宽带放大器00753.doc

宽带放大器摘要：本系统以可变增益放大器AD603为核心，结合前级放大、功率放大、峰值检波和相应的数字控制模块，实现了通频带为300Hz～15MHz的宽带放大器其中功率放大采用高带宽、高摆率运放AD844实现，增益控制电压由12位D/AMAX7541给出最终放大器的增益调节范围为10dB～66dB，步进6dB，误差≤2dB；最大输出电压有效值≥6V，输出噪声电压峰峰值≤0.6V同时系统还具有AGC（自动增益控制）的功能，可使输出信号有效值稳定在4.5～5.5V以内，动态范围≥20dB整个系统结构简单，界面友好关键词：AD603；宽带放大器；功率放大；峰值检波Abstract：This system is a wideband amplifier with its passband from 300Hz to 15MHz.It is mainly composed of first stage amplifier,power amplifier, peak value detector,digital control and PGA AD603,which is the core of our system.The high-bandwidth amplifier with high slew rate AD844 plays the role of power amplifier,the gain control voltage is given by the 12-bit D/A converter MAX7541.Finally,our amplifier,of which the gain adjustment ranging from 10dB to 66dB with its error less than 2dB,is able to output signals with its rms more than 6V.The peak-to-peak value of the accompanied noise is less than 0.6V.Meanwhile,our system has the function of automatic gain control,which can limit the output signal’s rms to the range from 4.5V to 5.5V and has a dynamic range more than 20dB.The whole system is simple in its frame with a friendly interface.Keywords:AD603, wideband amplifier, power amplifier, peak value detector正文目录一、方案论证与选择 21．题目任务要求及相关指标的分析 22．方案的比较与选择 2二、系统总体设计方案及实现方框图； 3三、理论分析与计算 3四、主要功能电路的设计 4五、系统软件的设计 61．基本内容 62．流程图注意要点 6六、测试数据与分析 71．测试原理与方法 72．使用仪器及型号 73．测试数据结果 74．数据分析 8七、总结分析与结论。

8八、参考文献 9 一、方案论证与选择1．题目任务要求及相关指标的分析 题目要求制作一个宽带放大器，根据给出的各项指标，可知本系统的难点如下： （1）对宽带信号（10K～6MHz）进行可变增益放大2）增益多级可调，步进值小而精确3）输出电压有效值≥6V2．方案的比较与选择 （1）增益控制部分方案一：采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为D/A的基准电压理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节但是，由于控制量和增益呈指数关系，会造成增益调节不均匀方案二：采用可变增益放大器（PGA）实现其原理框图如图1：控制电压MCUD/APGA输出信号输入信号 图1 PGA原理框图增益控制芯片选用AD603，它是一款低噪声、精确控制的可变增益放大器，其增益与控制电压呈线性关系，可以方便地利用D/A输出电压控制放大器的增益题目要求增益步进可调，对增益控制的均匀性要求较高，故本系统采用方案二2）功率放大部分 方案一：采用三极管等分立器件实现该方法可以较为准确地调节放大倍数、输入输出阻抗等参数，但实际的调试过程比较复杂，而且由于分立元件的分布参数较大，会引入较大噪声和干扰。

方案二：采用驱动电流较大的放大器实现，如ADI公司生产的AD811、AD844等芯片该方法电路简单，增益可调，且只要芯片性能优良可以达到很高的信噪比两种方案都可以达到题目的要求，但方案二实现较简单，方便调试，故采用方案二3）峰值检测部分方案一：采用真有效值检测芯片实现，如ADI公司生产的AD637这种方案电路实现简单，精度较高，但带宽较低，一般只有1MHz左右方案二：搭建峰值检波电路实现此方案利用二极管和射级跟随器实现，电路比较简单，且带宽较高考虑到题目要求的带宽为6MHz，本系统采用方案二4）AGC部分方案一：采用模拟方法实现其组成框图如下：增益控制输入信号A/D输出信号 图2 模拟AGC组成框图即通过引入由峰值检波构成的反馈环节来达到自动增益控制的目的此方案的缺点是反应速度较慢方案二：采用数字方法实现即运用程控放大的思想，通过A/D采样获得信号的实际幅值，与预设值比较后通过D/A控制放大器的增益，从而达到稳定幅值的目的考虑到方案二的实时性较高，且可以直接在系统的增益控制部分实现，无须另外引入电路，本系统采用方案二二、系统总体设计方案及实现方框图整个系统主要由增益控制、功率放大和峰值检测三个部分组成。

其中增益控制采用可变增益放大器AD603结合D/A转换器实现；功率放大采用集成芯片AD844实现；峰值检测采用二极管和射随器构成的峰值检波电路实现总体框图如下：前级10dB放大可变增益放大（-20dB～36dB）功率放大20dB峰值检波A/D转换12位D/A转换FPGA单片机负载600Ω输入信号图3 系统组成框图三、理论分析与计算 1、可调增益范围的分析 题目要求的动态范围是48dB，而AD603的动态增益范围是40dB，所以需要两片AD603级联才能达到题目要求为了使AD603的带宽最大，我们采用了-20dB～60dB的接法题目要求的增益调节范围是10dB～58dB，所以需要在AD603的前级和后级对总增益进行调整考虑到信号源的最小输出幅值为50mV，并结合题目中最大输出电压有效值≥6V的要求，我们在AD603前级进行10dB的放大，在功放部分进行20dB的放大，从而使总增益的调节范围达到题目要求 2、增益步进指标的分析 题目要求增益9级可调，步进6dB，误差≤2dB这就要求D/A能够输出精确而稳定的增益控制电压，这里AD603的控制电压范围是-0.5V～+0.5V，所以我们采用双级性接法的12位D/A，并由2.5V的精密基准电压芯片给D/A提供参考电压，控制电压理论误差为2.5×1/4096=0.0006V，最终达到了步进1dB的指标。

3、通频带指标的分析 题目要求的通频带为10KHz～6MHz为保证系统在这么宽的频带内正常工作，需要对系统电路板进行合理地布线，以防止自激和串扰等现象的发生我们采取了以下措施； （1）模拟部分的电源均采用大电容并接小电容的方法进行滤波，其中可变增益部分和功放部分的电源分别单独供电 （2）模块之间的走线均采用屏蔽线，数字地和模拟地用磁珠进行隔离四、主要功能电路的设计 1、可变增益放大电路 该电路由两级可变增益放大器AD603实现，采用并联接法，级间用大电容并接小电容进行耦合，兼顾高频和低频信号的通过为了避免信号对电源产生干扰，信号线和电源线从电路板上下两层分开走线具体电路图如下：图4可变增益放大电路2、功率放大电路 该电路以宽带、高摆率运放AD844作为功率放大器，前面引入由MAX477构成的射极跟随器与前极电路进行隔离和阻抗变换电路图如下：图5功率放大电路 3、峰值检波电路 该电路由检波二极管IN60和电压射随器构成由于被测信号频率较低时检波纹波较大，所以在输出端增加小电容和大电容并联构成的电容池以滤除纹波。

电路图如下： 图6峰值检波电路 五、系统软件的设计1、软件的设计思想、控制方法和特色之处 本系统的软件部分采用结构化和层次化的设计方法，具体是指把底层的硬件接口处理编制为独立底层子程序，并向上提供处理的数据；而相应基本功能模块利用底层处理子程序处理的数据、不直接与硬件打交道，并向上层全功能模块提供处理后的数据；交互等全功能模块再利用基本功能模块提供的接口构建完成本模块功能；最后，主程序调用相关的全功能模块构建出系统 2、程序流程图按键中断中断出口是否进行AGC功能是否在预设范围内输出控制电压预置增益采样计算计算控制电压调整增益控制电压否是是否图7 程序流程图源程序六、测试数据与分析1．测试原理与方法 题目中3dB通带、带内增益起伏、增益调节范围、步进间隔、AGC功能及最大输出电压有效值的测试均可以通过调节信号源结合示波器的观察来测试，输出噪声电压的测试根据题目要求，可将输入交流短路，调节增益为58dB进行测试2．使用仪器及型号 清华同方计算机：奔腾四CPU+512M内存+WindowsXP操作系统直流稳压稳流电源：型号SG1733SB3A 60M数字存储示波器：型号Tektronix TDS1002 数字信号源：型号Agilent 33120A 万用表：型号MF47F3．测试数据结果略。

七、总结分析与结论 略八、参考文献。