基于AD603的程控宽带放大器 程控运算放大器

课程设计任务书

学生姓名:全龙军专业班级:电信0804

导教师:沈维聪工作单位:信息工程学院

:程控宽带放大器

初始条件:

1.Protues软件,Multisim软件;

2.课程设计辅导资料:“程控宽带放大器的设计与应用”、“电路设计技术与应用”等;

3.先修课程:模拟电子技术、数字电子技术、Protues电路设计教程及单片机原理及应用等课程

要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)

1.课程设计时间:2周;

2.程控宽带放大器的设计要求
1) 输入阻抗>1KΩ,单端输入,单端输出,放大器负载电阻为600Ω;
2) 3dB通频带10kHz~6MHz,在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。
3) 增益调节范围10 dB~40 dB(3.16到100),(通过键盘操作调节)。
4) 发挥部分:当输入频率或输出负载发生变化时,通过微处理器自动调节,保持放大器增益不变。
5) 电路通过仿真即可。

3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写,具体包括:

a)目录;

b)设计原理和方法;

c)系统硬件线路设计图;

d)程序框图;

e)源程序;

f)性能分析

g)课程设计的心得体会

h)参考文献(至少500字);

时间安排:

指导教师签名:

系主任(或责任教师)签名:

目录

一.摘要··························2

二.设计原理和方法·····················3

2.1 前级放大器部分··························3

2.2 中间放大器部分·························4

2.3 后级功率放大部分·························6

2.4 单片机控制电路··························7

三.系统硬件线路设计图···················8

四.程序框图···························9

4.1 系统总体框图···························9

4.2 单片机DA程序框图························9

五.源程序··························10

六.性能分析··························13

七.课程设计心的体会·····················14

八.参考文献··························15

九.本科生课程设计成绩评定表··················16

一.摘要

程控放大器是电子电路中常用的模块,在智能仪器设备及嵌入式系统中有广泛的应用,因此对于电子设计的人员来说,掌握程控宽带放大器的设计是非常有必要的。

本设计是要设计一款程控宽带放大器,我将电路设计分为4个模块。分别为前级射极跟随器,中间由AD603级联组成的放大器,后级为功率放大器,控制部分由单片机和DA组成。

要求输入阻抗大于1K,单端输入,单端输出,放大器的负载电阻为600欧。我在输入端采用一个由OPA692组成的射极跟随器,增大了输入阻抗,满足了输入阻抗大于1K的要求。在输出端,采用4个THS3091组成一个功率放大电路,放大倍数约为10倍,经过测试,满足放大器的负载电阻为600欧的要求。要求3dB通频带为10KHZ到6MHZ,在20KHZ到5MHZ频带内增益起伏小于1dB,增益调节范围为10dB到40dB。通过在网上查资料,我采用的AD603高频带增益可调放大器,通过两级AD603级联,可以做到放大倍数在10dB到40dB可调,调节的步进为1dB。控制部分由51单片机组成,独立按键输入控制量,将控制量通过DA转换成模拟电压,输给AD603,来调节增益。本设计中DA采用10位的TLC5619,串行输入的DA,节省了系统的资源,精度也能达到要求。

二.设计原理和方法

2.1 前级放大器部分

如下图2.1所示。


图2.1 射极跟随器

采用OPA692组成的射极跟随器,可以提高输入阻抗,并且将信号源的信号不失真的传送到下一级电路。仿真结果如下图2.2.


图2.2射极跟随器仿真波形

2.2 中间放大器部分

中间放大器采用的高宽带增益可调的放大器AD603组成,单级AD603的增益调节范围为-10dB到30dB。由于要求40dB可调,所以我采用两级运放级联,经过测试,可以满足题目的要求。设计原理图如下图2.3所示。


图2.3 中间放大器部分

仿真结果如下图2.4所示


图2.4 中间放大器仿真结果

单级AD603的电压增益可按照公式G(dB)=40*Vg+10,其中Vg是差分输入电压,是GPOS和GNEG之间的电压差。由公式可知,AD603的增益与其控制电压成线性关系。其关系如下图2.5所示。


图2.5单级AD603电压与增益的关系

当我们让前级的AD603的GNEG的输入电压为0.5V,后一级的输入电压为1.5V,保证两级运放GNEG之间的电压差为1V时,则两级AD603级联之后,增益与GPOS之间的关系如下图2.6所示。

图2.6 GPOS的输入电压和总体增益关系

由图可知,此时增益与Vgpos端口的输入电压关系为G(dB)=40Vc-20

2.3后级功率放大部分

由于AD603的最大输出电压不能超过2V,否则输出电压会产生失真,所以输出的信号还必须经过功率放大,以满足输出阻抗大于600欧的要求。功率放大电路如图2.7所示。


图2.7功率放大电路

其仿真波形如下图2.8所示


图2.8功率放大电路仿真波形

2.4 单片机控制电路

要实现程控,本设计采用独立按键来给DA赋予相应的数字量,本设计中采用的DA是10位的TLC5619,并且将电路的放大倍数通过数码管显示。设计原理图及仿真如下图2.9所示。


图2.9单片机控制电路

三.系统硬件线路设计图

系统硬件电路图如下图3.1和3.2所示。

P1.2跟P1.3接的按键用于控制系统的放大倍数,P1.2用于增加放大倍数,P1.3用于减少放大倍数,步进值都是1。通过按键,给一个定义的变量赋值,然后一方面通过数码管显示出系统的放大倍数,另一方面,通过10位的DATLC5619将数字电压转换成模拟电压,接到AD603的GPOS端口,这样将可以改变AD603的放大倍数,通过这样,达到程控放大的目的。


图3.1 系统原理图1


图3.2系统原理图2

四.程控框图

4.1 系统总体框图

键盘单片机控制数码管显示

图4.1 系统总体框图

输入缓冲

功率放大

可控增

益放大

输入

输出

TLC5615

4.2单片机控制DA程序框图

开始

DA初始化

检测是否有按键按下

判断按键号

按键处理

数字量送DA处理

N

Y

放大倍数送

数码管显示

结束

五.源程序

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit SCLK=P3^5;

sbit CS=P3^6;

sbit DIN=P3^7;

sbit inc_key=P1^2; //增加按键,步进为1

sbit dec_key=P1^3;//减少按键,步进为1

float real_number=281.25; //设置初始增益为25db

uint i,chage_number;

uint shuma,shi,ge;

uchartable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

void delayms(uint z)

{

uintx,y;

for(x=z;x--;x>0)

for(y=110;y--;y>0);

}

void TLC5615_write(uint temp)

{

chage_number=temp<<2;

CS=1;

SCLK=0;

CS=0;

for(i=0;i<12;i++)

{

_nop_();

SCLK=0;

_nop_();

DIN=(bit)(chage_number&0x800);

_nop_();

_nop_();

_nop_();

chage_number<<=1;

SCLK=1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

SCLK=0;

CS=1;

}

void keyscan()

{

if(inc_key==0)

delayms(5);

if(inc_key==0)

{

while(inc_key==0);//判断按键已经松了

real_number+=6.25;

if(real_number==381.25)

real_number=187.5;

}

if(dec_key==0)

delayms(5);

if(dec_key==0)

{

while(dec_key==0);

real_number-=6.25;

if(real_number==181.25)//当显示10db时,回归到40db

real_number=375;

基于AD603的程控宽带放大器 程控运算放大器

}

TLC5615_write(real_number);//调用DA转换函数

}

void shumaxianshi()

{

shuma=(real_number-187.5)/6.25+10;

shi=shuma/10;

ge=shuma;

P2=0xfd;

P0=table[ge];

delayms(10);

P2=0xfe;

P0=table[shi];

}

void main()

{

while(1)

{

keyscan();

shumaxianshi();

}

}

六.性能分析

本设计要求增益调节范围为10dB到40dB,通过键盘操作调节增益。设计过程中,我采用两级AD603级联,由于AD603的增益至于其1,2管脚直接的电压差Vg有关系,我让603的2脚的输入电压想差1V,则两级级联之后的放大倍数满足关系G(dB)=40Vg-20。通过计算,要增益步进为1dB的变化,则Vg的变化步进应该为25mv.设计中采用10位的DATLC5615,参考电压为2.408V,由于输出的电压为参考电压的两倍,则DA的份数应为6.25倍变化。初试的放大倍数为25dB,则初始值为281.25。以后让DA的参考值6.25步进变化,这个通过独立按键控制,就可以输出连续步进为25mv的模拟电压,将这个电压接到AD603的1管脚,则可以实现程控放大的作用,兵器增益步进为1dB。
设计中,前级放大器采用的OPA692高输入阻抗运放作为前级放大器,其实找这款放大器我花了很多时间,刚开始尝试的几款放大器都不能很好的满足带宽的要求,经常会出现失真,最后我在网上查资料,终于找到了这款满足要求的运放。
功率放大器部分,我采用ths3091运放,组成一个放大网络,经过设计,满足输出阻抗大于600的要求。
整个设计通过了仿真的要求,满足了设计的要求。
七、课程设计心的体会
本次课程设计,我设计的题目是程控宽带放大器,通过课程设计我觉得我收获了很多。
第一次接到这个题目,我有点懵。因为我最怕的就是什么带宽啊,什么频率啊。以前学高频的时候,就怕这些东西,现在接到这个题目感觉很难。但是我早就下定决心,这个学期的课程设计,我都要自己做出来,因为毕竟大学做这样的课程设计确实很能锻炼自己的专业能力,这样的机会也不多了。
我不断的在网上找资料,发这个题目是03年的国赛题目,虽然资料很多,但是都很零散,很多东西都要自己弄。刚开始我根本不了解一个设计的设计流程。我找了一些书之后,脑袋中还没有形成一个完整的概念,我就开始在Protues里面仿真。还记得那天在实验室画了一天的图,头都大了啊,真郁闷,好多元件在Protues里面都找不到。最郁闷的就是,晚上我安装另一个软件的时候,电脑死机了,我画的一天的图全部没了。一天的努力都白费了,但是仔细一想,我感觉还是收获很多,我明白了画图要先保存。最重要的是,搞一个设计,你不能先把一个完整的图画出来,要先分模块仿真,各个击破,这样设计会变得简单。
因为在protues里面仿真模拟电路并不是很好,所以我安装了multisim,这个软件以前用过,但是不是很熟悉,这次又要用到,我想好好学习一下这个软件。事实证明,这个软件的功能很强大,我用的很爽。我将我的设计分成4个部分,单片机控制部分在protues里面完成了,是一个DA,这个模块很简单,我花了一天的时间调试成功了,其实在调试的过程中也遇到了不少的问题,比如数码管消影的问题,调节电压的问题等等。接下来的模块我是在multisim里面完成的,射极跟随器模块,当时找OPA692这个运放我找了很久,那晚忙到1点多,不过最终找出来了,心里还是很爽的。接下来是自动增益控制部分,我采用2片AD603级联,通过仿真的调试,我最终调试出来了,调试的过程中也发现了不少的问题,比如AD603的输出电压不会超过两伏,超过了就会失真。功率放大电路是为了增大输出阻抗,这个设计中也遇到了一些问题,比如运放的电源电压接反了,导致输出为0.不过最终通过调试,问题都得到了解决。
整体来说,这个设计偏模拟部分,通过设计,我感觉自己的模电知识都增加了不少,呵呵。反正感觉设计出来了,心里很爽。这是我第一次基本上靠自己的努力的设计,第一次不参考网上的资料,自己写的报告。我不会忘记这些天的努力。最后,谢谢沈老师的悉心指导!
八.参考文献
1.吴友宇·模拟电子技术基础 北京:清华大学出版社 2009
2.成谢峰·现代电子设计技术与综合应用 北京:人民邮电出版社 2011
3.周明德·微型计算机系统原理及应用 北京:清华大学出版社 2002
4.段九州·放大电路实用设计手册 沈阳:辽宁科学技术出版社 2002
5.刘征宇·电子设计实战攻略 福州:福建科学技术出版社 2005

本科生课程设计成绩评定表

全龙军

专业、班级

电信0804

课程设计题目:程控宽带放大器

课程设计答辩或质疑记录:

成绩评定依据:

最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)

指导教师签字:

年月

  

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