器,改变R阻值,但RC滤波衰减很大;
利用高速宽带运放OPA690设计二阶巴特沃思滤波器,其通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零。
通过Max5160来改变滤波电路的电阻参数,以实现控制截止频率。
因而采用方案二
(4)功率放大模块
采用THS3001,可达增益要求,但其增益不可调。
方案二:
THS3091是一种高电压,低失真,低噪声的放大器,宽带:
210兆赫(G=2时,基因Rl=100Ω),其性能高,精度高,性能好,能够实现很好的放大。
(5)有效值采集模块
采用AD736,其转换精度为(mv±
%RD)为0.5±
0.5(max),低成本级的AD736的精度与8位A/D转换的精度相同,高等级和AD736的精度高于8位A/D的转换精度,且它的3dB带宽为0.4MHz,它的性能都不及AD637。
AD637是当前国际上转换精度最高及频带最宽的真有效值转换器,
转它的3dB带宽为8MHz,在电源为正负5V供电情况下,当输入信号的频率不大于2MHz时,其输入信号的电压有效值在0.7V~4V范围内能保证测量误差。
。
经论证,选择AD637。
二.数据分析
1.增益带宽积
带宽增益积(GBP)是用来简单衡量放大器性能的一个参数,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。
按照题目发挥部分的要求,信号的通频带为20Hz~5MHz,最大电压增益AV>
40dB,则增益带宽积为:
5M×
10^(40/20)>
500MHz,又输出最小不失真峰峰值10V,我们采用分级放大的方式,使放大器整体增益超过40dB.尽量满足达到最小峰值的发挥要求。
2.增益分配分析
由于考虑到增益越大,频带宽度窄,整个结构的增益设计,经过前级的缓冲放大区放大10倍(20dB),VCA810可以实现-40dB-+40dB压控增益,这里设计其可以实现放大-26dB-+14dB的增益控制,功率放大电路则是采用6dB的增益控制。
3.通频带内增益起伏控制
在设计放大器频率范围从DC到5M,在5M的通频带内增益平坦。
所以选择通带最平坦的巴特沃紫滤波器来设计带宽。
OPA690在100MHz频带下的增益误差为0.1dB,VCA810增益起伏为0.3dB,THS3091在
V电源供电时,增益为2倍的情况下,增益起伏小于0.1dB,均满足指标要求。
4.抑制零点漂移
由于集成电路都有输入失调电压,经过高增益的放大使得输入失调电压放大。
通过在前两级放大电路间的输入和反馈间加上电位器,来调节输入输出级之间的失调电压。
5.放大电路稳定
为了尽可能的减小干扰,避免自激,在布线和走向上有做一些考虑。
构建闭路环,严格按照信号走向布线。
整个运放使用较粗的地线包围,缩短地线回路,并可吸收高频信号减小噪声;
各部分摆放位置按照信号走向,减小板与板之间的连线长度。
三.电路设计
1.缓冲放大部分
使用OPA690,进行正向10倍放大。
OPA690增益带宽积为500MHz,单位增益稳定,满足放大10倍,上限的截止频率达到5MHz的要求。
通过一个正向反馈运算放大的设计,加正负5伏的电源来供压。
2.可控增益程控放大
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,满足增益控制要求。
采用12位的DAC,TLV5616与单片机连接来产生不同幅值的模拟电压信号.再通过OPA2340方向放大电压,来控制VCA810.
3.程控滤波电路
采用巴特沃斯二阶低通滤波电路,如下图所示。
由于巴特沃斯滤波器的原理,R1和C2构成一个低通级,R3和C1构成积分环节,传递函数H(s):
Q=(
将
用数字电位器Max5160来代替,通过430单片机控制Max5160的输出阻值来达到程控滤波。
4.功率放大模块
末级采用高电压,低失真,电流反馈运算放大器THS3091增大驱动负载的能力。
THS3091为功率放大芯片,输出电流250mA,其增益带宽积为420MHz,本系统设计放大2倍,用正负12伏的电压做提供的电源,来满足输出的最大不失真峰峰值可以达到10V。
5.有效值检测电路
AD637是集成度高的整流滤波芯片,可以克服小信号的带来的误差,有较高的精度。
AD637是AD公司RMS-DC产品中精度最高、带宽最宽的交直流转换电路,对于1VRMS的信号,它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示,另外,AD637还具有电源自动关断功能,使得静态电流从3mA降至45µ
A.,可以测出任意波形交变信号的有效值,实验数据表明,在电源为正负5V供电情况下,当输入信号的频率不大于2MHz时,其输入信号的电压有效值在0.7V~4V范围内能保证测量误差。
图像如下图所示:
三.测试方法与数据
1.测试仪器
序号名称
型号
规格数量
1
DG1022任意波形发生器
2
普源DS1052E数字示波器
3
DF1731-SB3A直流稳压电源
4
UT39A数字万用表
2.测量方案与数据
(一)可控电压增益≥40dB测量及峰峰值的检测
测量方法:
用函数发生器产生1KHz,峰峰值为27mV的正弦信号,通过调节单片机上的按键,来控制增益放大倍数,并做计数测量。
输入峰峰值
(mv)
所设计的增益(dB/倍数)
示波器显示峰峰值/mV
示波器显示有效值
/mV
峰峰值测量电路显示值
增益误差
峰峰值测试误差
27
0/1
26.3
19.6
20
0%
2%
3/1.41
40
27.8
26
5%
4%
6/2.00
52
34.7
34
3%
9/2.81
80
57.2
58
1%
12/3.98
119
86.3
85
10%
0.3%
15/5.62
160
112.6
110
18/7.94
214
150.2
146
0.1%
0.7%
21/11.22
280
193.9
189
7%
0.9%
24/15.85
412
290.4
287
3.7%
1.2%
27/22.39
591
418.6
415
2.2%
0.8%
30/31.62
822
580.0
571
1.7%
33/44.69
1100
769.7
754
8.8%
36/63.09
1700
1204.3
1195
0.2%
39/90
2340
1655.8
1642
4.1%
40/100
2670
1880
1867
1.1%
0.6%
(二)滤波器上限截止频率的检测
测试方法:
在系统放大倍数为40dB时,Vpp=27mV,调节信号发生源频率值,用示波器观察输出峰峰值达到最大值峰峰值0.707倍时,验证其上限截止频率范围。
(三)超上限后增益衰减测量
调节系统截止频率到5MHz,输入的信号源Vpp为20mv,改变输入频率,测量并记录输出的电压峰峰值。
信号输入频率
输出峰峰值/mV
5MHz
824
6MHz
752
7MHz
616
8MHz
480
9MHz
420
10MHz
(四)输出最大不失真峰峰值电压
测量方式,在调到系统最大增益的条件下,不断增大信号源的输入电压,观察示波器,看最大不失真电压:
3.结果分析
1.电路系统的放大增益在误差允许的范围内,可以达到40dB;
2.Av的在0—40dB内,可以通过用单片机控制并显示增益步进,该设计的增益步为1dB。
3.最大增益下,系统的上限的截止频率可以达到3MHz。
4.放大电路的输出最大不失真峰峰值电压达到7V。
5.峰峰值测量并显示模块的测量误差小于2%,测量范围可以达到0.5v——10v。
五.参考文献
1、TI数据转换器应用手册——基础知识篇黄争编译;
2、TI运算放大器应用手册——基础知识篇黄争李琰编译;
3、电子技术基础——模拟部分(第五版)康华光《高等教育出版社》;
4、电子线路综合设计谢白美《华中科技大学出版社》;
六.附件
430单片机控制与显示程序:
#include<
msp430x14x.h>
#include"
Config.h"
math.h>
#defineCSnResNENP5OUT|=BIT2//CS为P5^2;
#defineCSnResENP5OUT&
=~BIT2
#defineINCnSETP5OUT|=BIT3//INC为P5^3;
#defineINCnCLRP5OUT&
=~BIT3
#defineUDSETP5OUT|=BIT4//U/D为P5^4;
#defineUDCLRP5OUT&
=~BIT4
#defineCSnDacENP3OUT&
#defineCSnDacNENP3OUT|=BIT2
#defineSCLK_HP3OUT|=BIT0
#defineSCLK_LP3OUT&
=~BIT0
#defineDIN_HP3OUT|=BIT1
#defineDIN_LP3OUT&
=~BIT1
#defineFS_HP3OUT|=BIT3
#defineFS_LP3OUT&
voidPort_Init();
voidLCD_write_com(ucharcom);
voidLCD_write_data(uchardata);
voidLCD_clear(void);
voidDisplayCgrom(ucharaddr,uchar*hz);
voidLCD_init(void);
voidDisplay();
voidresvalup();
voidresvaldown();
voidampvalup();
voidampvaldown();
voidADC_Init();
ucharTEMP_res=1;
intTEMP_amp=5;
uintTEMP_adc=1638;
staticucharFlag=0;
voidmain()
{
uchari;
Clock_Init();
WDT_Init();
Close_LED();
Port_Init();
ADC_Init();
_EINT();
Flag=1;
delay_ms(100);
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LCD_clear();
for(i=0;
i<
32;
i++)
{
resvalup();
}
ampvaldown();
//Display();
while
(1)
while(Flag==1)
ADC12CTL0|=ADC12SC;
ADC12CTL0&
=~ADC12SC;
Flag=0;
Display();
/*
resvaldown();
*/
voidPort_Init()
P4SEL=0X00;
//12864数据引脚
P4DIR=0XFF;
P4OUT=0X00;
//此行为12864的引脚,P5^0为RD/PSB,P5^1为/RST,P5^5为RS,P5^6为RW,P5^7为EC
//此行为输出点位器的输出引脚,P5^2为CS,P5^3为INC,P5^4为U/D
P5SEL=0X00;
P5DIR=0XFF;
P5OUT=0XFF;
/*P1SEL=0X00;
//4X4KEY
P1DIR=0X00;
P1OUT=0XFF;
P1IE|=BIT4+BIT5+BIT6+BIT7;
P1IES|=BIT4+BIT5+BIT6+BIT7;
//P6口留作ADC用
P6SEL|=BIT0;
P6DIR&
=~BIT0;
//P2口留作中断
//此行为tlv5616引脚,P3^0为SCLK,P3^1为DIN,P3^2为CSn,P3^3为FS
P3SEL&
=~(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);
P3DIR|=BIT0+BIT1+BIT2+BIT3;
P3OUT|=BIT0+BIT1+BIT2+BIT3;
PSB_SET;
//液晶并口方式
RST_SET;
//复位脚RST置高
}
//***********************************************************************
//显示屏命令写入函数
voidLCD_write_com(uns
- 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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