宽带直流低噪声放大器设计电子类毕业设计论文

1、南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文目 录摘要1Abstract2第1章 绪论31.1本课题研究背景31.2本课题研究意义31.3本课题主要研究内容4第2章 系统的设计方案论证52.1系统总体方案52.2 前级缓冲电路方案论证52.3中间放大级方案论证62.4末级功率放大方案论证62.5系统控制显示论证72.5.1 系统处理器的选择72.5.2 系统显示的选择72.6滤波电路方案论证8第3章 系统的理论分析与计算93.1 带宽增益积分析93.2 通频带内增益起伏控制分析103.3 抑制零点漂移分析103.4系统固有噪声分析抑113.5 线性相位分析与计算113.6放大器稳定性分析12第4章 系统的电路原理和设计134.1 前级跟随电路设计134.2中间放大级和滤波电路设计134.2.1 压控运放AD603原理与电路144.2.2 控制电压产生电路154.2.3 滤波电路设计174.3 末级功率放大电路184.4人机接口电路204.4.1 液晶接口电路204.4.2 键盘接口电路214.5 稳压电源电路23第5章 系统的软件设计255.1 系统总体软件设计255.2 液晶显示部分

2、软件设计265.3键盘管理模块软件设计285.3.1 I2C总线软件设计285.3.2 ZLG7290软件设计305.4 单片机控制DA产生电压模块软件设计32第6章 系统调试及测试结果346.1 调试过程中若干问题的解决346.1.1 系统防干扰措施346.1.2 电路设计中遇到的问题及解决方案346.2系统调试和测试结果35第7章 总结与展望377.1 总结377.2 展望37参考文献38致 谢3935摘要宽带直流低噪声放大器技术是当今电气控制与通讯领域技术发展的热点之一。它的出现，标志着工业控制技术与通讯领域又一个新的突破，并将对这些领域的发展产生重要影响。本次设计，充分的利用了数字系统以模拟的优点并结合了单片机预置和控制增益放大器，这使系统的精确度和可控性得到了大大的提高。前级缓冲级采用超宽带高压运放OPA642做电压跟随输入级，中间放大级采用压控放大器AD603配合AD818的滤波电路，末级级功率放大级是使用低噪声的运放和高压高速缓冲器搭配，使输出电压的有效值得到提高。利用单片机及数字算法控制信号得到了合理的前级放大和精确的放大倍数，同时由液晶显示屏显示出来。论文详细阐述了该

3、课题的设计方案，前级缓冲级、中间放大级、末级级功率放大级电路设计，介绍了硬件构造和程序流程，最后介绍了该系统的初步实验结果和系统下一步开发的展望。关键字 ：宽带直流低噪声放大器，前级缓冲级，中间放大级，末级级功率放大级AbstractThe technology of Broadband Low Noise Amplifier DC is one of the hotspots of technological development in the field of electrical control and communications today. Its appearance marked a new breakthrough in the field of industrial control technology and communications. And it will have a major impact on the development of these areas.The design full use of the advantages of digit

4、al systems simulation and combined with SCM preset and control gain amplifier, which makes the system accuracy and controllability improved greatly. The front buffer stage use ultra broadband high-voltage operational amplifier OPA642 as voltage follower input stage, the middle amplification use the filter circuit which posed by voltage-controlled amplifier AD603 and the AD818, the final stage power amplification stage is to use low-noise amplifier and high-voltage high-speed buffer to improve th

5、e RMS of output voltage. Using single chip and digital control signal algorithm have obtained reasonably Preamplifier and accurate magnification, while the LCD display. The paper described the design of the subject in detail, the front buffer, the middle zoom level, the final stage power amplification stage, and its circuit design, introduced the hardware structure and program flow, and finally presented the preliminary results of the system and the systematic next development prospects.Keywords

6、: Broadband DC low noise amplifier, the front buffer, the middle zoom level, the final stage power amplification stage第1章 绪论1.1本课题研究背景随着我国国民经济的发展和综合国力的增强，人民的生活质量获得很大提高。随着科技和通讯技术的高速发展和应用，而以网络技术为核心的信息通信技术的迅速渗入，极大扩展了放大器的应用范围。宽带放大器是通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。宽带放大器还用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。此可知宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，对于它的要求也越来越高。1.2本课题研究

7、意义宽带直流低噪声放大器技术是当今电气控制与通讯领域技术发展的热点之一，被誉为电气内领域内的枢纽。它的出现，标志着工业控制技术与通讯领域又一个新的突破，并将对这些领域的发展产生重要影响。超宽带（UWB）技术始于20世纪60年代脉冲通信技术，利用频谱极宽的超短脉冲进行通信。主要用于雷达、定位和通信系统中。低噪声放大器(low noise amplifier 简称LNA)是超宽带接收机系统中的重要模块之一。在成熟的窄带低噪声放大器研究的基础上，超宽带低噪声放大器的研究的基础上，超宽带低噪声的研究的研制得到了飞速的发展。从2002年超宽带批准应用于民用以来，各个大学和研究机构都争相对超宽带低噪声宽带放大器进行研制。超宽带LNA与窄带LNA设计有所不同的是：(1)要在超宽带内实现输入输出匹配；(2)要在带内有平坦的增益;(3)受到有源器件的增益乘积的限制。目前低噪声放大器的技术已经比较成熟，UWB LNA伴随着半导体技术的进步而得到飞速的发展。目前难点和热点是如何提高低噪声的噪声性能。线性度和带宽，进一步降低电压合功耗实现单片机的集成；由于UWB系统有着较高的科研性和广阔的市场的前景，因此设计

8、高性能的超宽带LNA是很有研究价值。在应用的场景下，如果信号过小，混频器无法检测。信号过大又对后级造成过载。如果在信号幅值变化的情况下，这就要求LNA的增益可调。其次，具有可调功能，能适用实际应用中的各种需要，具有更大的灵活性。再次，增益和功耗有一定的关系。具有增益可调功能的低噪声放大器可以很好地降低功耗。目前提出的窄带的增益可调的低噪声放大器，但是具有连续增益可调功能的超宽带低噪声放大器还没人提出，因此本课题具有一定科研首创性。1.3本课题主要研究内容根据本次课题的要求，我们认真取舍，充分的利用了数字系统以模拟的优点并结合了单片机预置和控制放大器，这使系统的精确度和可控性得到了大大的提高。后级放大器是使用低噪声的运放和高压高速缓冲器搭配，使输出电压的有效值得到提高；利用单片机及数字算法控制信号得到了合理的前级放大和精确的放大倍数，同时由液晶显示屏显示出来。电压增益AV60dB，输入电压有效值Vi10mV，AV可在060dB范围内手动连续调节。最大输出电压正弦波有效值Vo10V，输出信号波形无明显失真。电压增益AV可预置并显示，预置范围为060dB，步距为1dB；放大器的带宽可预置并显

9、示（在5MHz、 10MHz 两点）。放大器的输入电阻50W，负载电阻（502）W。3dB通频带010MHz；在09MHz通频带内增益起伏1dB。人机接口友好，该系统采用128*64大屏幕液晶显示器对参数和各种信息进行显示，并具有简单明了的按键，方便用户进行设置。制作此次设计所用的电源。本次课题设计放大器的幅频特性曲线如图1-1所示。、图1-1 放大器的幅频特性曲线第2章 系统的设计方案论证2.1系统总体方案根据放大器设计的要求指标，带宽和增益要求，放大器的带宽要求可选，为10 MHz和5 MHz，增益在060dB连续可调，并且要求能够在50的负载提供有效值为10V的正弦波输出。针对上述要求，认真考虑实行方案，认为放大器可以分为5个模块来设计分别是前者缓冲级，中间放大级和带宽选择，末级功率放大，增益带宽控制显示部分和直流稳压电源。整体系统图如图2-1所示。末级功率放大前级缓冲级中间放大级和带宽选择带宽增益控制显示直流稳压电源图2-1 系统框图2.2 前级缓冲电路方案论证前级冲电路，要求能提高输入电阻在50以上，并且能要能初步滤掉信号中的噪声。方案一 ：采用三级管等分立元件搭，采用NSC公司的2N3904和2N3906的三级管可以构成共射级做输入缓冲电路，带宽能达到25 MHz，但是还要在搭后级电流消除电路的直流偏置，还要电路对小信号跟随效果不是很好，所以该方案很难满足系统的要求。方案二： 采用BURR-BROWN公司的低噪声超宽带运放OPA642在做电压跟随器的时候在小信号的峰峰值为0.1V的时候的在不同的

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